Alexander Fleming

Der unvorbereitete Geist kann die ausgestreckte Hand der Gelegenheit nicht sehen.

Sir Alexander Fleming war ein schottischer Arzt und Mikrobiologe, der vor allem für die Entdeckung des Enzyms Lysozym und der weltweit ersten breit wirksamen Antibiotikasubstanz bekannt ist, die er Penicillin nannte. Er entdeckte Lysozym aus seinem Nasenausfluss 1922 und damit zusammenhängend ein Bakterium, das er Micrococcus Lysodeikticus nannte und später in Micrococcus luteus umbenannt wurde. Seine Entdeckung des später Benzylpenicillin oder Penicillin G genannten Stoffes aus dem Schimmelpilz Penicillium rubens 1928 wird als der „größte Einzelsieg, der jemals über eine Krankheit errungen wurde", beschrieben. Für diese Entdeckung teilte er sich 1945 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin mit Howard Florey und Ernst Boris Chain.

Fleming wurde 1944 für seine wissenschaftlichen Leistungen geadelt. 1999 wurde er in der Liste des TIME Magazins der 100 wichtigsten Personen des 20. Jahrhunderts genannt. 2002 wurde er in der BBC-Fernsehbefragung zur Bestimmung der 100 größten Briten ausgewählt, und 2009 wurde er auch in einer Meinungsumfrage der STV als dritter „größter Schotte" gewählt, hinter nur Robert Burns und William Wallace.

Frühen Jahren und Bildung

Alexander Fleming wurde am 6. August 1881 auf dem Lochfield-Bauernhof in der Nähe von Darvel in Ayrshire, Schottland, geboren. Er war das dritte von vier Kindern des Bauern Hugh Fleming 1816–1888 und Grace Stirling Morton 1848–1928, der Tochter eines benachbarten Bauern. Hugh Fleming hatte vier überlebende Kinder aus seiner ersten Ehe. Er war 59 Jahre alt, als er Grace heiratete, und starb, als Alexander sieben Jahre alt war.

Fleming besuchte die Loudoun Moor School und die Darvel School und erhielt ein zweijähriges Stipendium für die Kilmarnock Academy, bevor er nach London zog, wo er die Royal Polytechnic Institution besuchte. Nach vier Jahren Arbeit in einem Schifffahrtsbüro erbte der zwanzigjährige Alexander Fleming Geld von seinem Onkel John Fleming. Sein älterer Bruder Tom war bereits Arzt und schlug ihm vor, denselben Beruf zu ergreifen. 1903 schrieb sich der jüngere Alexander an der St Mary's Hospital Medical School in Paddington ein; er machte sein MBBS-Examen an der Schule mit Auszeichnung 1906.

Fleming, der von 1900 bis 1914 Gefreiter im London Scottish Regiment der Volunteer Force war, war Mitglied des Schießstandes an der medizinischen Schule. Der Kapitän des Vereins, der Fleming im Team behalten wollte, schlug vor, dass er zur Forschungsabteilung von St Mary's kam, wo er Assistent des Bakteriologen Sir Almroth Wright wurde, ein Pionier der Impfstofftherapie und Immunologie. 1908 erhielt er einen BSc-Abschluss mit Goldmedaille in Bakteriologie und wurde bis 1914 Dozent an St Mary's.

Fleming erhielt 1914 eine Offizierskommission als Leutnant und wurde 1917 zum Hauptmann befördert. Er diente während des Ersten Weltkrieges im Royal Army Medical Corps und wurde in Dispatches erwähnt. Er und viele seiner Kollegen arbeiteten in Feldlazaretten an der Westfront in Frankreich. 1918 kehrte er zu St Mary's Hospital zurück, wo er 1928 zum Professor für Bakteriologie der University of London gewählt wurde. 1951 wurde er zum Rektor der University of Edinburgh für einen Zeitraum von drei Jahren gewählt.

