Chemie versus bacterie, # 18. De sulfa’s verslagen!

Vier grote vragen hebben het onderzoek in Oxford aan penicilline bepaald. We behandelen ze één voor één.
1. Hoe kweken we zoveel mogelijk schimmel met een maximale productie aan penicilline?
2. Welke schadelijke bacteriën kunnen we met penicilline bestrijden?
3. Zijn er schadelijke effecten van penicilline voor het lichaam?
4. Wat is de chemische structuur van penicilline en hoe werkt het?

Project ‘100 jaar antibiotica’
Aflevering 16. De sulfa’s staan voor
Aflevering 17. Het Oxford team
Aflevering 18. De sulfa’s verslagen!
Aflevering 19. De slag om Engeland
Aflevering 20. Schaalvergroting

Schimmel op voedingsbodem
Groeiende penicilline schimmel met sporen; drijvend op de kweekvloeistof. Shutterstock:  324673886

Moeilijk onderzoek aan de schimmel

De eerste vraag is direct ook de aller moeilijkste. De schimmel groeit op een dun laagje water van 1,5 cm diep met daarin glucose (suiker) en een aantal mineralen als voedingsstoffen. De groenblauwe schimmeldraden steken boven het wateroppervlak uit en laten sporen in het water vallen die vervolgens meer schimmeldraden produceren. Na verloop van tijd vormen zich goudgele druppels op de schimmel met daarin penicilline. Die kun je met een pipet opzuigen. Maar het is handiger, de druppels in het water te laten vallen en het water af te tappen. De eerste vinding van Heatley is dat je het water met de voedingsstoffen tot meer dan tien keer kunt vervangen, terwijl de schimmel blijft groeien en produceren. Naderhand blijkt zo’n kweek echter te worden geïnfecteerd door een ongewenst organisme (een faag?) en dus wordt elke kweek maar één keer gebruikt.

Hoeveel penicilline wordt gevormd kunnen ze in het begin nog niet meten. De enige mogelijke test is, te bekijken hoeveel bacteriën van een bekende soort door een druppel van de kweekvloeistof in hun groei worden belemmerd. Dus de petrischaal met groeiende bacterie (op agar) bedruppelen en meten hoe groot de cirkel wordt waarin geen bacteriën groeien. Heatley weet deze methode op ingenieuze wijze in veelvoud uitvoerbaar te maken.

Meningsverschillen

Alle pogingen van Heatley om het medium waarop de schimmel groeit te verbeteren zijn zonder resultaat. Toevoegen van gist blijkt wel de fermentatie flink te versnellen: van 20 dagen naar 10! Ook vindt hij dat af en toe geen penicilline wordt geproduceerd en een andere keer juist heel veel. Van kweken met een hoge opbrengst oogst hij de sporen om daarmee een volgende cultuur met hogere opbrengst te kunnen starten.

Petrischaal
Petrischaal bedekt met groeiende bacteriën.  De grootte van de schone cirkel rond de witte punten  geeft aan hoeveel penicilline daarin aanwezig is. Shutterstock: 1798971754

Ondertussen schiet het bij Chain niet echt op. Net als Fleming slaagt hij erin de penicilline uit de waterige kweekvloeistof te extraheren met ether. Maar pogingen mislukken telkens weer  om de stof van daaruit te isoleren of over te brengen in een andere vloeistof. Dat wil zeggen: de antibacteriële werking verdwijnt. Omdat ze in feite niet weten wat ze zoeken is de test op antibacteriële werking de enige manier om vast te stellen of er nog penicilline aanwezig is. Chain begint te praten over vriesdrogen, in die tijd een nieuwigheid; Heatley wil de penicilline juist met koud alkalisch water uit de etheroplossing terug brengen in water. Dat is volgens Chain onzin en bovendien bemoeienis met zijn werk. De sfeer wordt er niet beter op. Heatley gaat zijn gang en bouwt een ingenieuze extractiemachine. Alles moet wel in de koelcel, of buiten in de winterkou. Door de waterige penicillineoplossing uit Heatley’s machine te vriesdrogen krijgen ze voor het eerst een bruine vaste stof met een gigantische antibacteriële werking. Oplossen in water en een miljoen keer verdunnen geeft nog steeds antibacteriële werking. ‘Daar kan geen sulfa tegen op!’ schrijft Chain in zijn dagboek. Ze berekenen dat hun bruine stof wel 20 maal zo actief is als welke sulfa dan ook en dus erg zuivere penicilline moet zijn. Van dat laatste blijkt later echter maar weinig te kloppen.

