Eine schimmelige Melone begann, das Schicksal der Menschheit zu verändern …

Die Entdeckung des Penicillins ist wahrscheinlich der berühmteste Zufall in der Geschichte der Wissenschaft. Eine kontaminierte Petrischale hat die Menschen an die Beiträge des schottischen Biologen Fleming erinnert. Tatsächlich war es eine Reihe von Zufällen, die von der Entdeckung und Reinigung des Penicillins bis hin zu seiner Produktion im großen Maßstab zur medizinischen Anwendung dieser großen Entdeckung führten. Unter ihnen veränderte eine schimmelige Melone das Schicksal der Menschheit.

Geschrieben von | Pikachu Bulbasaur

Fleming Laboratory Museum im St. Mary's Hospital, London. | Bildquelle: St. Mary's Hospital, London

St. Mary's Hospital, London, Großbritannien. Hier versteckt sich ein winziger Raum, der an eine der wichtigsten Entdeckungen der Medizingeschichte erinnert: einen Schimmel, der die Welt veränderte und Millionen von Leben rettete.

Zum Gedenken an Alexander Fleming und seinen historischen Beitrag zur Entdeckung des Penicillins wurde im St. Mary's Hospital, wo Fleming das Penicillin entdeckte, ein kleines Museum errichtet. Das Museum stellt das Labor nach, in dem Fleming 1928 das Penicillin entdeckte, einschließlich seines Mikroskops, Kulturschalen und anderer Versuchsgeräte und sogar einer Nachbildung der Zigarette, die er während der Arbeit nie weglegte.

Gefrorene Proben von Flemings ursprünglichem Isolat, genannt Penicillium rubens IMI 15378, werden in Sammlungen auf der ganzen Welt aufbewahrt, aber aus dem von ihm entdeckten Stamm wird heute kein Penicillin mehr hergestellt. Tatsächlich stammt der Stamm, der heute die Grundlage für die milliardenschwere Penicillinproduktion bildet, aus einer schimmeligen Cantaloupe-Melone auf einem Markt in Peoria im Bundesstaat Illinois aus den frühen 1940er Jahren.

So wie viele Dinge, die wir für selbstverständlich halten, für die aber keine andere Wahl ist (wie etwa Röntgenstrahlen und Mikrowellenherde), eigentlich auf zufällige Entdeckungen zurückzuführen sind, geschah auch die Entdeckung des Penicillins durch Zufall. Man muss sagen, dass es sich um eine der berühmtesten Zufallsentdeckungen in der Geschichte der Wissenschaft handelt. Noch erstaunlicher ist, dass seit der Entdeckung des Penicillins jede weitere wichtige Entwicklung voller Abenteuer zu sein schien. Der Biograf Gwyn Macfarlane beschrieb den Vorgang als „eine Kette von Ereignissen, die fast unglaublich war“. Vor der Einführung von Antibiotika konnte selbst der kleinste Schnitt für einen Menschen tödlich sein. Die Entdeckung und Massenproduktion von Penicillin rettete am Ende des Zweiten Weltkriegs nicht nur zahllosen Soldaten unmittelbar das Leben und verhinderte, dass sie an einer Infektion starben, sondern hatte auch langfristige Auswirkungen, die uns noch heute betreffen.

Antibiotika: Das Prequel

In der Antike wurden sowohl in China als auch im Ausland Phänomene, die sich dem menschlichen Verständnis und der menschlichen Kontrolle entzogen, oft als „Strafe der Götter“ oder „Fluch des Teufels“ interpretiert. So gab es Infektionen durch Mikroorganismen schon vor der Entdeckung der Antibiotika. Als eine der Hauptursachen für menschliche Erkrankungen und Todesfälle über Tausende von Jahren hinweg waren „Infektionen“ einst weitaus gefürchteter als der Krebs, den wir heute fürchten.

