Penicillin

Engl.: penicillins
Franz.: pénicillines

Sammelbezeichnung für eine Gruppe von bakteriziden Antibiotika aus den Kulturflüssigkeiten verschiedener Schimmelpilzgattungen, besonders Penicillium notatum und Penicillium chrysogenum. Das Grundgerüst der Penicilline besteht aus dem 4-Thia-1-azabicyclo-[3.2.0]heptan-System, einem bicyclischen System mit beta-Lactam- und ankondensiertem Thiazolidin-Ring. Das Gerüst ist sehr ähnlich dem der Cephalosporine, die mit den Penicillin zur Gruppe der beta-Lactam-Antibiotika zusammengefaßt werden. Natürliche Penicilline wirken gegen zahlreiche grampositive Bakterien, sind säurelabil und werden von Penicillinasen durch Spaltung des beta-Lactam-Rings inaktiviert. Die zahlreichen natürlichen und synthetischen Penicilline unterscheiden sich nur in den Substituenten der Seitenkette und der eventuellen Ester-Gruppe der Carboxy-Gruppe.

Allgemein unterscheidet man je nach Herstellung die natürlichen Penicilline, die bei der Fermentation ohne Zufütterung der Seitenkette entstehen, und die biosynthetischen Penicilline, bei denen durch Zufütterung der entsprechenden Seitenkette nur ein bestimmtes Penicillin gebildet wird. Auf diese Weise wurden über 100 biosynthetische Penicilline hergestellt. Halbsynthetische Penicilline haben wegen ihrer verbesserten Eigenschaften (Säurestabilität, Resistenz gegen Plasmid-codierte u. chromosomal codierte beta-Lactamasen, erweitertes antimikrobielles Wirkungsspektrum) breite Anwendung in der Therapie gefunden. 
38% der hergestellten Penicilline gehen in die Humantherapie, 12% werden für veterinärmedizinische Zwecke verwendet, 43% werden zu halbsynthetischen Penicillinen verarbeitet. Bei der fermentativen Herstellung von Penicillinen erzielt man heute durch Einsatz von Hochleistungsstämmen und optimierte Fermentations-Bedingungen Ausbeuten, die bis zu 40000mal höher liegen als zu Flemings Zeit. Penicilline waren die ersten industriell hergestellten Antibiotika und gehören auch heute noch zu den am häufigsten eingesetzten Antibiotika.

Der Wirkungsmechanismus von Penicillinen beruht im wesentlichen auf einer Blockierung der Zellwandsynthese bzw. daran beteiligter Enzyme in wachsenden Bakterien. Man fand, dass die Penicilline an Transpeptidasen und Carboxypeptidasen gebunden werden, so dass infolge kompetitiver Hemmung die Quervernetzung des Mureins – der Stützsubstanz der Bakterienzellwand – verhindert wird. Viele Mikroorganismen sind jedoch gegen Penicilline resistent, was auf die Gegenwart von Penicillin-spaltenden Enzymen – besonders der Penicillinasen (beta-Lactamase) – zurückgeht. Nur die neueren, halbsynthetischen Penicilline mit raumfüllenden Seitenketten sind davon nicht betroffen.

Die Penicilline werden durchweg in Form stabiler K- oder Na-Salze bzw. in Depotform in den Handel gebracht und gegen eine Vielzahl von Infektionskrankheiten bzw. deren mikrobielle Erreger eingesetzt, vor allem gegen verschiedene Kokken u. Spirochäten, z.B. gegen Syphilis und Geschlechtskrankheiten, Lungenentzündung, Meningitis. Penicilline können wegen ihrer geringen Toxizität hoch dosiert werden, nur bei einem kleinen Teil der Patienten (0,5–2%) kommt es zu allergischen Reaktionen.

Im Jahre 1927 bemerkte A. Fleming in schimmelpilzinfizierten Bakterienkulturen die Unterdrückung des Staphylokokken-Wachstums in der Nähe der Pilze (Hemmzonenbildung.); er ging diesem Effekt nach, stellte 1928 einen Extrakt des hemmenden Prinzips her, das er Penicillin (nach der Herkunft aus dem Schimmelpilz Penicillium notatum) nannte, und publizierte 1929 seinen Befund. Dieser fand zunächst wenig Beachtung, auch war die Instabilität des Penicillins weiteren Untersuchungen hinderlich. Unter dem Eindruck der deutschen Sulfonamid-Erfolge wurden die Penicillin-Arbeiten 1935 in den Arbeitskreisen von Florey u. Chain wieder aufgenommen; 1941 erhielten sie das erste Penicillin-Medikament, und 1945 wurde den drei Hauptbeteiligten an Entdeckung u. Entwicklung des Penicilline der Nobelpreis für Medizin oder Physiologie zuerkannt. Die weiteren Stationen waren: 1945 Aufstellung einer Konstitutionsformel durch Woodward, seit den 60er Jahren Breitspektrum-P., die auch gegen gramnegative Bakterien wirksam und z.T. Penicillinase-resistent sind [17].