In de maanden die volgden slaagde Chain erin voldoende zuivere penicilline te isoleren om meerdere tests te kunnen doen. Voor deze tests infecteerde Florey een aantal witte muizen met streptokokken, een groep bacteriën die bij mensen verschillende ziekten kunnen veroorzaken. De helft van de muizen kreeg vervolgens penicilline toegediend, de andere helft niet. Zestien uur later waren bijna alle muizen die met penicilline behandeld waren nog in leven, de andere waren allemaal dood. De tests bevestigden Flemings observatie dat penicilline een krachtig antibioticum was en bewezen bovendien dat het middel ook voor mensen niet giftig was. Een aantal maanden later, in augustus 1940, publiceerden Chain en Florey hun bevindingen in het gezaghebbende medische tijdschrift The Lancet. E. Chain, H.W. Florey, A.D. Gardner, N.G. Heatley, M.A. Jennings, J. Orr-Ewing, A.G. Sanders, ‘Penicillin as a chemotherapeutic agent’, The Lancet 236.6104 (1940), p. 226-228.

Intussen werd er aan de Sir William Dunn School of Bacteriology een ‘fabriekje’ ingericht om de penicillineproductie te verhogen. De volgende stap was namelijk het testen van het nieuwe geneesmiddel op een patiënt. Daarvoor was een grote hoeveelheid voldoende zuivere penicilline nodig. De opschaling van het productieproces bleek echter een grote uitdaging: er waren enorme containers nodig om voldoende vloeistof te verkrijgen waar pure penicilline uit geïsoleerd kon worden. Hoewel dit voor vertraging zorgde, volgde in augustus 1941 een tweede publicatie in The Lancet. Waar het artikel van Fleming destijds weinig indruk had gemaakt, ontstond er nu wereldwijd belangstelling voor penicilline. Het leverde Fleming, Chain en Florey in 1945 de Nobelprijs voor Geneeskunde op voor hun rol in de ontdekking en ontwikkeling van penicilline.

Zo bracht het uitbreken van de Tweede Wereldoorlog de ontwikkeling van penicilline in een stroomversnelling. Het effect van het middel bleef niet onopgemerkt: al tijdens de oorlog Volgens historica Marlene Burns publiceerde in Nederland NRC voor het eerst over penicilline, namelijk op 23 februari 1944 (M. Burns, The development of penicillin in the Netherlands, 1940-1950: the pivotal role of NV Nederlandsche Gist- en Spiritusfabriek, Delft (proefschrift University of Sheffield, 2005), p. 91). en zéker in de jaren daarna rapporteerden de media regelmatig over het succes van penicilline. Het wondermiddel zou ingezet kunnen worden tegen onder meer difterie, ‘Korte berichten’, Het nieuws, 14-5-1945. bronchitis, ‘Penicilline het wondermiddel’, Oost-Brabant, 11-1-1946. melaatsheid, ‘Penicilline tegen melaatsheid’, Het vrije volk: democratisch-socialistisch dagblad, 28-8-1945. zenuwziekten, ‘Geesteszieken genezen door penicilline’, De waarheid, 23-7-1945. pokken, ‘Penicilline tegen pokken’, Trouw, 7-7-1945. tandwonden, ‘Nieuwe resultaten met penicilline’, Brabantsch nieuwsblad, 4-7-1945. nekkramp, ‘Penicilline tegen nekkramp’, Provinciale Drentsche en Asser courant, 14-3-1946. astma en verkoudheid. ‘Penicilline tegen verkoudheid’, De waarheid, 26-3-1946. Door deze succesverhalen groeide in verschillende Europese landen de wens om het middel zelf te gaan produceren. Tegen het einde van de jaren ’40 produceerden onder meer Frankrijk, Italië, Duitsland ‘Penicillineproductie breidt zich uit’, Amigoe di Curacao, 8-11-1948. en Denemarken ‘Denemarken gaat concurreren met penicilline’, Leeuwarder courant: hoofdblad van Friesland, 31-10-1947. inderdaad hun eigen penicilline.

