Penicilline

Beoordeling 5.1
Foto van een scholier
  • Profielwerkstuk door een scholier
  • 6e klas vwo | 9060 woorden
  • 13 januari 2012
  • 120 keer beoordeeld
Cijfer 5.1
120 keer beoordeeld

Taal
Nederlands
Vak

PENICILLINE
Profielwerkstuk
Gepubliceerd op 12 januari 2012


Opzet Profielwerkstuk

Hoofdvraag:
Wat is en hoe werkt penicilline?

Hypothese
We denken dat penicilline werkt als een stof die de opbouw van bacteriën blokkeert, en dat je daardoor minder snel ziek wordt. Dit zal hoogst waarschijnlijk komen doordat deze stof celwanden vernietigt en aangezien een mens geen celwanden heeft zal deze stof niet mensen aantasten.

Deelvragen:
Wat is penicilline?
- Waaronder valt het product penicilline?
o Wat zijn antibiotica
o Wat neemt penicilline voor plek in binnen de antibiotica
- Wat is de structuur van penicilline?
- Hoe zijn deze structuren aan te tonen?
o Onderzoek
o Verslag

Hoe werkt penicilline?
- Wat is de functie van de celwand?
- Op welke manier zorgt penicilline voor een vernietiging van bacteria?

Hoe is de penicilline ontdekt?
- Wie was Alexander Fleming en wat betekende hij voor de penicilline?
- Wie waren Ernst Boris Chain en Howard Walter Florey en wat betekenden zij voor de penicilline?
- Hoe kwam de massaproductie op?

Hoe wordt penicilline geproduceerd?
- Hoe wordt penicilline geproduceerd?
- Kunnen wij zelf penicilline produceren?
o Zo ja, wat hebben wij daarvoor nodig?
o Zo ja, verslag van onze proef.

Zijn er complicaties in penicilline?
- Hoe zit resistentie voor penicilline in elkaar?
o Hoe werkt deze resistentie?
o Hoe is resistentie tegen te gaan?
- Hoe zit allergie voor penicilline in elkaar?
o Hoe werkt deze allergie?
o Hoe is deze allergie tegen te gaan?

Inhoudsopgave
Informatie Blz.
- Inleiding, motivatie en tijdsplan 4
- Deelvraag ‘’Wat is penicilline’’ 5
- Deelvraag’’Hoe werkt penicilline?’’ 11
- Deelvraag’’Hoe is penicilline ontdekt?’’ 13
- Deelvraag’’Hoe word penicilline geproduceerd?’’ 20
- Deelvraag’’Kunnen wij zelf penicilline produceren?’’ 24
- Deelvraag’’ Zijn er complicaties in penicilline?’’ 26
- Logboek 29
- Bronnenlijst 35
- Contacten en werkanalyse BO2 38
- Conclusie 39

Inleiding.
Zoals op elk voorgezet onderwijs wordt er van de leerlingen verwacht dat ze in koppels een werkstuk maken wat aansluit op hun gekozen vakkenpakket: Een profielwerkstuk.
Ons profielwerkstuk gaat kortweg over penicilline. We hebben dit onderwerp gekozen bij de vakken Scheikunde en Biologie, welke wij beiden in ons vakkenpakket hebben.
We zullen hebben in ons profielwerkstuk op de eerste plaats geprobeerd penicilline zelf te maken als uitvoerend onderzoek. Daarnaast hebben we via literair onderzoek het product penicilline ontmaskert en een onze ondervindingen goed en duidelijk op papier proberen te zetten, opdat iedereen die ons profielwerkstuk leest de belangrijkste dingen over penicilline weet en begrijpt.