Es wird allgemein angenommen, dass Penicillin das erste Antibiotikum war, das in der Menschheitsgeschichte entdeckt und verwendet wurde. Tatsächlich ist dies jedoch nicht der Fall. Der Mensch hat versucht, Mikroorganismen zur Behandlung von Infektionskrankheiten einzusetzen, indem er „Gift mit Gift bekämpfte“. Aufzeichnungen darüber gibt es bereits vor Tausenden von Jahren in Serbien, China, dem antiken Griechenland und dem antiken Ägypten. Im altägyptischen Papyrus Eber (ca. 1550 v. Chr.) wird die Verwendung von schimmeligem Brot und Erde zur Behandlung von Infektionen beschrieben. In ähnlicher Weise wurden Spuren von Tetracyclin in menschlichen Knochenfunden in der Oase Dakhla in Ägypten nachgewiesen, was darauf schließen lässt, dass die Menschen der Antike dieses natürliche Antibiotikum möglicherweise auf irgendeine Weise zu sich genommen haben.

In der modernen Geschichte war das erste mit modernen wissenschaftlichen Methoden erfolgreich aus der Natur gewonnene Antibiotikum nicht Penicillin, sondern Mycophenolsäure. Im Jahr 1893 isolierte der italienische Arzt und Mikrobiologe Bartolomeo Gosio dieses kristalline feste Antibiotikum aus Penicillium glaucum (heute P. brevicompactum genannt), als er Pellagra untersuchte. Die damalige Forschung zeigte, dass Mycophenolsäure nicht nur das Wachstum von Bacillus anthracis hemmt, sondern auch zahlreiche andere Eigenschaften besitzt, beispielsweise eine antivirale, antimykotische, tumorhemmende und psoriasishemmende Wirkung.

Normalerweise erinnern sich die Leute an verschiedene „Erste Male“ und loben diese. Warum waren Penicillin und sein Entdecker Fleming dann nicht die Ersten, sondern gewannen den Nobelpreis, wurden in Lehrbücher aufgenommen und werden noch immer von Menschen auf der ganzen Welt gelobt? Einerseits ist Penicillin zwar nicht das erste Antibiotikum, aber es ist das am weitesten verbreitete Antibiotikum mit der größten und weitreichendsten Wirkung auf der Welt und das Antibiotikum, das die meisten Leben rettet. Andererseits hat die Geschichte der Entdeckung und Anwendung des Penicillins eine unersetzliche „Geschichte“: Sie umfasst Krieg, Politik, Kapital, Wissenschaft, Geisteswissenschaften und Ethik; Es geht um den Ruhm neuer Medikamente, die Leben retten, aber auch um die Hilflosigkeit angesichts des Endes der Medizin. Die ganze Geschichte, beginnend mit dem Geistesblitz des Wissenschaftlers, ist mit einer Reihe von Höhen und Tiefen von Zufällen verwoben. Mit einem solchen Plot kann man, wenn man einen Drehbuchautoren findet, der bereit ist, seine Haare zu opfern, und eine Gruppe zuverlässiger Schauspieler, durchaus einen Blockbuster wie „Oppenheimer“ daraus machen.

Der erste Zufall bei der Entdeckung des Penicillins: eine kontaminierte Bakterienkulturschale

An einem gewöhnlichen Tag im September 1928 war Alexander Fleming, der ständig Experimente durchführte, gerade nach einem zweiwöchigen Urlaub ins Labor zurückgekehrt. Plötzlich stellte er fest, dass sich auf einer Platte mit Bakterien, die er züchtete, aufgrund von Vernachlässigung Schimmelpilze in verschiedenen Größen befanden. Um es einfach auszudrücken: Den Versuchspersonen waren Haare gewachsen. Ursprünglich wollte er es wegwerfen, doch dann bemerkte er zufällig, dass sich um einen der großen Schimmelklumpen herum eine regelrechte „transparente Zone“ befand und dass sich außerhalb dieser transparenten Zone die Bakterien gut vermehrten. Mit anderen Worten, die Bakterien innerhalb dieses Kreises der Zona pellucida schienen durch Lyse abgestorben zu sein.

„Die Staphylokokkenkolonien wurden durchsichtig und lysierten offensichtlich … Nach ein oder zwei Wochen Inkubation bei Raumtemperatur zeigte die Schimmelpilzbrühe eine ausgeprägte antibakterielle Aktivität gegen eine Reihe häufiger Krankheitserreger, mit sowohl bakterizider als auch bakteriolytischer Wirkung“, schrieb Fleming 1929 in einem Artikel im British Journal of Experimental Pathology.