Expansine: een geflopt Nederlands antibioticum

Ook Nederland was er vroeg bij: al tijdens de bezetting werkte de Utrechtse hoogleraar Victor J. Koningsberger (1895-1966) samen met een aantal anderen aan een antibioticum op basis van expansine. Deze stof, die tegenwoordig patuline wordt genoemd, wordt geproduceerd door de schimmel Penicillium expansum en werkt tegen Staphylococcus aureus, een bacterie die verschillende infecties kan veroorzaken. In tegenstelling tot penicilline bleek expansine echter te giftig voor inwendig gebruik: een dosering van 1 milligram per dag werd een volwassen rat al bijna fataal. J.J. Duyvené de Wit, A. Jaarsveld, B.C.P. Jansen, A. van Luyk, R. Luyken, H.K. Oosterhuis en J.R. Wybrans, ‘De isolering van een bactericide en fungicide stof uit een penseelschimmel’, Nederlandsch tijdschrift voor geneeskunde 88.31/32 (1944), p. 718-720. Wel leek expansine ingezet te kunnen worden bij de bestrijding van verschillende huidinfecties.

Tijdens zijn onderzoek werkte Koningsberger samen met N.V. Koninklijke Pharmaceutische Fabrieken v/h Brocades-Stheeman & Pharmacia, gevestigd te Amsterdam en Meppel. Na de bevrijding kondigde dit bedrijf aan expansine als antibioticum op grote schaal te gaan produceren, maar de ontwikkelde bereidingsmethoden bleken overeen te komen met octrooien die tijdens de oorlog door Amerikaanse en Engelse fabrikanten waren aangevraagd. Bovendien bleek het zo kort na de oorlog praktisch onmogelijk aan voldoende materialen te komen om de benodigde apparatuur te maken. Koninklijke Pharmaceutische Fabrieken besloot zich daarop te richten op de productie van andere, synthetische geneesmiddelen.

Bacinol: het Nederlandse succesverhaal

Het was dan ook een ander bedrijf dat Nederland in de jaren na de Tweede Wereldoorlog wereldwijd tot de grootste producent van penicilline maakte: de Nederlandsche Gist- en Spiritusfabriek in Delft (NG&SF). Ter gelegenheid van het tachtigjarig bestaan verkreeg de Nederlandsche Gist- en Spiritusfabriek in 1950 het predicaat Koninklijk. In 1968 fuseerde het bedrijf met N.V. Koninklijke Pharmaceutische Fabrieken v/h Brocades-Stheeman & Pharmacia tot Gist-Brocades NV. In 1998 werd dit bedrijf overgenomen door de chemiemultinational DSM. De eerste berichten over de ontwikkeling van penicilline bereikten dit bedrijf ergens in 1943 via een artikel in het Duitse tijdschrift Die Naturwissenschaften. Hierin werd onder meer beschreven hoe behandeling met penicilline bij mensen al succesvol was gebleken. Daarmee was de interesse van de Nederlandsche Gist- en Spiritusfabriek gewekt en ijlings werd het artikel van Fleming uit 1929 opgespoord. Na het uitvoeren van een aantal verkennende experimenten werd in het diepste geheim een team samengesteld dat onder leiding van de Delftse hoogleraar Albert J. Kluyver (1888-1956) aan eigen penicilline zou werken. Het onderzoek in Delft was zó geheim was dat er geen foto’s uit de oorlogsjaren zijn.

Het team van ‘de Gist’, zoals het bedrijf in Delft werd genoemd, verzamelde tussen januari en mei 1944 eerst een twintigtal schimmelcultures van het geslacht Penicillium. De meeste daarvan werden geleverd door het Centraal Bureau voor Schimmelcultures in Baarn, dat onder leiding stond van de eerste vrouwelijke Utrechtse hoogleraar Johanna Westerdijk. Na onderzoek bleek P-6, een stam van Penicillium baculatum Westling, het sterkste antibacteriële effect te hebben. De bacteriesoorten die door deze schimmel in hun groei werden geremd kwamen bovendien overeen met de bacteriën volgens Fleming door penicilline in hun groei werden geremd. Het team besloot daarom P-6 te gebruiken voor verder onderzoek.

Het lukte de Delftse onderzoekers al in de zomer van 1944 om penicilline te isoleren. In hoog tempo werd nu geprobeerd de zuiverheid van het geelbruine poeder te verbeteren, totdat het team door middel van productie in melkflessen een 50% zuiver preparaat in handen had. Om geen aandacht te trekken van de Duitse bezetter, kreeg de werkzame stof de codenaam ‘Bacinol’. Maar was het penicilline?

Ondanks dat ‘geallieerde’ penicilline in de eerste maanden na de bevrijding alleen voor het behandelen van soldaten gebruikt mocht worden en verstrekking ervan streng gecontroleerd werd, wist het team van Kluyver in juli 1945 toch een sample van de Amerikaanse fabrikant Chas. Pfizer& Co. in handen te krijgen. Het bleek dezelfde werking te hebben als Bacinol. In Delft had men in korte tijd en onder moeilijke omstandigheden zelfstandig penicilline verkregen!

