Het verhaal van de ontdekking van penicilline door Alexander Fleming is algemeen bekend. Bij terugkomst van vakantie op 3 september 1928 ziet hij in een petrischaal met een kweek van bacteriën (stafylokokken) een plek waar geen bacteriën groeien; er groeit wel een klodder schimmels. Het gebied rondom de schimmel is helder, daar groeien dus geen bacteriën. Volgens Fleming zou dat kunnen komen doordat de schimmel iets heeft afgescheiden wat de bacteriegroei belemmert. Naderhand wordt de schimmel geïdentificeerd als lid van de Penicilline familie: Penicillium notatum. Penicilline is het stofje dat de bacteriegroei heeft gestopt. Het begin van een enerverende ontwikkeling, het vervolg op zijn ontdekking van het lysozym.
Project ‘100 jaar antibiotica’
Aflevering 11. Hoogmoed komt voor de val
Aflevering 12. Lessen voor de toekomst
Aflevering 13. November 1921 en September 1928
Aflevering 14. Raadsels en toeval
Aflevering 15. Antibacteriële middelen uit het verleden
Destijds twijfelen veel onderzoekers aan deze versie van het ontdekkingsverhaal. Niet zozeer aan de waarneming op zich, als wel aan de omstandigheden er omheen. De terugkeer van vakantie is met vraagtekens omgeven; zo ook wat Fleming precies aan het doen was toen zijn oog op de dot schimmels viel. Het is ook onduidelijk wie er getuige van waren; de omschrijvingen in zijn dagboek en verslagen zijn voor meerdere uitleg vatbaar.
Het lysozym
Wij laten het verhaal beginnen met een andere ontdekking van Fleming en wel in November 1921. We volgen daarbij het verslag van Robert Scott Root-Bernstein in zijn boek Discovering. Fleming komt op zijn lab aan met een flinke neusverkoudheid. Hij plant een stukje snot op een voedingsbodem (agar) in een petrischaal en vraagt zich af wat er zich zal ontwikkelen. Na een paar dagen zegt hij tegen een collega ‘this is interesting’, zijn flegmatieke manier van zeggen dat hij iets bijzonders heeft gevonden. Naast de verwachte kolonies van groeiende micro-organismen ziet hij ook bacteriekolonies die bezig zijn te verdwijnen. Ze lossen op. Hij ziet hetzelfde verschijnsel als hij een druppel traanvocht, longslijm, speeksel, moedermelk, of stukjes van allerhande eieren en delen van planten op een voedingsbodem brengt.
Maanden later komt hij met een conclusie. Er moet een stof zijn die het oplossen van de bacteriën veroorzaakt. En die stof moet iets te maken hebben met de bescherming van het menselijk lichaam tegen bacteriën die binnen willen dringen. Hij vindt namelijk de grootste effecten bij materiaal uit de lichaamsopeningen; neus, ogen, mond en longen. Vooral bij honden is het speeksel erg actief. In eerste instantie denkt hij aan een bacteriofaag (vijandig virus van de bacterie). Maar deze kunnen zich op petrischalen supersnel vermenigvuldigen en alle bacteriestammen oplossen. Het verschijnsel kan daarom niet worden veroorzaakt door een levend organisme. Hij komt op de gedachte dat het een enzym moest zijn (enzymen zijn eiwitten, essentieel voor alle levensfuncties, maar zelf niet levend). Hij geeft het de naam: lysozym; een samentrekking van lysis (oplossen) en enzym. Eén van de betekenissen van lysis is het oplossen van celmateriaal. Zijn lysozym is vooral actief in het onschadelijk maken van bacteriën die in de lucht voorkomen; helaas niet tegen notoire infectieverwekkers als de kokken. De publicaties van Fleming hierover krijgen dan ook jarenlang weinig aandacht. Wat ook niet helpt is zijn overdreven bescheidenheid en zelfonderschatting. Zijn publicaties zijn kort met (te) weinig praktische details en zijn lezingen zijn alleen maar op de voorste rijen te verstaan. Vragen uit het publiek komen er vrijwel nooit. De volgende jaren is Fleming vooral met de lysozymen bezig, getuige een achttal publicaties. Veel aandacht trekt zijn werk niet.