Ein Schimmelfleck und die umgebende „bakterielle Todeszone“ auf einer Bakterienkulturplatte. | Bildquelle: Internet

Warum?

Fleming vermutete, dass der Schimmel möglicherweise eine für Bakterien tödliche Substanz produzierte. Durch Artbestimmung stellte er fest, dass es sich bei dem Schimmelpilz um Penicillium notatum handelte, und gab der von ihm abgesonderten Substanz, die Bakterien abtöten kann, erstmals den Namen „Penicillin“. Haben alle Pilze diese Fähigkeit? Fleming versuchte bald, mehrere andere Schimmelpilze zu züchten, um zu sehen, ob sie die gleiche Wirkung auf Bakterien haben könnten. Es stellte sich jedoch heraus, dass nur der Penicillium-Typ, der seine Versuchspersonen kontaminierte, diese Fähigkeit besaß.

Jeder wissenschaftliche Fortschritt, der die Welt verändert, scheint das Erkenntnisvermögen der Zeit, in der er erstmals vorgeschlagen wird, zu übersteigen und wird daher oft nicht anerkannt. Flemings Forschungsarbeit über Penicillin aus dem Jahr 1929 erregte damals nicht viel Aufmerksamkeit. Er präsentierte die Forschungsergebnisse begeistert dem Medical Research Club in London, aber kein einziger Zuschauer stellte eine Frage.

Obwohl Experimente zeigten, dass Penicillin eine antibakterielle Wirkung hatte, und Fleming auch die Auswirkungen von Schimmel auf Bakterien im Detail beobachtete und aufzeichnete, konnte die Wirkung des Penicillins nicht wirklich nachgewiesen werden, wenn es nicht in der Kulturschale abgetrennt wurde, und das „Wunder“ des Penicillins würde für immer in Notizen und Papieren bleiben. In den folgenden Jahren versuchte Fleming alle möglichen Mittel, doch es gelang ihm nicht, diese antibakterielle Substanz zu isolieren. Die Forschung zur Reinigung von Penicillin schien auf eine unüberwindbare Mauer gestoßen zu sein.

Fleming arbeitete nicht isoliert. Er suchte Hilfe bei anderen berühmten Wissenschaftlern auf diesem Gebiet, doch alle brachen ihre Forschungen nach einigen Versuchen ab. Der Grund hierfür liegt darin, dass die wissenschaftliche Gemeinschaft zwar anerkennt, dass die antibakterielle Wirkung von Penicillin in Experimenten tatsächlich vorhanden ist, Penicillin jedoch „instabil“ zu sein scheint und weder gereinigt noch in großen Mengen in Massenproduktion hergestellt werden kann, so dass es in der klinischen Medizin nie zum Einsatz kommen wird.

Trotz Flemings wiederholten Bemühungen gelang es ihm leider nicht, Penicillin zu reinigen. 1931 musste er seine Penicillinforschung unterbrechen, doch ein letzter Hoffnungsschimmer blieb ihm. Er verkündete der Welt, dass jeder, der erneut versuchen wolle, Penicillin zu isolieren, kostenlos Schimmelproben zur Verfügung stellen könne.

Fleming kultiviert Bakterien. | Bildquelle: TheScientist.com

Der zweite Zufall bei der Entdeckung des Penicillins: ein aus dem „Mülleimer“ geborgenes Papier

In den zehn Jahren seither wurden Forschungsarbeiten zum Thema Penicillin von der akademischen Gemeinschaft in den „Mülleimer“ geworfen und fast niemand interessiert sich mehr dafür.

Howard Florey, der an der Universität Oxford arbeitet, interessiert sich schon lange für die Beziehung zwischen Bakterien und Schimmel. Als er 1938 beiläufig die Fachliteratur durchstöberte, stieß er zufällig auf Flemings Artikel über Penicillium, der zehn Jahre zuvor im British Journal of Experimental Pathology erschienen war. Wie ein elektrischer Schlag spürte er, dass der Inhalt dieses Papiers ein riesiges Potenzial barg, das darauf wartete, entdeckt zu werden. Gemeinsam mit seinen beiden Assistenten Ernst Chain und Norman Heatley deckte er die Geschichte der Penicillinforschung auf, begann die Wachstumsbedingungen von Penicillium zu untersuchen und isolierte zunächst eine kleine Menge Penicillin.