Hoe kon NG&SF zo snel tot grootschalige productie overgaan, terwijl Amerikaanse fabrikanten grote moeite hadden om aan de vraag naar penicilline te voldoen? Met name doordat het bedrijf de juiste knowhow in huis had door de ruime ervaring met de productie van gist in grote ketels. Deze ervaring zorgde ervoor dat de NG&SF, in tegenstelling tot de Koninklijke Pharmaceutische Fabrieken, in korte tijd een proces kon ontwikkelen waar geen octrooi voor was aangevraagd en dat bovendien efficiënter bleek dan de Engels-Amerikaanse methode.

Aanvankelijk werden de schimmels in Delft in melkflessen gekweekt, net zoals Florey en zijn team een aantal jaar eerder in Oxford hadden gedaan met kweekvaten. Een uitermate kostbaar en omslachtig proces. De flessen werden gevuld met een vloeibaar medium vol voedingsstoffen waar de schimmel vervolgens bovenop groeide. De methode die NG&SF ontwikkelde liet de schimmelculturen niet óp het medium, maar ín het medium groeien. Dit gebeurde in grote ketels. De zuurstof die nodig was om de schimmel te laten groeien werd onder in de tank geblazen, terwijl een roerwerk de zuurstof door de vloeistof verdeelde. In 1945 werd de eerste proefketel van 1.500 liter in gebruik genomen en al snel bleek de methode een succes. Begin 1946 werd de proefketel al vervangen door tanks van 6.000 liter.

Door continue productieverbetering en een blijvende vraag naar penicilline, blijft het in de jaren die volgen goed gaan met de NG&SF: in 1973, exact dertig jaar nadat Kluyver en zijn team hun onderzoek naar penicilline begonnen, opent prins Bernhard in Delft een nieuwe ‘penicilline opwerkingsfabriek’. Het volume van de fermentatietanks is dan uitgegroeid tot 200.000 liter per tank en de fabriek is op dat moment de grootste in zijn soort ter wereld. Het levert NG&SF (dan inmiddels Koninklijke Gist-Brocades N.V.) een productiecapaciteit op van bijna vijftien procent van de wereldmarkt.

In de daaropvolgende decennia en sinds 1998 als onderdeel van DSM, is het bedrijf verder uitgegroeid tot wereldleider op het gebied van duurzame productie van antibiotica, gebruikmakend van unieke productieprocessen in fabrieken in Europa, Azië en Midden-Amerika. Tegenwoordig worden penicilline, semisynthetische penicillines en andere klassen van antibiotica door DSM-Sinochem Pharmaceuticals, als joint venture van DSM en het Chinese bedrijf Sinochem, voornamelijk in bulk geproduceerd voor de wereldwijde farmaceutische industrie. Dankzij voortdurende investeringen in haar unieke technologieën heeft DSM – als één van de laatste overgebleven producenten buiten China en India – nog steeds een sterk competitieve positie in haar markten.

Impact

Eeuwenlang was er vrijwel geen remedie tegen bacteriële infecties. Een geïnfecteerd wondje kon al fataal zijn. Pas rond het begin van de twintigste eeuw kwamen er voor het eerst op grotere schaal middelen beschikbaar waarmee de mens effectief bacteriële infecties kon voorkomen en behandelen. In eerste instantie waren dit vaccins en chemische verbindingen met antibacteriële werking, zoals sulfonamiden, serumtherapie tegen difterie en Salvarsan tegen syfilis. Vóór de introductie van penicilline en andere ‘antibiotica’ in de jaren 1940 was dus al veel ervaring opgedaan met antimicrobiële middelen. Maar de krachtige werking van penicilline overtrof alle voorgaande therapieën.

In de loop van de jaren ’40 bleek bovendien dat Penicillium chrysogenum niet de enige schimmel was die een bacteriedodende werking had. Zo groeide het aantal antibiotica vanaf eind jaren ’40 gestaag. Een van de belangrijkste antibiotica, streptomycine, werd in 1943 ontdekt in het laboratorium van Selman Waksman (1888-1973). Het bleek een effectief geneesmiddel tegen tuberculose. Waksman was ook degene die voor het eerst de term ‘antibiotica’ bedacht om middelen die gebruikt konden worden in het bestrijden van bacteriële infecties als geneesmiddelgroep te omschrijven. S.A. Waksman, ‘History of the word ‘antibiotic’’, Journal of the history of medicine and allied sciences 28.3 (1973), p. 284-286. In 1952 ontving hij de Nobelprijs voor Geneeskunde voor de ontdekking van streptomycine.