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Tutorial MenueDrug Design: GrundlagenLerneinheit 1 von 4

Einführung in das Wirkstoffdesign (Drug Design)

Die Geschichte des Penicillins

Die Basis des gesamten Wissens der Menschheit über heilende Wirkstoff waren vermutlich fast immer Zufallsentdeckungen, die sich jedoch dank der Informationsweitergabe von Generation zu Generation (Tradition) erhalten und akkumuliert hat. Das wohl erstaunlichste Beispiel für eine derartige Zufallsentdeckung ist die Entdeckung des Penicillins, das die Grundlage für alle heute bekannten Antibiotika bildete.

Die Entdeckung

Im September 1928 bemerkte der englische Arzt Alexander Fleming, dass eine Petrischale mit einer Staphylokokken-Kultur (Staphylococcus aureus, einem Eitererreger) offensichtlich mit Schimmelpilzen kontaminiert war. Die Pilzsporen waren vermutlich beim Auftragen der Bakterien durch unsteriles Arbeiten auf das Nährmedium geraten und hatten sich dort vermehrt. Anstatt die Petrischale gleich in den Abfall zu werden, sah Fleming genauer hin und entdeckte, dass die Staphylokokken in der Umgebung der Schimmelpilz-Kolonie durchsichtig erschienen, so als ob sie aufgelöst wären.

Fleming identifizierte den Schimmelpilz als Pinselschimmel (Penicillium notatum) und wiederholte seine Zufallsentdeckung mit Staphylokokken und auch anderen pathogenen Bakterien. Die Substanz, die in der Lage war, Bakterien aufzulösen, wurde zunächst als mould juice (Schimmelsaft), dann am 7. März 1929 erstmalig als Penicillin bezeichnet. Im Juni 1929 erschien Flemings Bericht zum Penicillin im "British Journal of Experimental Pathology" (PubMed). Fleming berichtete in diesem und weiteren Publikationen, dass Penicillin vor allem auf die eitererregenden Staphylo-, Strepto-, Gono-, Meningo- und Pneumokokken wachstumshemmend wirkt und so als Heilmittel gegen Infektionen wie z.B. Lungen- oder Hirnhautentzündungen eingesetzt werden kann, aber z.B. Leukocyten offensichtlich nicht schädigt. Flemings Entdeckungen blieben lange Zeit unbeachtet, so dass Fleming selbst 1940 schrieb, es sei wohl nicht der Mühe wert sei, diese Substanz herzustellen, obwohl er Penicillin gelegentlich erfolgreich als lokales Antibiotikum verwendete.

Penicillin als Wirkstoff

Erst 1938 griff eine britische Arbeitsgruppe unter der Leitung des Biochemikers Sir Ernst Boris Chain (1906-1979) und des Pathologen Lord Howard Walter Florey Flemings Entdeckung auf. Sie konnten 1940 Penicillin anreichern und reinigen, wendeten dieses Präparat aber im Gegensatz zu Fleming nicht nur äußerlich an, sondern brachten es in den Blutkreislauf von 25 Mäusen ein, die mit Streptococcen infiziert worden waren. Während die 25 Mäuse der Kontrollgruppe alle an der Infektion starben, überlebten 24 der Penicillin-behandelten Tiere das Experiment. Glücklicherweise hatten die Wissenschaftler Mäuse gewählt, für die Penicillin gut verträglich ist - bei vielen anderen Tieren wirkt Penicillin toxisch, so dass diese Versuche schnell eingestellt worden wären.

Nach diesen vielversprechenden Tierversuchen wurde die Wirksamkeit von Penicillin an einigen wenigen Patienten bestätigt. Florey, der von der amerikanischen Rockefeller-Foundation finanziell unterstützt wurde, begann eine umfangreiche Kooperation mit einer landwirtschaftlichen Versuchsanstalt in Illinois, USA, die weltweit führend in der Fermentationstechnik war und Penicillin in großen Mengen herstellen konnte. Und nochmal kam den Wissenschafltern ein Zufall zuhilfe, als der Penicillium-Stamm Penicillium chrysogenum aus einer faulenden Melone isoliert wurde. Penicillium chrysogenum lässt sich gut kulivieren und produziert mehr Penicillin als der Ausgangsstamm, Penicillium notatum. Ab 1956 wurden in den USA und in Kanada große Mengen an Penicillin produziert. Als ideales Nährmedium für den Pilz wurde dabei in Wasser eingeweichter Mais (corn steep liquor) verwendet.

Im Jahre 1945 erhielten Fleming, Chain und Florey den Nobelpreis für Physiologie und Medizin "für die Entdeckung des Penicillins und seiner heilenden Wirkung bei verschiedenen Infektionskrankheiten". 1946 erhielt die Chemikerin und Röntgenkristallographin Dorothy Hodgkin den Nobelpreis für die Strukturaufklärung des Penicillins ("for her determinations by X-ray techniques of the structures of important biochemical substances").

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