Penicillin - Triumph und Tragödie: Keim und Killer

An diesem Tag sollte Albert Alexander Medizingeschichte schreiben: Es war der 12. Februar 1941, ein Dienstag, und der 43 Jahre alte Polizist aus Oxford war in furchtbarer Verfassung. Zwei Monate zuvor hatte er sich an einem Rosenstrauch gestochen und dabei einen Kratzer im Mundwinkel zugezogen. Die Wunde entzündete sich, eitrige Abszesse erreichten Haaransatz und Augenhöhlen, griffen die Knochensubstanz an. Die Ärzte versuchten der Infektionsherde mit chirurgischen Mitteln Herr zu werden, sie entfernten sogar ein Auge. Und sie pumpten den Patienten mit Sulfonamide voll.

Sulfonamide: die Wunderdroge. Synthetisiert aus einem Farbstoff, entwickelt in Deutschland. 1941 wusste man längst um die Gefährlichkeit bakterieller Infektionen. Milch wurde seit Louis Pasteur pasteurisiert. Seit dem Ersten Weltkrieg trugen Soldaten aller Nationen sterile Verbandspäckchen bei sich. Doch breitete sich eine Sepsis aus, war dem Verwundeten kaum mehr zu helfen.

Die Meningitis tötete jeden dritten Patienten

Obwohl sich die hygienischen Verhältnisse in den Krankenhäusern seit Beginn des Jahrhunderts dramatisch verbessert hatten, starben in Deutschland 1932 pro eine Million Schwangerschaften immer noch 1200 Frauen am Kindbettfieber. Gegen die Tuberkulose konnte man inzwischen impfen, doch brach die Krankheit aus, gab es kein Mittel. Die Lungenentzündung war gefürchtet, die Meningitis tötete jeden dritten Patienten. Und selbst scheinbar harmlose Infektionen konnten schnell lebensbedrohlich werden.

Schlagzeilen machte etwa 1923 Lord Carnarvon. Zuerst, weil er die Expedition finanziert hatte, die zur Entdeckung des Goldschatzes von Pharao Tutanchamun in Ägypten führte. Dann durch seinen raschen Tod. Der Lord wurde von einer Mücke gestochen und schnitt sich beim Rasieren in die kleine Schwellung. Sein Dahinscheiden binnen Tagen geisterte weltweit als „Fluch des Pharao“ durch die Zeitungen, tatsächlich hatte sich die Wunde mit Streptokokken infiziert.

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Mochte man hier noch der mangelhaften Wundversorgung in Ägypten die Schuld geben, so waren ein Jahr später die besten Ärzte der USA hilflos, als es um das Leben von Calvin Coolidge Jr. ging. Der 16-jährige Sohn des amtierenden Präsidenten hatte sich beim Tennis auf dem Rasen vor dem Weißen Haus eine Blase am Zeh zugezogen. Die Wunde infizierte sich mit Staphylococcus aureus. Die anschließende Blutvergiftung brachte den Jungen in nur einer Woche um.

So waren die Verhältnisse, als Gerhard Domagk in Wuppertal die antibiotische Wirkung eines Farbstoffes aus der Gruppe der Sulfonamide entdeckte. Eine der ersten Patientinnen, an der Domagk das neue Mittel Prontosil testete, war seine sechsjährige Tochter. Das Mädchen hatte sich beim Sticken gestochen, in Folge der anschließenden Blutvergiftung stellte sich hohes Fieber ein, der behandelnde Arzt empfahl die Amputation des Armes. Gerhard Domagk protestierte und injizierte sein Prontosil. Schon nach zwei Tagen war das Fieber auf Normaltemperatur gesunken.

Die Nazis verbieten die Entgegenahme des Nobelpreises

Die Entdeckung brachte Domagk 1939 den Nobelpreis für Medizin ein. Doch als der Preis verliehen wurde, durfte er nicht nach Stockholm. Seit dem ins Konzentrationslager verschleppten Carl von Ossietzky 1935 der Friedensnobelpreis zugesprochen worden war, hatte das Nazi-Regime jedem Deutschen die Annahme des Nobelpreises verboten. Um ganz sicher zu gehen, wurde Domagk vor der Zeremonie in Stockholm von der Gestapo verhaftet und erst nach einer Woche wieder frei gelassen.

Nicht einmal zwei Jahre später sollte nun seine Entdeckung einem Oxforder Polizisten das Leben retten, während sich Großbritannien im Krieg mit Deutschland befand. Das Dumme war nur, die Behandlung mit Sulfonamide wirkte nicht. Albert Alexander ging es unverändert schlecht, trotz des vermeintlichen Wundermittels.