Durch Tierversuche entdeckten sie erstmals, dass Penicillin bakterielle Infektionen bei Mäusen wirksam und nahezu nebenwirkungsfrei abtöten konnte. Bis 1940 hatte das Oxford-Team erfolgreich die optimalen Wachstumsbedingungen für Penicillium, gereinigtes Penicillin, ermittelt und nachgewiesen, dass es Mäuse vor drei tödlichen bakteriellen Infektionen schützen konnte.

Florey (hintere Reihe, zweiter von links), Chane (hintere Reihe, zweiter von rechts) und Mitglieder des Oxford-Penicillin-Teams.丨Bildquelle: Wiki

Der Erfolg der Tierversuche weckte in ihnen den Wunsch, klinische Studien am Menschen durchzuführen. Zufällig hörten Florey und seine Kollegen, dass ein Patient, der wegen einer Infektion mit Staphylococcus aureus in ein Krankenhaus in Oxford eingeliefert worden war, eine Sepsis entwickelt hatte und schwer erkrankt war. Als letzten Ausweg entschieden sie sich für eine experimentelle Behandlung mit Penicillin. Damit war dieser Patient der erste Mensch, der mit Penicillin behandelt wurde. Sein Name war Albert Alexander.

Am 12. Februar 1941 verabreichten Forscher Alexander erstmals Penicillin. Es war wie durch göttliche Fügung. In weniger als einem Tag verbesserte sich der Zustand des Patienten deutlich und es wurden keine Nebenwirkungen festgestellt! Leider entspricht die theoretische Penicillindosis, die zur Behandlung einer systemischen Infektion erforderlich ist, der Kultivierung von ganzen 2.000 Litern Penicillium-Schimmel. Als die begrenzten Penicillinvorräte aufgebraucht waren, kehrten die Bakterien zurück, die Infektion verschlimmerte sich und Alexander verstarb leider. (Als erster Patient, der mit Penicillin behandelt wurde, taucht Alexander auch häufig in der Geschichte der Entdeckung des Penicillins auf, doch auch seine Geschichte ist von Missverständnissen geprägt. Lange Zeit hieß es, seine Infektion sei durch Kratzer von Rosendornen im Garten verursacht worden, doch tatsächlich lag die Infektion an einem Bombenangriff auf die Polizeiwache und daran, dass er von Granatsplittern zerkratzt wurde. Siehe „Warum starb der erste Patient, der klinisch mit Penicillin behandelt wurde?“)

Obwohl Penicillin in diesem Fall nicht den vollen Erfolg brachte, hat das enorme Potenzial von Penicillin zweifellos nur die Spitze des Eisbergs offenbart. Doch selbst wenn dieser Fall erfolgreich wäre, könnten Einzelfälle allein die medizinische Gemeinschaft nicht überzeugen. Um die Ergebnisse früherer Studien zu bestätigen, sind groß angelegte klinische Studien des Medikaments unerlässlich. Groß angelegte Studien bedeuten einen enormen Bedarf an Penicillin. Den Forschern war klar, dass die Wirksamkeit von Penicillin eine Theorie bleiben würde, sofern sie keine Möglichkeit fänden, diese fast magische Substanz in Massenproduktion herzustellen.

Zu dieser Zeit war die gesamte chemische Industrie in Großbritannien entweder durch den Zweiten Weltkrieg zerstört worden oder diente ausschließlich dem Produktionsbedarf des Krieges. Eine groß angelegte Produktion von Penicillin war in Großbritannien schlicht nicht machbar, daher musste Florey im Ausland nach Möglichkeiten suchen. Nach vielen Wendungen reisten Florey und Heatley im Sommer 1941, am Vorabend des Eintritts der Vereinigten Staaten in den Zweiten Weltkrieg, mit Unterstützung der Rockefeller Foundation über den Ozean, um zu sehen, ob sie diese unvollendete Sache in den Vereinigten Staaten fortsetzen könnten.