Motivatie
Wij hebben voor dit onderwerp gekozen omdat er rondom antibiotica de laatste tijd veel gaande is. Zo treedt er bij dieren massaal resistentie op en probeert men hierop een oplossing te vinden. Het is dus een actueel onderwerp.
Bij het oriënteren kwamen we op het idee om zelf een product te maken. Na hier en daar zoeken naar een goed onderwerp kwamen we bij antibiotica. Dit leek ons interessant, en daarom zijn we verder hierop gaan zoeken. Hierbij kwamen we op penicilline, wat je zoals we lazen ook mogelijk kan maken.
Nu hadden we dus een onderwerp waarbij we zelf iets konden maken, onderzoek naar konden doen en ook nog een actueel onderwerp is.

Tijdsplan
We hebben het volgende tijdsplan bij ons profielwerkstuk gemaakt:
We hebben in de oriëntatiefase uiteraard al enige uren gemaakt, en dan blijft er nog ongeveer 70 uur over voor de rest van het profielwerkstuk.
We hebben gepland om nog 5 uur door te brengen met de onderzoeksfase tot het beoordelingspunt 1. Daarna hebben we nog 65 uur over voor rest van het profielwerkstuk.
We denken dat we nog 10 uur kwijt zijn met nog extra onderzoek in de onderzoeksfase.
We willen ongeveer 40 uur besteden aan de uitvoerende fase, wat misschien nog wel aan de korte kant is. Zo zijn we zeker bij de Universiteit in Nijmegen en/of Universiteit 10 of 20 uur kwijt met actief onderzoek doen, waarna dit nog verwerkt moet worden. Hierna of hiervoor moet nog veel literair onderzoek gedaan worden wat de rest van de geplande tijd in beslag zal nemen.
We verwachten 20 uur te steken in de presentatie en de evaluatie omdat het hier vaak ook aan komt op de puntjes op de i zetten wat veel tijd in beslag neemt.

In totaal zullen we per persoon zo een 85 uur kwijt zijn aan het profielwerkstuk, wat uiteraard meer dan genoeg is.

Wat is penicilline?

Waaronder valt het product penicilline?
Penicilline (R-C9H11N2O4S) is een schimmel, die kort gezegd bacteriën doodt. Dit komt doordat deze schimmel bacteriedodende stoffen afscheidt in de vorm van een celwanden vernietigende stof. Penicilline is een organische stof die bacteriën in een organisme Standaardpenicilline
bestrijdt. Dit maakt penicilline, omdat het ook eigenlijk een voorloper van de antibiotica is, onderdeel van de antibioticafamilie.

Wat zijn antibiotica?
Antibiotica zijn van oudsher organische stoffen die bacteriën bestrijden door deze te doden of te remmen in deling. Door de jaren heen is de definitie van antibiotica verbreed, waardoor de producten die tot antibiotica worden gerekend ook zijn toegenomen. Vandaag de dag worden ook synthetische, dus door de mens zelf gemaakte, stoffen die bacteriedodend of remmend zijn tot de antibiotica gerekend. Bij deze definitie van antibiotica zouden ook antibacteriële stoffen als zeep tot antibiotica gerekend moeten worden. Dit is echter niet het geval. Een stof is namelijk alleen een antibioticum als deze inwendig in organismen, dus ook niet uitwendig op een organisme zoals op de huid, bacteriën doodt of remt. Stoffen die buiten een organisme bacteriën doden noemt men dan ook desinfectantia of antiseptica. Zoals hierboven al enkele keren aangegeven is, zijn er twee hoofdgroepen antibiotica: Zo zijn er dus de bactericide of bacteriedodende, en de bacteriestatische of bacterieremmende. Uiteraard zijn hier ook combinaties van.

Wat neemt penicilline voor plek in binnen de antibiotica?
Penicilline neemt een aparte plek in binnen de familie van de antibiotica. Zo is antibiotica een middel dat de groei van bacteriën af laat nemen of zelfs in een agressiever stadium de bacteriën doodt. Nu is het punt dat bij penicilline juist een groei noodzakelijk is. Deze eigenschap maakt penicilline tot een uitzondering binnen de antibiotica en daardoor extra interessant. Verder over hoe de groei noodzakelijk voor de penicilline is, is te lezen in het hoofdstuk ‘Hoe werkt penicilline?’. Uiteraard neemt penicilline historisch gezien ook een speciale plaats in, in de familie van de antibiotica. Zo was penicilline de eerste en ook de vroegste vorm van antibioticum.