Wissenschaftliche Beiträge

Antiseptika

Während des Ersten Weltkrieges schlossen sich Fleming mit Leonard Colebrook und Sir Almroth Wright den Kriegsanstrengungen an und verlegten praktisch die gesamte Inokulationsabteilung von St Mary's ins britische Militärlazarett in Boulogne-sur-Mer. Als Zeitlicher Leutnant des Royal Army Medical Corps war er Zeuge des Todes vieler Soldaten an Sepsis aufgrund infizierter Wunden. Antiseptika, die damals zur Behandlung infizierter Wunden verwendet wurden, verschlechterten nach seinen Beobachtungen häufig die Verletzungen. In einem 1917 im medizinischen Fachjournal The Lancet veröffentlichten Artikel beschrieb er ein genialesExperiment, das er dank seiner eigenen Glaspustfähigkeiten durchführen konnte, in dem er erklärte, warum Antiseptika während des Krieges mehr Soldaten töteten als die Infektion selbst. Antiseptika wirkten gut an der Oberfläche, aber tiefe Wunden neigten dazu, anaerobe Bakterien vor dem Antiseptikum zu schützen, und Antiseptika schienen hilfreiche Mittel zu entfernen, die die Patienten in diesen Fällen mindestens ebenso gut schützten wie sie Bakterien entfernten, und taten nichts, um die Bakterien zu entfernen, die außer Reichweite waren. Wright unterstützte Flemings Ergebnisse stark, aber trotzdem verwendeten die meisten Armeeärzte während des Krieges weiterhin Antiseptika, auch in Fällen, in denen dies den Zustand der Patienten verschlechterte.

Entdeckung von Lysozym

Am St Mary's Hospital setzte Fleming seine Untersuchungen zur Bakterienkultur und antibakteriellen Substanzen fort. Wie sich sein damaliger Forschungswissenschaftler V.D. Allison erinnerte, war Fleming kein ordentlicher Forscher und erwartete normalerweise ungewöhnliche Bakterienwachstümer auf seinen Kulturplatten. Fleming hatte Allison wegen seiner „übermäßigen Ordnungsliebe im Labor" gehänselt, und Allison führte solche Unordnung zurecht auf den Erfolg von Flemings Experimenten zurück und sagte: „Wenn er so ordentlich gewesen wäre, wie ich es war, hätte er seine zwei großen Entdeckungen nicht gemacht."

Ende 1921 fand er, während er Agarplatten für Bakterien hielt, dass eine der Platten mit Bakterien aus der Luft kontaminiert war. Als er Nasenschleim hinzufügte, stellte er fest, dass der Schleim das Bakterienwachstum hemmte. Um die Schleimgegend herum war ein klarer transparenter Kreis von 1 cm vom Schleim entfernt, was die Tötungszone der Bakterien anzeigte, gefolgt von einem glässernen und durchscheinenden Ring, jenseits dessen ein undurchsichtiger Bereich das normale Bakterienwachstum anzeigte. Im nächsten Test verwendete er Bakterien, die in einer Kochsalzlösung gehalten wurden und eine gelbe Suspension bildeten. Innerhalb von zwei Minuten nach dem Hinzufügen von frischem Schleim wurde die gelbe Kochsalzlösung völlig klar. Er erweiterte seine Tests mit Tränen, die von seinen Mitarbeitern beigesteuert wurden. Wie Allison sich erinnerte und sagte: „In den nächsten fünf oder sechs Wochen waren unsere Tränen die Quelle für dieses außergewöhnliche Phänomen. Viele waren die Zitronen, die wir nach dem Fehlschlag von Zwiebeln zur Tränenproduktion verwendet haben... Die Nachfrage nach Tränen war so groß, dass Laborassistenten in den Dienst gepresst wurden und drei Pence für jeden Beitrag erhielten."