Dabei hatten die Sulfonamide bemerkenswerte Erfolge erzielt. Das Kindbettfieber schien in kaum fünf Jahren besiegt, die Lungenentzündung und die Meningitis verloren allmählich ihren Schrecken, die Gonorrhoe, eine auch als Tripper bekannte Geschlechtskrankheit, konnte binnen zehn Tagen in 95 Prozent der Fälle geheilt werden. Doch das Spektrum der mit dem neuen Antibiotikum behandelbaren Bakterien blieb begrenzt. Schlimmer noch, schon bald sollte sich die Wandlungsfähigkeit aggressiver Mikroben zeigen. Prontosil tötete sie nicht, es hemmte nur ihr Wachstum. Die Mikroben wurden stärker und resistent.

Es gab jemanden, der hatte diese Entwicklung vorausgesehen. Alexander Fleming, schottischer Bakteriologe, hatte 1935 einen Vortrag Domagks besucht. Dort kommentierte er die Entdeckung mit dem Satz: „Ich habe etwas Besseres, ich nenne es Penicillin.“ Aber Penicillin war da noch kein Medikament, sondern allenfalls ein Versprechen.

Verschiedenste Substanzen waren inzwischen auf ihre antibiotische Wirkung getestet worden, Flemings Entdeckung eher ein Zufallsfund. Als er im September 1928 aus seinen Ferien zurückkehrte, bemerkte er, dass einige seiner zuvor angesetzten Proben verschimmelt waren. Das Eigenartige war, dass dieser Schimmel eine Bakterienkultur in Schach gehalten hatte. Fleming bezeichnete die Substanz als Penicillin, lateinisch für den Pinsel, nach dem der schlauchartige Schimmelpilz seinen Namen hatte.

Penicillin wird zum wichtigsten Projekt neben der Atombombe

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In der Folge versuchte Fleming, die antibiotisch wirksame Substanz in ihrer reinen, kristallinen Form zu gewinnen. Doch er war kein Chemiker, es gelang ihm nicht. Penicillin erwies sich als reichlich flüchtiger Stoff. Fleming veröffentlichte im Jahr darauf seine Ergebnisse in der einschlägigen Fachliteratur. Und niemand schien sich mehr dafür zu interessieren, erst recht nicht nach Domagks Erfolgen mit Prontosil.

Das änderte sich erst, als ein junger, deutsch-russischer Biochemiker sich der Arbeit Flemings annahm: Ernst Chain war als Jude 1933 vor den Nazis aus Deutschland geflohen, nun forschte er in Oxford, und sein Institutschef Howard Florey machte ihn auf Flemings Studien aufmerksam. Tatsächlich gelang den Spezialisten, woran Fleming gescheitert war: Sie erzeugten aus seinem Schimmelpilz konzentriertes Penicillin, eine Substanz, die Bakterien tötete.

Bei Mäusen wirkte das neue Medikament spektakulär. Aber bei Menschen? Der Polizist Albert Alexander war nicht der Erste, dem das neue Penicillin verabreicht wurde. Das war eine Krebspatientin, bei der zwei Dinge klar waren. Sie würde in spätestens zwei Monaten sterben, und auch das neue Mittel könnte daran nichts ändern. Die Patientin willigte trotzdem ein, den Nachweis zu erbringen, dass Penicillin für den menschlichen Organismus unschädlich war. Tatsächlich litt sie für kurze Zeit an Fieber, aber das wurde als normale Impfreaktion betrachtet. Das Experiment schien zu belegen, dass Penicillin dem menschlichen Organismus nicht schaden würde. Aber konnte es auch helfen?

Nach fünf Tagen war alles Penicillin verbraucht

So wurde Albert Alexander am 12. Februar 1941 der erste Mensch, der mit Penicillin therapiert werden sollte. Alle drei Stunden erhielt er eine Injektion, weil das neue Mittel im Magen viel zu schnell abgebaut wurde. Tatsächlich geschah ein Wunder. Das Fieber sank innerhalb von 24 Stunden, die Abszesse bildeten sich zurück, vier Tage später war Albert Alexander ohne Symptome. Das Problem war nur: Das gesamte bisher erzeugte Penicillin war aufgebraucht. Die Forscher versuchten sogar, aus dem Urin des Polizisten den Wirkstoff zu extrahieren, denn er wurde sehr schnell über die Nieren ausgeschieden.