Abstracter gezien neemt het middel penicilline ook een aparte plek in bij de antibiotica. Zo is antibiotica ingedeeld in tien soorten. Penicilline is ingedeeld in het soort β-lactamantibiotica, welke door de volgende eigenschappen te onderscheiden is:
Dit soort antibioticum onderscheidt zich van de andere soorten doordat dit soort een bèta-lactam groep bevat. Deze bèta-lactam groep heeft als basis koolstofatomen en één stikstofatoom die in een ring gepositioneerd zijn, en doordat er twee elementen in de ring zitten is dit een heterocyclische ringstructuur. Zoals in elk lactam zit er ook een aminozuur in het molecuul. Dit molecuul brengt in principe de ringstructuur tot stand doordat deze een interne, dus binnen het molecuul, amidevorming vormt met het eigen molecuul. Dit betekent eigenlijk dat in een lactam een aminozuur zit dat een peptidenbinding met zichzelf vormt. Het voorvoegsel bèta geeft aan dat de aminogroep op de tweede plek na de het stikstofatoom is gelegen is, waardoor het voor de hand ligt dat het dubbel gebonden zuurstofatoom op de 1e plaats na het stikstof atoom ligt. Tevens geeft het voorvoegsel bèta indirect aan dat er totaal 3 koolstofatomen (waarvan twee van de het aminozuur) in de ring zitten, waardoor je de conclusie kan trekken dat de ring uit 4 atomen bestaat. Dit aantal kan namelijk bij lactamantibiotica wisselen. De soort β-lactamantibiotica is een bacteriedodende antibioticum, dus een bactericide, waardoor uiteraard penicilline daardoor ook een bactericide is.
Naast penicilline vallen ook de antibiotica cefalosporine, monobactam en carbapenem binnen deze groep.

Wat is de structuur van penicilline?
Zoals hierboven al globaal weergegeven, is penicilline een stof waarin een bèta-lactam groep zit. Verder zit er aan deze groep nog enige atomen vast:
Zo blijkt uit de afbeelding en de formule dat er negen koolstofatomen aanwezig zijn in de basisstructuur, waarvan er dus drie in de cyclus zitten, eentje is gekoppeld Standaardpenicilline
aan de aminogroep, er één is gekoppeld aan het stikstofatoom. Tevens is er één gekoppeld aan het zwavelatoom, die op zijn beurt weer vast zit aan de cyclus. Tot slot zitten aan de buitenkant van de basisstructuur aan de koolstof die vast zit aan de het zwavelatoom twee koolstofatomen die per atoom drie waterstofatomen binden. Aan de koolstof die vast zit aan het stikstofatoom zitten ook nog twee koolstofatomen, waarvan één het koolstofatoom is dat eerder beschreven werd vast te zitten aan het zwavelatoom. Het andere koolstofatoom dat aan het koolstofatoom vast zit dat op zijn beurt weer aan het stikstofatoom is gebonden, is onderdeel van een zuurgroep.