September 1928
Nu weten we precies hoe het zit met de lysozymen van Fleming. Ze vallen een suikerketen in de celwand van bacteriën aan en prikken daardoor de wand als het ware lek. Celmateriaal sijpelt weg en de bacterie gaat ten onder. De structuur van het lysozym is nu ook helemaal opgehelderd. Het is een eiwit opgebouwd uit 129 aminozuren die zich vouwen tot een compacte bolvorm met een lange gleuf aan het oppervlak. De gleuf is het actieve gedeelte; de suikerketen van de celwand bindt zich daar en wordt vervolgens stuk geknipt. De exacte ruimtelijke structuur wordt in 1966 vastgesteld door David Phillips. Het lysozym is het eerste enzym waarvan de ruimtelijke vorm wordt bepaald.
Volgens Scott ziet Fleming pas half september 1928 de schimmel in zijn petrischaal – hoewel hij al op 3 september van vakantie is teruggekomen. De onderzoekers denken eerst dat ze opnieuw enige lysozym activiteit zien. Deze keer veroorzaakt door een schimmel. Nou en… denken de meesten. Maar ditmaal wordt het effect gezien bij de gevaarlijke stafylokokken. Fleming bewaart een monster van de schimmel in een reageerbuis en begint de schimmel op te kweken. Vanaf 20 oktober laat hij de schimmel 5 dagen lang bij kamertemperatuur verder groeien. Vervolgens ent hij een aantal bacterieculturen met de schimmel om lysozym-activiteit vast te stellen. Daarbij is ook een schaal met stafylokokken. Fleming’s notities in de dagboeken van augustus en september reppen niet van een bijzondere waarneming. Maar op 30 oktober schrijft hij in zijn dagboek: deze schimmel bevat een stof die stafylokokken doodt. En hoewel hij bij terugkeer van vakantie niets opschrijft, zou het verhaal dat hij op dat moment iets waarneemt best waar kunnen zijn. Want, zoals een gedegen onderzoeker betaamt, een waarneming is pas waar als die gereproduceerd kan worden. Dat is dus precies wat Fleming heeft gedaan.
Een zeldzame variant
De schimmel wordt in eerste instantie foutief geïdentificeerd. Pas na twee jaar wordt duidelijk dat het om een zeldzame variant van de schimmel Penicillium notatum gaat. Fleming test vervolgens alle schimmels waarop hij de hand kan leggen op werking tegen stafylokokken. Allemaal zonder succes. Ze moeten verder met die ene schimmel. Ze kweken een flinke hoeveelheid ervan op een eiwitrijk stierenhart als voedingsbodem. Ze vinden antibacteriële werking in alle delen van hun brouwsel. Ook blijkt de werking vrij snel te verdwijnen; ze concluderen dat penicilline instabiel is. Maar veel belangrijker is de observatie van antibacteriële activiteit tegen streptokokken, stafylokokken en de veroorzakers van longontsteking, gonorroe, hersenvliesontsteking en difterie. Maar geen activiteit tegen de veroorzakers van tyfus, paratyfus en influenza.
Fleming constateert met grote tevredenheid dat witte bloedcellen (de opruimers van gedode bacteriën) onaangetast blijven en dat het brouwsel niet giftig is bij inspuiting bij onder andere konijnen. Een experiment dat nu zeer voor de hand zou liggen doet hij echter niet. Namelijk een proefdier besmetten met bijvoorbeeld streptokokken en vervolgens iets van zijn brouwsel injecteren. Destijds beschouwt men dat als kunstmatig; de resultaten van zo’n proef zouden niet toepasbaar zijn bij ‘natuurlijk’ opgelopen infecties. Dat is één van de redenen waarom het nog een aantal jaren duurt voordat het werkelijke nut van penicilline tot ontwikkeling kan komen.
Bronnen:
Wikipedia: alle genoemde eigennamen en producten
No-nonsense guide to Antibiotics. Moira Dolan, SmartMedinfo, 2015
The Miracle Drugs, Boris Sokoloff, Ziff-Davis PublishingCo, 1949
Th Mould in Dr Florey’s Coat. Eric Lax, Abacus 2004. ISBN 978-0349-11768-3
Discovering: Inventing and Solving Problems at the Frontiers of Scientific Knowledge ,1st Edition by Robert Scott Root-Bernstein ISBN-13: 978-0735100077 ISBN-10: 0735100071 Replica books 1997
Heel interessant om te lezen