Diese transatlantische Zusammenarbeit war ein wichtiger Wendepunkt für den Weg des Penicillins aus dem Labor auf das Schlachtfeld und veränderte letztlich die globale Medizin.

Der dritte Zufall bei der Entdeckung des Penicillins: faule Kantalupen auf einem Markt in Peoria

Von der Entdeckung des Penicillins in einer Petrischale bis zur Fähigkeit, es in ausreichenden Mengen zu reinigen, um Krankheiten zu behandeln, brauchten die Wissenschaftler für diesen scheinbar einfachen Schritt mehr als zehn Jahre.

Freunde von Florey und Heatley aus der Wissenschaft führten sie in ein Labor mit gewissen technischen Kenntnissen im Bereich der Fermentation ein, nämlich das Northern Regional Research Laboratory (NRRL) des Landwirtschaftsministeriums in Peoria, Illinois, USA. Das Auf-diese-Linie-Kommen ist entscheidend für den späteren Erfolg.

Unter der Leitung des Laborleiters Orville May blieb Heatley in den Vereinigten Staaten und arbeitete mit dem Versuchsteam an der Lösung des Problems. Wie das Sprichwort sagt, hat jeder Beruf seine eigene Spezialität. Innerhalb weniger Wochen steigerte das Team die Penicillinproduktion, indem es im Kulturmedium Saccharose durch Laktose ersetzte, dem Fermentationsmedium Maisaufschlämmung hinzufügte und Penicillinvorläufer (wie Phenylessigsäure) hinzufügte.

Das Forschungsteam war jedoch noch immer nicht zufrieden. Die Methode zur Kultivierung von Schimmel auf der Oberfläche des Kulturmediums war noch immer ineffizient. Könnte man die „Oberflächenkultur“ in eine „Immersionskultur“ umwandeln, d. h. die Bakterien (wie Penicillium) zur Kultivierung vollständig in ein flüssiges Kulturmedium eintauchen, könnten die Substanzen im Kulturmedium besser genutzt werden, wodurch die Penicillinproduktion „exponentiell“ gesteigert werden könnte. Mit anderen Worten, es ändert sich von der „zweidimensionalen Kultivierung“ zur „dreidimensionalen Kultivierung“, um einen „aufwärtsdimensionalen Angriff“ zu erreichen. Leider war der Penicillium-Stamm aus Großbritannien für die Immersionskulturumgebung nicht gut geeignet und sein Ertrag war sogar noch geringer, da er nur Spuren von Penicillin produzierte.

Nach wiederholten Diskussionen verlagerte sich der Schwerpunkt der Forscher von der „Änderung der Technologie“ auf die „Änderung der Stämme“.

Verschiedene Stämme haben unterschiedliche Eigenschaften und Erträge. Das Labor untersuchte den Bestand verschiedener Penicillium-Stämme und fand tatsächlich einen Penicillin-Stamm, der in der Submerskultur einen anständigen Ertrag lieferte. Doch das Forschungsteam ist noch nicht zufrieden: Die Welt ist so groß. Ist es möglich, dass der perfekteste Penicillium-Stamm in einer unbekannten Ecke versteckt ist? Daher begann das Labor, nach Wegen zu suchen, die Macht von mehr Menschen zu nutzen, startete eine weltweite Suche nach „ertragreichen Penicillinstämmen“ und bat das Militär um Hilfe beim Transport. Bald trafen Proben aus aller Welt ein, um den Schimmel zu isolieren.

Zu dieser Zeit ereignete sich der größte Zufall in der Geschichte der Entdeckung und Anwendung des Penicillins, und er war ziemlich ironisch: Sie isolierten den besten Stamm aus einer behaarten Cantaloupe-Melone auf einem Bauernmarkt in der Nähe des Labors (NRRL 1951).

Der Stamm dieser faulen Melone (Penicillium chrysogenum, im Chinesischen als Penicillium chrysogenum übersetzt) ​​produzierte 200-mal mehr Penicillin als der Stamm, den Fleming damals entdeckte. Indem sie mittels Röntgenbestrahlung genetische Mutationen in den Stamm einführten, erhielten sie schließlich ein „Super-Penicillium“ mit einer Ausbeute, die 1.000-mal höher war als die des ursprünglichen Stamms.