Zoals de letter R aangeeft zijn er dus ook op deze basisstructuur varianten, die vallen ook onder het product penicilline vallen. Deze verschillen in R, dus de verschillen van de atomen die aan de basisstructuur van penicilline vastzitten maken het onderscheid tussen breed en smal spectra penicilline.
Maar wat is nou eigenlijk een breed of een smal spectrum? Kort gezegd houdt dit in dat penicilline met een smal spectrum maar tegen een beperkt aantal bacteriën werkt, terwijl een breed spectrum penicilline tegen veel meer soorten bacteriën werkt. De reden waarom er toch vaker smal spectrum penicilline wordt voorgeschreven is omdat breed spectrum penicilline veel te agressief is. Zo vernietigt dit soort niet alleen de bacteriën waarvoor deze ingebracht worden maar ook andere bacteriën die positief voor het lichaam werken vernietigd, waardoor er bijverschijnselen kunnen optreden. Hierbij kan je denken aan diaree of een schimmelinfectie.
Zo zijn er verschillende soorten penicilline:
Onder de smal spectrum penicilline vallen de werkende stoffen Cloxacilline en Nafcilline (deze zijn werkzaam tegen G+ bacteriën), Penicilline G (oftewel benzylpencilline), Na/K/Procaïne/Benzathine/Penethamaatesters (deze bestrijden G+ bacteriën inclusief Pasteurella, Mannheimia, Actinobacillus, Haemophilus, Histophilus) en Penicilline V (deze bestrijdt G+ en G- bacteriën en anaeroben (+ clav. Veel beta-lactamase producerende organismen)*1) .
Onder de breed spectrum antibiotica vallen Amoxicilline, Penicillinen met aminoglycosiden, Penicillinen met Colistine. De werkende stoffen in het eerste soort zijn Penicilline met streptomycine of Neomycine en de werkende stoffen in het tweede soort zijn Amoxicilline en Colistine.

Nu is te zeggen welke atomen er aan de basisstructuur vast kunnen zitten. Zo zit er bijvoorbeeld bij Cloxacilline aan de basisstructuur een cyclische ringstructuur vast opgebouwd uit drie koolstofatomen, een zuurstofatoom op de tweede plaats nadat er een koolstofatoom bindt aan de basisstructuur en een stikstof atoom na deze koolstofatoom op de derde plaats. Op de eerst plaats na dit betreffende koolstofatoom zit nog een methylgroep. Verder zit er nog een benzeenring aan deze cyclische ringstructuur Cloxacilline C19H18ClN3O5S gekoppeld. Deze zit vast aan de enige vrije koolstofatoom in de ringstructuur, dus op de vierde plaats (of vanaf de andere kant uiteraard gezien op de eerste plaats). Aan deze benzeen groep zit nog een Chloride atoom op de eerste plaats. Uiteraard zitten op alle onbenutte vrije plekken waterstofatomen.

Benzylpenicilline C16H18N2O4S
Benzylpenicilline of Penicilline G is qua molecuul wat simpeler. Zo zit er aan de basisstructuur van penicilline alleen maar een benzeenring vast, via een methylgroep.
Benzylpenicilline is een bactericide (dus bacterieremmend) antibioticum welke parenteraal, wat betekent dat deze via een injectie, wordt ingebracht. Dit heeft als oorzaak dat dit soort penicilline uit elkaar valt in een extreem zure omgeving als de maag. Een positief aspect aan dit parenterale inbrengen is ook dat de stof zich gelijk in een hogere weefselconcentratie bevindt waardoor deze stof daardoor ook meer kan uitrichten. Zo remt dit penicilline de vorming van enzymen in de bacterie welke als functie hebben om de celwand intact te houden. Wanneer deze enzymen een tijd niet actief zijn zal de celwand barsten waarna er water naar binnen zal stromen met als gevolg dat de bacterie barst. Het penicilline wordt onder andere gebruikt tegen longontstekingen en syfilis.

Fenoxymethylpenicilline C16H18N2O5S
Fenoxymethylpenicilline of Penicilline V is het laatste soort van penicilline op het smalle spectrum. Bij deze soort is er ook een benzeenring aan de basisstructuur gebonden maar ditmaal niet via een koolstofatoom in de vorm van een methylgroep maar via een zuurstofatoom.
Dit soort is wel oraal toe te brengen, omdat het medicijn stabieler is mede doordat deze stof minder actief is dan de stof Benzylpenicilline. Hieronder valt dat Fenoxymethylpenicilline even goed is tegen Gram positieve bacteriën maar minder goed is tegen Gram negatieve bacteriën, waar Benzylpenicilline tegen een aantal wel goed werkte. Omdat Fenoxymethylpenicilline oraal wordt toegediend is het nooit geheel zeker dat deze daadwerkelijk wordt opgenomen en is daardoor ook minder frequent in gebruik tegen hevige infecties. Twee keer per dag Fenoxymethylpenicilline innemen staat dan ook overeen met één keer in de week een injectie van Benzylpenicilline.
Fenoxymethylpenicilline wordt onder andere gebruikt tegen huid infecties, de ziekte van lyme, reumatische koorts en dergelijke infecties.
Fenoxymethylpenicilline kan wel bijeffecten hebben, welke vooral te wijten zijn aan de orale inname, zoals een haartong, misselijkheid stress of diarree