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Es half nichts, die Ärzte konnten die Behandlung nicht fortsetzen, und das Fieber kehrte zurück. Am 15. März, einen Monat nach Beginn der Therapie, starb Alexander. Doch die Gruppe um Florey und Chain wusste nun, sie würde einfach mehr Penicillin brauchen. Tatsächlich gelang kurz darauf die Rettung zweier weiterer Patienten.

Inzwischen war es Mai 1941, und Großbritannien stand allein im Kampf mit Nazideutschland, weder die Sowjetunion noch die USA waren bisher in den Krieg eingetreten. Kein pharmazeutisches Unternehmen in England war bereit, nennenswerte Ressourcen für ein nicht hinlänglich erprobtes Medikament einzusetzen. Sie hatten genug damit zu tun, dringend benötigtes Verbandsmaterial, Desinfektionsmittel, Morphium und Blutplasma herzustellen. Florey reiste in die USA, um dort nach Partnern zu suchen.

Als die amerikanischen Medien die spektakuläre Heilung der ersten sterbenskranken amerikanischen Patientin meldeten, versprach Penicillin zur neuen Wunderwaffe im Kampf gegen tödliche Mikroben zu werden. Das War Production Board, ein Regierungsausschuss für die amerikanische Kriegswirtschaft, machte die Massenherstellung des Medikaments neben der Entwicklung der Atombombe zu einem seiner wichtigsten Projekte. 21 Firmen wurden ausgewählt, daran mitzuwirken. Befördert wurde das Unternehmen durch die Entdeckung eines noch ergiebigeren Schimmelpilzes, ausgerechnet auf einer vergammelten Honigmelone aus amerikanischer Ernte. In großen Anzeigen wurde für das Medikament geworben: „Dank Penicillin wird er heimkehren“ stand über dem Bild eines verwundeten Soldaten.

Penicillin wird kriegswichtig

War Albert Alexander im Februar 1941 noch gestorben, weil die wenigen mühsam gewonnenen Milliliter für die Therapie nicht ausreichten, so produzierten die amerikanischen Pharmafirmen 1943 bereits 1,4 Tonnen, bei den behandelten Soldaten kam es zu keinem einzigen Fall von Wundinfektion. 1945 stieg die Produktion allein in den USA auf über 400 Tonnen reines Penicillin.

In Hitler-Deutschland, das seine Soldaten mit Prontosil ins Feld schickte, waren die Erfolge der britischen Forscher nicht unbemerkt geblieben, zumal Florey und Chain ihre Ergebnisse in Fachzeitschriften publizierten. Das Umdenken wurde durch den Tod von Reinhard Heydrich beschleunigt. Tschechische Widerstandskämpfer hatten auf den als „Henker von Prag“ bezeichneten Organisator des Holocaust einen Anschlag verübt. Es war nicht die Splittergranate selbst, die ihn tötete, sondern die Blutvergiftung infolge eingedrungener Partikel aus dem Polster seines Wagens. Sulfonamide konnten ihn nicht retten, mit Penicillin wäre es vielleicht gelungen. Die Deutschen forschten mit Hochdruck, doch erst 1944 gelang die Herstellung einer ersten kleinen Charge. Wie knapp der Stoff bei den Achsenmächten noch eine Weile blieb, thematisiert Graham Greenes „Der Dritte Mann“, die Geschichte des mörderischen Handels mit gepanschtem Penicillin im Wien der Nachkriegszeit.

Alexander Fleming, Ernst Chain und Howard Florey erhielten 1945 für Entdeckung und Herstellung des Penicillin den Nobelpreis für Medizin. Übrigens durfte sich auch Gerhard Domagk zwei Jahre später seinen Preis endlich in Stockholm abholen. Das Preisgeld bekam er allerdings nicht, das verfällt, wenn es nicht innerhalb eines Jahres beansprucht wird. In seiner Rede in Stockholm wurde Fleming prophetisch: „Die Zeit wird kommen“, sagte er, „in der Penicillin von jedem überall gekauft werden kann. Dann besteht die Gefahr, dass der Unwissende sich das Medikament in zu geringer Dosis verabreicht und die Mikroben nicht vernichtet, sondern resistent macht.“

Der britische Entdecker des Vitamin D, Edward Mellanby, hatte 1938 die Prognose gewagt: In 50 Jahren würden Krankenhäuser nicht mehr benötigt, um Infektionen zu behandeln, „sie werden natürlich voll sein mit den Opfern von Verkehrsunfällen oder von sehr alten Menschen, die dort ihre letzten Jahre glücklich und zufrieden verbringen“. Nun wähnte man sich diesem Ziel bereits nach sieben Jahren sehr viel näher. Auf Flemings Warnung achtete niemand.