So schlau Heatley und seine Forscherkollegen auch waren, sie hätten sich nicht vorstellen können, dass der „Schatz“, nach dem sie suchten, nicht weit entfernt, sondern direkt vor ihnen lag, in dieser amerikanischen Stadt, in der sich das scheinbar zufällig entstandene Forschungskooperationslabor befand. Diese schimmelige, verfaulte Melone auf dem Bauernmarkt der Stadt enthält die „Lebensader“ für Millionen von Menschen.

Also, wer hat diese faule Melone entdeckt? Auch der Entdecker soll Teil dieser legendären Zufallsgeschichte sein. Der erste Bericht in der Lokalzeitung betraf die NRRL-Technikerin Mary Hunt, die den Spitznamen „Moldy Mary“ trug. Später beschrieb sie in einem Artikel aus dem Jahr 1962 die Einzelheiten, wie sie die faule Melone entdeckt hatte, gab dabei jedoch die Bakterienzahl falsch an. und später schrieb ein anderer Laborexperte, Kenneth B. Raper, die Schuld einer Frau aus der Gegend zu, die die faule Melone ins Labor gebracht hatte. Wer die echte Moldy Mary ist, bleibt also eine ungeklärte Frage.

Links: Douglas Gossleins Gemälde (1948) zeigt die amerikanische Wissenschaftlerin Mary Hunt, die auf einem Markt eine Cantaloupe-Melone untersucht, um nach einer geeigneten Penicillium-Sorte zu suchen. Rechtes Bild: Eine verschimmelte Melone, in der sich die lebensrettenden Strohhalme unzähliger Menschen befinden. | Bildquelle: Science History Institute, AdobeStock

Der letzte Stoß: Zweiter Weltkrieg

Während sein guter Freund Heatley Tag und Nacht im Labor forschte, war auch Florey beschäftigt. Er besuchte viele amerikanische Pharmariesen und versuchte, ihr Interesse an der Penicillinproduktion zu wecken.

Zu dieser Zeit hatten bereits drei US-Unternehmen (Merck, Squibb und Eli Lilly) vor Floreys Ankunft erste Untersuchungen zum Thema Penicillin durchgeführt, und auch Pfizer bereitete entsprechende Forschungsprogramme vor. Aber Kapital ist letztlich gewinnorientiert. Aufgrund der begrenzten experimentellen Ergebnisse mit Penicillin und der enormen Schwierigkeiten bei der Massenproduktion konnten die Pharmaunternehmen das Gewinnpotenzial nicht erkennen und waren nicht bereit, allzu große Anstrengungen zu unternehmen.

Florey war natürlich nicht bereit, dies zu akzeptieren. Um Penicillin möglichst schnell als Medikament in die klinische Erprobung zu bringen, musste dem Verfahren der industriellen Massenproduktion der Vorrang gegeben werden.

Wieder einmal erwiesen sich Floreys Verbindungen in der akademischen Welt als einflussreich. Um „Hilfe zu bekommen“, besuchte er seinen alten Freund an der University of Pennsylvania, Professor Alfred Newton Richards, der zu dieser Zeit auch der stellvertretende Leiter der medizinischen Angelegenheiten der Universität war. Noch wichtiger ist, dass Richards Vorsitzender des Committee on Medical Research (CMR) unter dem Office of Scientific Research and Development (OSRD) war, einer Behörde der US-Bundesregierung, die während des Zweiten Weltkriegs wissenschaftliche Forschung für militärische Zwecke durchführen sollte. Einerseits hatte Richards großen akademischen Respekt vor Florey und vertraute voll und ganz seinem professionellen Urteil über den potenziellen Wert von Penicillin. Andererseits war ihm im Kontext des Zweiten Weltkriegs das enorme medizinische Potenzial des Penicillins im militärischen Bereich bewusst.