Amoxicilline C16H19N3O5S
Amoxicilline is een penicillinederivaat. Dit houdt in dat dit een stof is die afgeleid is van penicilline. Tevens zoals eerder is aangegeven is het een breed spectrum antibioticum. Ook bij dit soort penicilline zit er aan de basisstructuur een benzeenring vast. Het enige verschil is dat bij dit soort er op plaats drie vanaf de bindingsplek gezien nog een hydroxylgroep zit. De benzeenring zit aan de basisstructuur verbonden via een koolstofatoom, dus een methylgroep waar ook nog een aminogroep aan vast zit. Net als bij Benzylpencilline werkt dit soort penicilline ook tegen hetzelfde enzym. De enige grote verschillen tussen deze twee soorten penicilline is, buiten de verschillende structuur, dat dit soort tegen alle Gram negatieve bacteriën werkt in plaats van een aantal. Bovendien is dit soort zoals eerder genoemd agressiever.

*1 Direct overgenomen uit pdf bestand over breed en smal spectra van antibiotica.


Hoe werkt penicilline?

Wat is de functie van de celwand?
In voorgaande deelvragen is aangegeven dat penicilline effect op de celwand van bacteriën heeft maar waarom is nou juist die celwand zo belangrijk? Zoals de meeste biologische membranen, is ook het celmembraan van een bacteriën semipermeabel dat wil zeggen dat water gemakkelijk door het membraan heen kan maar vele osmolyten niet. Door dit gegeven is het mogelijk dat er osmose ontstaat. De binnenkant van een bacterie zit vol met enzymen en andere moleculen, en haar osmolariteit is vele malen hoger dan het gemiddelde milieu waarin de bacterie zich bevind. Door dit verschil in osmolariteit is er een zodanige osmotische druk dat watermoleculen in de cel worden geperst. Echter zal de bacterie dan opzwellen en binnen enkele seconden openbreken. Om dit te voorkomen heeft een bacterie een celwand, deze kan ten opzichte van het celmembraan niet uitzetten waardoor deze een te grote hoeveelheid water buiten de cel houdt. Een conclusie die je daaruit kun trekken is dat een bacterie zich niet zonder celwand kan redden.

Op welke manier zorgt penicilline voor een vernietiging van bacteria?
Een bacteriële celwand bestaat voor een groot deel uit peptidoglycaan (mucopeptide), alleen bacteriële celwanden bevatten deze stof. Gram positieve bacteria bevatten celwanden welke hier (zie. Peptidoglycaan) bijna volledig uit bestaan terwijl celwanden van gram negatieve bacteriën aanzienlijk minder van deze stof bevatten. Andere organismen zoals bijvoorbeeld de mens bevatten dit niet.

Peptidoglycaan bestaat voornamelijk uit 2 suikermoleculen. Dit zijn N-acetylglucosamine (een amide tussen glucosamine en azijnzuur) en N-acetylemuramine zuur (de ether tussen N-acetylglucosamine en azijnzuur). Deze worden respectievelijk NAG en NAM genoemd. Bacteria synthetiseren lange lineaire ketens afwisselend gebruik makend van de hierboven genoemde suikers.

N-acetylglucoseamine C8H15NO6
Aan elke NAM zit een keten van van een paar aminozuren waaronder D-Alanine (een oligopeptide). Deze maken de structuur van het peptidoglycaan af door kruislings verbonden te zijn met aminozuren van naburige ketens. Hierdoor onstaat een sterke eenheid. (Zie het figuur hierlinksonder).

