Für Ihre Gesundheit: Penicillin
Chemotherapie ist der strategische Einsatz von Chemikalien (d.h. Medikamenten), um infektiöse Mikroorganismen oder Krebszellen zu zerstören, ohne die anderen, gesunden Zellen des Wirts übermäßig zu schädigen. Von Bakterien bis zum Menschen sind die Stoffwechselwege aller lebenden Organismen recht ähnlich, so dass die Suche nach sicheren und wirksamen Chemotherapeutika eine schwierige Aufgabe darstellt. Viele bekannte Chemotherapeutika wirken durch Hemmung eines kritischen Enzyms in den Zellen des eindringenden Organismus.
Ein Antibiotikum ist eine Verbindung, die Bakterien abtötet; sie kann aus einer natürlichen Quelle wie Schimmelpilzen stammen oder mit einer Struktur synthetisiert werden, die einer natürlich vorkommenden antibakteriellen Verbindung entspricht. Antibiotika bilden keine klar definierte Klasse chemisch verwandter Substanzen, aber viele von ihnen wirken durch die wirksame Hemmung einer Reihe von Enzymen, die für das Bakterienwachstum wichtig sind.
Penicillin, eines der weltweit am häufigsten verwendeten Antibiotika, wurde 1928 zufällig von Alexander Fleming entdeckt, als er antibakterielle Eigenschaften in einem Schimmelpilz bemerkte, der auf einer Bakterienkulturplatte wuchs. Im Jahr 1938 begannen Ernst Chain und Howard Florey mit intensiven Bemühungen, Penicillin aus dem Schimmelpilz zu isolieren und seine Eigenschaften zu untersuchen. Durch die Entwicklung eines Nährmediums auf Maisbasis, das der Schimmelpilz liebte, und durch die Entdeckung eines ertragreicheren Schimmelpilzstamms in einem Forschungszentrum des US-Landwirtschaftsministeriums in der Nähe von Peoria, Illinois, wurden die für diese Forschung benötigten großen Mengen Penicillin verfügbar. Dennoch wurde Penicillin erst 1944 in großen Mengen hergestellt und für die Behandlung bakterieller Infektionen verfügbar gemacht.
Penicillin wirkt, indem es die Synthese der Zellwände von sich vermehrenden Bakterien stört. Dies geschieht durch die Hemmung eines Enzyms – der Transpeptidase -, das den letzten Schritt der bakteriellen Zellwandbiosynthese katalysiert. Die defekten Wände lassen die Bakterienzellen platzen. Menschliche Zellen sind davon nicht betroffen, da sie Zellmembranen und keine Zellwände haben.
Es wurden mehrere natürlich vorkommende Penicilline isoliert. Sie zeichnen sich durch unterschiedliche R-Gruppen aus, die mit einer gemeinsamen Struktur verbunden sind: einem viergliedrigen zyklischen Amid (Lactamring genannt), das an einen fünfgliedrigen Ring kondensiert ist. Die Zugabe geeigneter organischer Verbindungen zum Nährmedium führt zur Herstellung der verschiedenen Penicillinarten.
Die Penicilline sind wirksam gegen grampositive Bakterien (Bakterien, die mit der Gram-Färbung angefärbt werden können) und einige gramnegative Bakterien (darunter das Darmbakterium Escherichia coli). Sie sind wirksam bei der Behandlung von Diphtherie, Gonorrhoe, Lungenentzündung, Syphilis, vielen Eiterinfektionen und bestimmten Arten von Furunkeln. Penicillin G war das erste Penicillin, das auf breiter Basis eingesetzt wurde. Es kann jedoch nicht oral verabreicht werden, da es recht instabil ist; der saure pH-Wert des Magens wandelt es in ein inaktives Derivat um. Die wichtigsten oral verabreichten Penicilline – Penicillin V, Ampicillin und Amoxicillin – sind dagegen säurestabil.
Einige Bakterienstämme werden durch eine Mutation resistent gegen Penicillin, die es ihnen ermöglicht, ein Enzym – Penicillinase – zu synthetisieren, das das Antibiotikum abbaut (durch Spaltung der Amid-Bindung im Lactam-Ring). Um diese Stämme zu bekämpfen, haben Wissenschaftler Penicillin-Analoga (wie Methicillin) synthetisiert, die nicht durch Penicillinase inaktiviert werden.
Einige Menschen (vielleicht 5 % der Bevölkerung) reagieren allergisch auf Penicillin und müssen daher mit anderen Antibiotika behandelt werden. Ihre allergische Reaktion kann so schwerwiegend sein, dass ein tödliches Koma eintreten kann, wenn ihnen versehentlich Penicillin verabreicht wird. Glücklicherweise wurden mehrere andere Antibiotika entdeckt. Die meisten, darunter Aureomycin und Streptomycin, sind Produkte der mikrobiellen Synthese. Andere, wie die halbsynthetischen Penicilline und Tetracycline, werden durch chemische Modifikationen von Antibiotika hergestellt; und einige, wie Chloramphenicol, werden vollständig durch chemische Synthese hergestellt. Sie sind bei der Abtötung infektiöser Mikroorganismen ebenso wirksam wie Penicillin. Viele dieser Antibiotika entfalten ihre Wirkung, indem sie die Proteinsynthese in den Mikroorganismen blockieren.
Anfänglich galten Antibiotika als Wundermittel, die die Zahl der Todesfälle durch Blutvergiftung, Lungenentzündung und andere Infektionskrankheiten erheblich reduzierten. Vor etwa sieben Jahrzehnten starb ein Mensch mit einer schweren Infektion fast immer. Heute sind solche Todesfälle selten. Vor sieben Jahrzehnten war die Lungenentzündung eine gefürchtete Todesursache für Menschen aller Altersgruppen. Heute sterben daran nur noch sehr alte Menschen oder solche, die aus anderen Gründen krank sind. Antibiotika haben in unserer Zeit tatsächlich Wunder bewirkt, aber auch Wundermittel haben ihre Grenzen. Nicht lange nach dem ersten Einsatz der Medikamente begannen die Krankheitserreger, resistente Stämme zu entwickeln. Um den resistenten Bakterienstämmen einen Schritt voraus zu sein, suchen Wissenschaftler weiterhin nach neuen Antibiotika. Die Penicilline sind inzwischen teilweise durch verwandte Verbindungen wie die Cephalosporine und Vancomycin verdrängt worden. Leider haben einige Bakterienstämme bereits eine Resistenz gegen diese Antibiotika entwickelt.