Im Auftrag der US-Regierung nahm Richards erneut Kontakt zu den vier Pharmaunternehmen auf, die Florey verärgert hatten (Merck, Squibb, Eli Lilly und Pfizer), und teilte ihnen mit, dass sie im nationalen Interesse handeln würden und möglicherweise wieder staatliche Unterstützung erhalten könnten, wenn sie die Penicillinproduktion übernehmen würden. Nach mehreren Treffen mit einigen der führenden Persönlichkeiten der amerikanischen Pharmaindustrie waren die Pharmariesen allmählich vom potenziellen Wert des Penicillins überzeugt, wurden begeistert und begannen schließlich mit dem Bau einer Fabrik, um eine Massenproduktion zu erreichen.

Eines der ersten in Massenproduktion hergestellten Penicilline in der Menschheitsgeschichte. | Bildquelle: Mayo Clinic

Die unermüdlichen Bemühungen von Heatley und Florey zahlten sich schnell aus. Bis März 1942 hatten Pharmaunternehmen mit Unterstützung des OSRD genügend Penicillin produziert, um den ersten infizierten Patienten vollständig zu behandeln. bis Juni 1942 wurden zehn weitere Fälle behandelt.

Penicillin hat starke Eigenschaften und hat sich bei der Behandlung einer Vielzahl von Infektionen als wirksam erwiesen, darunter Streptokokken-, Staphylokokken- und Gonokokken-Infektionen. Gleichzeitig haben sowohl der zivile als auch der militärische Sektor der USA den Wert von Penicillin bei der Behandlung von Operations- und Wundinfektionen erkannt.

Zuvor waren die meisten Todesfälle im Krieg nicht direkt auf Traumata zurückzuführen, sondern auf unkontrollierbare Infektionen. Im Ersten Weltkrieg lag die Sterblichkeitsrate durch bakterielle Lungenentzündung bei 18 %; Im Zweiten Weltkrieg, als Penicillin an den Fronten weit verbreitet war, sank die Sterblichkeitsrate durch bakterielle Lungenentzündung rapide auf unter 1 %.

Penicillin war im Zweiten Weltkrieg der Schlüssel zur Rettung zahlloser Leben verwundeter Soldaten und kann als „Geheimwaffe“ bezeichnet werden, die stärker ist als Gewehre und Kanonen.

1945 erhielten Fleming, Florey und sein Student Charn den Nobelpreis für Medizin für ihre Forschungen zum Penicillin. In seiner Dankesrede sagte Fleming, dass ohne die versehentliche Verunreinigung seiner Petrischale, die ihn in ein amerikanisches Labor geführt hatte, und ohne die Laborforscherin Mary Hunt, die zufällig die schimmelige Cantaloupe-Melone entdeckt hatte, und ohne die Tatsache, dass die Penicillinforschung aufgrund des Ausbruchs des Krieges den Bedarf für die Massenproduktion gedeckt hatte, all diese Zufälle die Menschen zusammengeführt hätten und sie dieses medizinische Wunder vielleicht nicht hätten genießen können.

Gewinner des Nobelpreises für Physiologie oder Medizin 1945. | Quelle: Bio Based Press

Penicillinresistenz: Das Damoklesschwert, das parallel zur Forschung und Entwicklung verläuft

In Flemings kontaminierter Bakterienkulturschale bildete sich rund um die Schimmelmasse eine „bakterielle Todeszone“, als ob die Bakterien in der Nähe des Schimmels langsam abgetötet worden wären. Tatsächlich findet im Stillen noch ein weiterer Krieg statt: Es werden „Superbakterien“ gezüchtet, die gegen Penicillin resistent sind.

In seiner Dankesrede für den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin im Jahr 1945 brachte Fleming seine Besorgnis zum Ausdruck und warnte alle, dass Antibiotika zwar gut seien, man sie aber nicht missbrauchen dürfe, da Bakterien begonnen hätten, Resistenzen gegen sie zu entwickeln. Die sogenannte „Arzneimittelresistenz“ bezeichnet das Phänomen, dass Bakterien ihre Empfindlichkeit gegenüber der abtötenden (bakteriziden) oder wachstumshemmenden (bakteriostatischen) Wirkung von Antibiotika verlieren. Wenn der Hauptstamm der Infektion gegen ein bestimmtes Antibiotikum resistent ist, kann die Infektion unbehandelbar werden, was schwerwiegende Folgen haben kann.