Seine weiteren Tests mit Sputum, Knorpel, Blut, Sperma, Ovarialzystenflüssigkeit, Eiter und Eiweiß zeigten, dass der bakterizide Wirkstoff in allen vorhanden war. Er berichtete seine Entdeckung im Dezember vor dem Medical Research Club und im nächsten Jahr vor der Royal Society, konnte aber, wie Allison erinnert, kein Interesse wecken:

Ich war bei diesem [Medical Research Club] Treffen als Flemings Gast anwesend. Sein Papier, das seine Entdeckung beschrieb, wurde ohne Fragen und ohne Diskussion aufgenommen, was sehr ungewöhnlich war und ein Zeichen dafür, dass es als ohne Bedeutung angesehen wurde. Im darauffolgenden Jahr las er ein Papier zu diesem Thema vor der Royal Society, Burlington House, Piccadilly, und er und ich gaben eine Demonstration unserer Arbeit. Wieder wurde mit einer Ausnahme wenig Beachtung oder Aufmerksamkeit darauf gezahlt.

In der Ausgabe vom 1. Mai 1922 der Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences unter dem Titel „On a remarkable bacteriolytic element found in tissues and secretions" schrieb Fleming:

In dieser Mitteilung möchte ich die Aufmerksamkeit auf eine Substanz lenken, die in den Geweben und Sekreten des Körpers vorhanden ist und bestimmte Bakterien schnell auflösen kann. Da diese Substanz Eigenschaften ähnlich denen von Fermenten aufweist, habe ich sie „Lysozym" genannt und werde mich in dieser Mitteilung auf diesen Namen beziehen. Das Lysozym wurde zunächst bei einigen Untersuchungen an einem Patienten mit akutem Schnupfen beobachtet.

Dies war die erste aufgezeichnete Entdeckung von Lysozym. Mit Allison veröffentlichte er weitere Studien zu Lysozym in der Oktoberausgabe des British Journal of Experimental Pathology im selben Jahr. Obwohl er größere Mengen Lysozym aus Eiweiß gewinnen konnte, war das Enzym nur gegen kleine Mengen harmloser Bakterien wirksam und hatte daher wenig therapeutisches Potenzial. Dies deutet auf einen der Hauptunterschiede zwischen pathogenen und harmlosen Bakterien hin. Der in der ursprünglichen Veröffentlichung beschriebene „Patient mit akutem Schnupfen" wurde später als Fleming selbst identifiziert. Sein Forschungsnotizbuch vom 21. November 1921 zeigte eine Skizze der Kulturplatte mit einer kleinen Notiz: „Staphyloid coccus from A.F.'s nose." Er identifizierte auch das in dem Nasenschleim vorhandene Bakterium als Micrococcus Lysodeikticus und gab dem Artnamen die Bedeutung „Lyse-Anzeiger" für seine Anfälligkeit für lysozymale Aktivität. Die Art wurde 1972 als Micrococcus luteus neu zugewiesen. Der „Fleming-Stamm" NCTC2665 dieses Bakteriums ist zu einem Modell in verschiedenen biologischen Studien geworden. Die Bedeutung von Lysozym wurde nicht erkannt, und Fleming war sich dessen bewusst. In seiner Präsidentenansprache bei der Tagung der Royal Society of Medicine am 18. Oktober 1932 sagte er:

Ich wähle Lysozym als Thema für diese Ansprache aus zwei Gründen, erstens weil ich ein väterliches Interesse am Namen habe, und zweitens, weil seine Bedeutung im Zusammenhang mit natürlicher Immunität nicht allgemein zu werden scheint.

In seinem Nobelauftrag am 11. Dezember 1945 erwähnte er Lysozym kurz und sagte: „Penicillin war nicht das erste Antibiotikum, das ich zufällig entdeckt habe." Es war erst gegen Ende des 20. Jahrhunderts, dass die wahre Bedeutung von Flemings Entdeckung in der Immunologie erkannt wurde, da Lysozym das erste entdeckte antimikrobielle Protein wurde, das Teil unserer angeborenen Immunität darstellt.

Entdeckung von Penicillin

Experiment

Manchmal findet man, wonach man nicht sucht. Als ich am 28. September 1928 kurz nach Sonnenaufgang aufwachte, plante ich sicherlich nicht, die gesamte Medizin zu revolutionieren, indem ich das erste Antibiotikum der Welt oder einen Bakterienkiller entdecke. Aber ich vermute, dass das genau das war, was ich tat.