Ein neues Antibiotikum erweist sich als machtlos

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Penicillin war bald jederzeit verfügbar, es wurde sogar erwogen, das Mittel zur Vorbeugung zu verwenden, es als Zusatzstoff in Lippenstiften oder Kaugummi einzusetzen. Auch für die nun bei der Antibiotikaproduktion reichlich anfallenden Proteine fand sich bereits Ende der 1940er Jahre eine Verwendung, sie wurden in der Schweinemast verwertet. Und die Farmer machten eine seltsame Entdeckung. Ihre Tiere waren nicht nur widerstandsfähiger gegen Infektionen, sie wuchsen auch schneller. Schon bald wurden Antibiotika ins Tierfutter gemischt. Das neue Medikament versprach nun nicht nur Gesundheit, es machte auch die industrielle Fleischproduktion erst möglich. Schnitzel für alle, und das in einer Welt, die eben noch am Abgrund stand.

Bereits in den 50er Jahren wurde ein Viertel der Antibiotikaproduktion in der Tierzucht eingesetzt. Gleichzeitig wurde registriert, dass Penicillin bei manchen Infektionen nicht mehr half. Das machte nichts, kamen doch ständig neue Antibiotika auf den Markt.

In den 60er Jahren wurde ein Zusammenhang zwischen dem Einsatz in der Landwirtschaft und dem Auftauchen resistenter Keime hergestellt. Mensch und Tier scheiden bis zu 95 Prozent eines verabreichten Antibiotikums wieder aus. Gelangt es in den Boden, beginnt ein Kampf ums Überleben, den der Stärkere gewinnt. Es sind die resistenten Stämme, die sich in diesem Ausleseprozess durchsetzen.

In der Tierzucht werden mehr Antibiotika verbraucht als für den Menschen

Bis heute lässt sich die Gefahr durch zunehmende Antibiotikaresistenzen nicht genau beziffern. Das Europäische Zentrum für Krankheitskontrolle und Prävention in Stockholm schätzte auf der Basis von Daten aus dem Jahr 2007 die Zahl der Todesfälle in Europa, die auf Infektionen mit multiresistenten Keimen während einer medizinischen Behandlung zurückzuführen sind, auf 25000 Fälle. Aktuell geht Petra Gastmeier, Direktorin des Instituts für Hygiene und Umweltmedizin der Berliner Charité, für Deutschland von bis zu 4000 Toten aus. Das Problem wird als so ernst eingeschätzt, dass Antibiotikaresistenz auch Thema beim Weltwirtschaftsgipfel in Davos war. Nicht nur 2015, sondern auch in diesem Jahr.

In welchem Umfang der massive Antibiotikaeinsatz in der Landwirtschaft die Entstehung resistenter Keime befördert hat, ist ebenfalls nicht erfasst. Die Gefahr selbst ist unstrittig. Seit 2006 sind Antibiotika als Wachstumsförderer in der Tiermast EU-weit verboten. Das änderte nichts daran, dass in der Bundesrepublik 2013 1452 Tonnen von den Medikamenten an Veterinäre abgegeben wurden. Experten schätzen, dass in der Tierzucht noch heute mehr Antibiotika eingesetzt werden, als für den Menschen.

Und auch die neuesten Nachrichten sind nicht richtig gut. Im Januar meldete das Deutsche Zentrum für Infektionsforschung (DZFI) das Auftauchen eines neuen Resistenzgens in Deutschland. Das zuvor in China entdeckte Gen macht Erreger gegen Colistin unempfindlich. Colistin gilt als eines der wenigen noch einsetzbaren Antibiotika bei Infektionen mit multiresistenten Keimen. Diese Woche meldete das DZFI, bei einem Tuberkulosepatienten sei zum ersten Mal ein Bakterium nachgewiesen worden, das gegen Delamid und Bedaquilin resistent ist. Beide Antibiotika waren erst 2014 als brandneue Geheimwaffe gegen die Tuberkulose zugelassen worden. Im gleichen Jahr forderte die Krankheit nach Angaben der WHO weltweit 1,5 Millionen Opfer.

Eindeutig ist der Segen, den die Erfindung der Antibiotika bedeutete. Und die Menschheit ist weit von den Verhältnissen der Vor-Antibiotika-Ära entfernt. Ob das so bleibt, ist keineswegs entschieden.