N-acetylemuramine C11H19NO8
Het enzym dat er voor zorgt dat de aminozuren met elkaar verbonden raken is DD-transpeptidase.
DD-Transpeptidase bindt aan D-Ala ,welke zich in de oligopeptide bevindt, neemt de binding over en brengt deze energierijke binding over naar lysine 3. De structuur van Penicilline lijkt erg veel op die van D-Alanine waardoor de DD-Transpeptidase zich ook bindt aan de penicilline. Hierdoor zal er nog nauwelijks ‘’gebouwd’’ worden aan het Peptidoglycaan en wordt deze erg zwak en onafgebouwd waardoor de celwand de druk niet kan tegen gaan en binnen enkele seconden openbarst waardoor de bacterie sterft.

Hoe is de penicilline ontdekt?

Voor de ontdekking van penicilline.
De voorloper van de penicilline kwam al voor in de oude Griekse cultuur en in India in dezelfde tijd. In die tijd gebruikte ze al schimmels of andere planten om bacteriën in infecties te bestrijden. Dit kan omdat bepaalde planten antibiotische substanties bevatten, zoals wij nu ook antibiotica kennen. Rond diezelfde tijd in China, rond het jaar 1500 voor Christus, gebruikte men tevens beschimmelde tofu op huidinfecties waaronder bijvoorbeeld steenpuisten. Het punt dat deze planten vandaag de dag niet meer gebruikt worden is omdat men net voordat de penicilline uitvond niet meer de kennis van deze planten had. Nu we wel weten dat bepaalde planten zo geneeskrachteend zijn, gebruiken we ze niet omdat er vaak complicaties zijn, waardoor het veiliger en effectiever is om zelf gemaakte medicijnen te gebruiken.

Later gebruikte men in Griekenland en Servië nog steeds schimmel om infecties te bestrijden. Nu hadden ze wel een manier om gericht deze schimmel te maken door brood te laten beschimmelen, net zoals wij voor onze proef doen. Rond deze tijd gebruikte men in Rusland ook al een infectiebestrijdend middel. Zo deed men warme aarde op de geïnfecteerde wonden.

Vanaf dit moment zijn er concreet jaartallen bekend, of tenminste in welke eeuw het zichafspeelde. Zo zou rond 150 jaar voor Christus de koning van Sri Lanka, Dutugemunu, bedacht hebben om hun traditionele oliecakes lange tijd in de haard te leggen. Deze cakejes gebruikten ze later tijdens de oorlog, om een papje voor de wonden van te maken om deze te ontsmetten en de wond uit te drogen.

Veel later, in de 17e eeuw gebruikte men in Polen weer een zelfde methode als de Grieken en de Serviërs deden. Het enige afwijkende is dat de Polen spinnenwebben op brood legden aangezien spinnenwebben vaak sporen bevatten, waardoor de schimmelvorming versnelde.
In dezelfde eeuw kwam men in Engeland pas op het idee dat schimmels antibacteriële werking kunnen hebben.

In de jaren 70 van de 19e eeuw ging men verder met de ontdekkingen rond antibacteriële werkingen van schimmels in Engeland. Zo komt er nu ook een belangrijk persoon voor de medische wereld in beeld: Joseph Lister, een chirurg en de vader van het huidige antisepsis, wat antibioticum voor buiten het lichaam is. Hij onderzocht namelijk of er op urine na toevoeging van bepaalde schimmel bacteriën groeide. Hij beschreef ook antibacteriële effecten op mensen en de schimmel die hij daarvoor gebruikte noemde hij Penicillium Glaucium, wat in dit geval niets anders is dan dezelfde schimmel die wordt gebruikt bij het maken van blauwe kaas. Een zuster die een geïnfecteerde wond had, was toen ook op de wond ermee behandeld nadat de huidige antisepsis niet werkte.