Nachdem Penicillin in Massenproduktion hergestellt worden war, fand es weltweit breite Anwendung. Bis 1949 lag die jährliche Penicillinproduktion in den Vereinigten Staaten bei über 130 Billionen Einheiten, was damals ausreichte, um mindestens 100 Millionen Infektionen zu behandeln. Außerdem sank der Preis von 20 US-Dollar pro 100.000 Einheiten im Jahr 1943 auf weniger als 10 Cent.

Allerdings begann sich im gleichen Zeitraum der penicillinresistente Staphylococcus aureus stark auszubreiten, was Wissenschaftler dazu veranlasste, alternative Medikamente wie Methicillin zu entwickeln. Nach 1950 tauchten jedoch erstmals Methicillin-resistente „Superbakterien“ auf – der Methicillin-resistente Staphylococcus aureus (MRSA). Die klinische Behandlung ist noch immer schwierig und die verfügbaren Medikamente sind begrenzt.

Antibiotika können zwar die überwiegende Mehrheit der Bakterien abtöten, die bei einem Patienten eine Krankheit verursachen, doch einige Bakterien, die genetisch weniger anfällig für die Wirkung des Medikaments sind, überleben. Diese Bakterien können sich weiter vermehren oder ihre Resistenz durch einen Prozess namens Genaustausch an andere Bakterien der gleichen Art weitergeben. Diese resistenten Stämme können gedeihen, weil Antibiotika ihre anfälligeren Konkurrenten töten oder dezimieren. Das Endergebnis ist die Entstehung bakterieller Infektionen beim Menschen, die mit einem oder sogar wenigen Antibiotika nicht behandelbar sind. Der wahllose und ungenaue Einsatz von Antibiotika fördert die Verbreitung dieser bakteriellen Resistenzen.

Mit Beginn des 21. Jahrhunderts ist das Problem der Arzneimittelresistenz immer ernster geworden und stellt eine große globale Bedrohung für die öffentliche Gesundheit dar. Heutzutage sind medikamentenresistente Stämme nicht nur auf Krankenhäuser beschränkt, sondern breiten sich auch in der Gesellschaft aus. Es gibt sogar „panresistente Bakterien“, die gegen mehrere Antibiotika resistent sind, wie beispielsweise Carbapenem-resistente Enterobacteriaceae (CRE), die mit den vorhandenen Antibiotika nahezu unheilbar sind. Eine im September 2024 in The Lancet veröffentlichte statistische Studie zeigte, dass zwischen 1990 und 2021 jährlich durchschnittlich eine Million Menschen an Infektionen mit medikamentenresistenten Bakterien starben. Bis 2050 wird sich diese Zahl auf zwei Millionen pro Jahr verdoppeln. Wenn diese Schätzung zutrifft, werden bis 2050 weltweit fast 40 Millionen Menschen aufgrund von Infektionen mit medikamentenresistenten Bakterien ihr Leben verloren haben. Diese erschreckende Zahl kommt der Zahl der Todesopfer der Grippepandemie von 1918 nahe.

Dies scheint ein Paradoxon zu sein: Je mehr Leben durch Antibiotika gerettet werden, desto mehr Schaden richten resistente Bakterien an. Wo wird im Bereich der Infektionsbehandlung der nächste Lichtblick sein, der den Weg in die Zukunft erhellt?

Vielleicht wartet, genau wie bei der Entdeckung des Penicillins, irgendwann in der Geschichte eine Methode zur Überwindung der bakteriellen Resistenz darauf, von den Menschen entdeckt zu werden. Wir sollten jedoch von den Wissenschaftlern lernen, die vor hundert Jahren hart an der Entwicklung und Verbreitung des Penicillins gearbeitet haben, und uns an ihre unvermeidlichen Anstrengungen und ihre Beharrlichkeit erinnern, die hinter manchen zufälligen Ereignissen standen. Sie haben es ermöglicht, dass ein Zufall nach dem anderen zu einer Legende der Wissenschaftsgeschichte wurde.

Grabinschrift von Alexander Fleming, dem Entdecker des Penicillins. | Bildquelle: CEphoto, Uwe Aranas

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