Historische resultaten

Hoeveel van dat bruine poeder hebben ze dan eigenlijk? Wel ongeveer 100 milligram, 0,1 gram! Net genoeg voor twee dierproeven. Chain is erop gebrand de eerste te zijn die zijn bruine poeder kan testen. Wel moet hij een collega met een vergunning voor dierproeven inschakelen. Een muis wordt ingespoten met 2 ml water met daarin opgelost ca. 50 milligram van het bruine poeder. De muis huppelt vrolijk verder. Chain in de wolken: zijn preparaat is niet toxisch! Maar waarom zo blij zijn? Dit had Fleming ook al bewezen en Florey had in de aanvraag bij de Rockefeller Stichting al geschreven dat penicilline niet toxisch is voor zoogdieren. Het enige nieuwe is dat de penicilline nu in vaste vorm is geïsoleerd. Florey wil het ook meemaken en laat zich instrueren hoe hij een muis in de staartader moet injecteren. Ook deze muis geeft geen krimp. Florey twijfelt eraan of hij wel in de bloedbaan heeft geprikt en wil een herhaling. Daartoe moet eerst een nieuwe lading penicilline worden geproduceerd. Deze keer gaat de injectie zeker goed en ook deze muis blijft ongedeerd. Maar als Florey de muis omkeert zien ze een donkerbruin plasje urine dat een sterke antibacteriële werking blijkt te hebben. Ze concluderen dat penicilline niet toxisch is en onveranderd via de nieren weer wordt uitgescheiden.

Anderson schuilkelder
Anderson schuilkelder uit WO II; ca 2miljoen werden er gebouwd ter bescherming tegen de Duitse luchtaanvallen tijdens de slag om Engeland. Shutterstock: 671016910

We schrijven maart 1940 als deze resultaten zich voordoen. Het zijn historische gebeurtenissen, maar alleen achteraf beschouwd. De hoofdrolspelers voelen het niet op die manier. Het onderzoek loopt niet echt vlot. Veel verder dan Fleming zijn ze eigenlijk niet. Een grote optimist zou misschien durven beweren dat twee van de vier doelen zijn gehaald: we kunnen flinke hoeveelheden penicilline produceren en de stof blijkt niet schadelijk voor het lichaam. Veel tijd gaat verloren aan zaken die met de oorlog te maken hebben als het graven van schuilkelders, de ‘Anderson shelters’. De oorlog met Duitsland is een half jaar aan de gang en een Duitse invasie en bombardementen zijn bepaald niet uitgesloten.

Moeizame verhoudingen

De onderlinge verhoudingen in de groep zijn moeilijk. Een ruzie tussen Heatley en Chain over de kleur van penicilline spreekt boekdelen. Chain weet met ‘Duitse’ zekerheid dat het een gele vaste stof zal zijn. Heatley brengt daar voorzichtig tegen in dat hij uiteindelijk een wit kristallijn product zal zien. Veel spanningen worden toegeschreven aan de tegenstrijdige emoties waaraan Chain ten prooi is. Zijn moeder en familie zijn in nazi-Duitsland. Hij heeft een Duitse manier van optreden in een land dat daarmee in oorlog is. Hij heeft vermoedens van heimelijk antisemitisme aangaande zijn joodse afkomst. Hij is dan wel onlangs genaturaliseerd tot Engelsman, maar blijft over veel zaken achterdochtig. Hij ervaart niet veel steun van Florey. Deze heeft de belangstelling voor het werk van zijn medewerkers zoals een hoogleraar van die tijd past, maar de sociale contacten zijn mager. Van tact en empathie heeft hij geen kaas gegeten. Heatley is zielsblij dat hij nu aan Florey rapporteert en gaat op in zijn ingenieuze machinerie, maar trekt ook stevig zijn eigen pad, ook als hij daarmee op het terrein van zijn collega’s komt. Hij doet waarin hij gelooft en wat hij belangrijk vindt.

Bronnen:
Wikipedia: alle genoemde eigennamen en producten
The  Mould in Dr Florey’s Coat. Eric Lax, Abacus 2004. ISBN 978-0349-11768-3

(Visited 1 times, 1 visits today)

Plaats een reactie