Bis 1927 hatte Fleming die Eigenschaften von Staphylokokken untersucht. Er war bereits von seiner früheren Arbeit bekannt und hatte sich einen Ruf als brillanter Forscher erworben. 1928 untersuchte er die Variation von Staphylococcus aureus, der unter natürlichen Bedingungen gezüchtet wurde, nach der Arbeit von Joseph Warwick Bigger, der entdeckt hatte, dass das Bakterium in eine Vielzahl von Stämmen wachsen konnte. Am 3. September 1928 kehrte Fleming in sein Labor zurück, nachdem er mit seiner Familie in Suffolk Urlaub gemacht hatte. Bevor er in seinen Urlaub ging, impfte er Staphylokokken auf Kulturplatten und ließ sie auf einer Bank in einer Ecke seines Labors liegen. Nach seiner Rückkehr bemerkte Fleming, dass eine Kultur mit einem Pilz kontaminiert war, und dass die Staphylokokkenkolonien unmittelbar um den Pilz herum zerstört worden waren, während andere Staphylokokkenkolonien weiter weg normal waren, und bemerkte berühmterweise „Das ist lustig". Fleming zeigte die kontaminierte Kultur seinem ehemaligen Assistenten Merlin Pryce, der ihn erinnerte: „So hast du Lysozym entdeckt." Er identifizierte den Schimmelpilz als der Gattung Penicillium angehörig. Er vermutete, dass es P. chrysogenum war, aber ein Kollege Charles J. La Touche identifizierte es als P. rubrum. Es wurde später als P. notatum korrigiert und dann offiziell als P. chrysogenum akzeptiert; aber schließlich 2011 wurde es als P. rubens gelöst.

Das Labor, in dem Fleming Penicillin entdeckte und testete, wird als Alexander Fleming Laboratory Museum im St. Mary's Hospital, Paddington, bewahrt. Die Quelle der Pilzkontamination wurde 1966 als aus La Touches Zimmer stammend etabliert, das direkt unter Flemings lag.

Fleming züchtete den Schimmelpilz in einer Reinkultur und fand, dass die Kulturflüssigkeit eine antibakterielle Substanz enthielt. Er untersuchte seine antibakterielle Wirkung auf viele Organismen und bemerkte, dass es Bakterien wie Staphylokokken und viele andere grampositive Erreger betraf, die Scharlachfieber, Lungenentzündung, Meningitis und Diphtherie verursachen, aber nicht Typhus oder Paratyphus, die durch gramnegative Bakterien verursacht werden, für die er zu diesem Zeitpunkt eine Heilung suchte. Es betraf auch Neisseria gonorrhoeae, die Gonorrhö verursacht, obwohl dieses Bakterium gramnegativ ist. Nach einigen Monaten, in denen er es „Schimmelpilzsaft" oder „der Inhibitor" nannte, gab er am 7. März 1929 den Namen Penicillin für die antibakterielle Substanz im Schimmelpilz ein.

Rezeption und Veröffentlichung

Fleming präsentierte seine Entdeckung am 13. Februar 1929 vor dem Medical Research Club. Sein Vortrag über „A medium for the isolation of Pfeiffer's bacillus" erhielt keine besondere Aufmerksamkeit oder Kommentare. Henry Dale, der damalige Direktor des National Institute for Medical Research und Vorsitzender der Tagung, erinnerte sich viel später, dass er nicht einmal einen bemerkenswerten Punkt der Bedeutung in Flemings Rede gespürt hatte. Fleming veröffentlichte seine Entdeckung 1929 im British Journal of Experimental Pathology, aber dem Artikel wurde wenig Aufmerksamkeit zuteil. Sein Problem war die Schwierigkeit, Penicillin in großen Mengen herzustellen, und darüber hinaus die Isolierung der Hauptverbindung. Selbst mit Hilfe von Harold Raistrick und seinem Team von Biochemikern an der London School of Hygiene and Tropical Medicine war die chemische Reinigung erfolglos. „Infolgedessen siechte Penicillin weitgehend dahin