Hierna waren er nog meerdere wetenschappers of gewoon artsen die mensen en dieren genazen met voorlopers van het Penicillium Notatum, en sommigen beweren zelfs dat in 1877 de fransman Louis Pasteur al het Penicillium Notatum had geïsoleerd. Het punt dat deze wetenschappers niet de boeken zijn ingegaan als uitvinders van het penicilline komt doordat deze wetenschappers hun penicilline nog uitwendig op wonden gebruikten of in de originele vorm als schimmel terwijl Fleming een pure vorm maakte die ingenomen kon worden.

De ontdekking van penicilline.
Het was september in het jaar 1928 toen een Britse arts en microbioloog in het kader van medische microbiologie, wat kort gezegd inhoudt dat deze man de medische kant van micro-organismen zoals eencellige schimmels (gisten) , virussen en bacteriën, bekeek, penicilline uitvond.
Deze man, genaamd Alexander Fleming, was een Schotse boerenzoon. Hij was geboren op de Lockfieldfarm in Darvel, een plaats in het gebied East Ayrshire in het zuiden van Schotland richting de westkust. Pas in het eenentwintigste jaar nadat hij was geboren in 1881 begon hij vijf jaar lang geneeskunde te studeren op een speciale medische school, St. Mary’s Hospital Medical School in de wijk Paddington in Londen. Later in 1921 kwam hij terug op de school om het huidige schoolhoofd te vervangen voor een tijd.
Na zijn ontdekking van penicilline ging het zeer snel in zijn carrière. Zo werd hij gelijk na zijn ontdekking aangesteld op de universiteit van Londen waar hij de leerstoel voor bacteriologie bekleedde. Deze functie hield hij tot 1948 vol, waarna hij zich volledig focuste op de functie als directeur op zijn oude leerschool, welke sinds 1948 het Wright-Fleming college heet (niet naar hem vernoemd ), waar hij in 1946 aangesteld was. Alexander is in zijn leven meerdere malen geëerd om zijn werk, zo werd hij in 1944 geridderd, ontving twaalf eredoctoraten van Amerikaanse en Europese topuniversiteiten, werd commandeur van het Franse Légion d’Honneur en ererector aan de universiteit van Edinburgh. Maar zijn grootste onderscheiding was wel dat hij een Nobelprijs gewonnen heeft.
Naar het schijnt heeft hij door zijn ontdekking ongeveer 200 miljoen mensenlevens gered, waardoor hij ook is uitgeroepen tot 1 van de 100 meest belangrijke mensen van de twintigste eeuw en uiteraard heeft hij veel meer andere onderscheidingen in ontvangst heeft kunnen nemen. Hij overleed in Londen in 1955 aan een hartstilstand. Alexander Fleming

Het feit dat hij penicilline ontdekte wordt in de wetenschap een serendipiteit genoemd, wat een toevalstreffer is. Hij ontdekte namelijk bij toeval dat bij een bepaalde blauwgroene schimmel, die hij kweekte voor onderzoek, geen bacteriën, in zijn geval Stavilokokken in de buurt groeiden. Deze ontdekking kwam ook alleen tot stand doordat er per ongeluk een bacteriekolonie bij deze schimmel was gekomen. Uiteraard kwam zijn kennis bij de verdere ontwikkeling wel van pas, want hij constateerde met een filtraat van een substantie van de schimmel, dat deze schimmel vele soorten bacteriën kon doden. En toen hij de schimmel toepaste op proefdieren ondervonden deze ook geen nadelige effecten ervan. In het jaar na zijn ontdekking publiceerde Alexander wetenschappelijke verslagen, waarin hij ook de naam gaf, en toen al veronderstelde hij dat het middel als genezend kon werken.

Verdere ontwikkeling
Het feit dat de stof niet gelijk na de ontdekking werd geproduceerd als geneesmiddel komt omdat de stof zich moeilijk liet isoleren. Uiteraard is dat vandaag de dag het probleem niet meer, maar in die tijd had men nog niet de kennis en de middelen om iets dergelijks uit te voeren. Uiteindelijk lukte het de mannen Ernst Boris Chain en Howard Walter Florey in 1940 wel om dit wel voor elkaar te krijgen . Met deze heren deelde Fleming in 1945 ook de Nobelprijs ‘Voor de ontdekking van penicilline en de eigenschappen ervan bij de genezing van infectieziekten’

Ernst Boris Chain
Ernst was een in een in Duitsland geboren Jood met een Russische vader die in 1933 naar Engeland verhuisde. De in 1906 geboren biochemicus, wat inhoudt dat zo’n persoon de samenstelling en samenwerking van chemische verbindingen bestudeert die bijdragen tot de structuur van organismen en hun stofwisselingsprocessen, studeerde af aan de Friedrich Wilhelm Universiteit in scheikunde. Hij vertrok toen de nazi’s aan de macht kwamen, en vond werk aan de Cambridge University.

In Engeland begon hij te werken aan fosfolipiden, wat organisch chemische verbinding zijn die bestaan uit fosfaatgroepen, een glycerolgroep, een stikstofbevattende alcoholgroep en een vetzuurgroep. Twee jaar later in 1935 werd hij aangesteld als lector pathologie bij de Oxford University. Hier werkte hij meer aan onderzoeken met onderwerpen als tumor metabolisme, wat niets anders is dan stofwisseling in tumoren, slangengif en de invloed daarvan, lysosomen (organellen in dierlijke cellen ) en biochemische technieken.
Later in 1939 ging Ernst samenwerken met Howard Florey met wie hij later een Nobel prijs zou winnen omdat ze het werk van Alexander Fleming verder uitwerkten. Zoals al eerder verteld wisten ze de schimmel te isoleren. Ze deden namelijk onderzoek in de jaren voor de ontdekking naar natuurlijke antibacteriële middelen die door micro-organismen worden gemaakt, bijvoorbeeld dus de schimmel waaruit penicilline wordt gemaakt. Door deze studie wisten ze dus ook later de schimmel voor penicilline te isoleren, omdat ze de therapeutische werking van de stof ontdekten en de chemische structuur. Iets wat Fleming niet was gelukt. Hierdoor konden ze een stabiele vorm van penicilline produceren, waardoor het mogelijk werd om penicilline massaal te produceren. In 1969 werd Ernst voor zijn succes geridderd.

Een geheel eigen succes behaalde Ernst later toen hij de structuur voor het antibioticum X-Ray ontdekte, wat ook door een andere wetenschapper, Dorothy Hodgkin, bevestigd werd.
Na zijn carrière verhuisde hij naar Ierland, waar hij werd behandeld in een ziekenhuis door nieuwe medische ontdekkingen van een net afgestudeerde arts. Hij was heel zijn leven in de medische wereld bezig geweest en hij had de medische wereld op een hoger niveau bracht, en nu werd hij zelf met een nieuwe doorbraak geholpen. Hierop zei hij tegen de arts: ‘Future of medicine is in your hands’, wat in principe een groot compliment voor de arts was omdat een persoon die zoveel heeft betekent zo het stokje doorgeeft. De arts in kwestie had namelijk een manier uitgevonden om bilopaire stoornissen veiliger te behandelen door het authentieke lithium te vervangen voor natriumvalpropaat. Dit houdt in dat de arts de emotionele stoornis, nu veiliger behandeld kon worden omdat lithium niet in contact mag komen met de huid, brandbaar is en als het in contact komt  met water kan ontploffen.

Ernst Walter Florey
Howard Walter Florey was een in 1898 in Australië geboren patholoog,die na zijn studie in zijn geboorteplaats Adelaide in 1921, naar Engeland ging. Daar studeerde hij verder en werd net als Ernst in 1935 aangesteld op de Oxford University. Hier onderging hij hetzelfde proces als Ernst, waarna ze samen succes behaalden. Naast het winnen van de Nobelprijs werd Howard in 1944, voordat hij de prijs won, tot de adelstand verheven, hij werd dus geridderd, en in 1957 kreeg hij de ‘Coper Medal’, wat de hoogste prijs is bij de Royal Society of London. Van deze sociëteit werd hij later in 1960 ook nog tot president gekozen. Zijn hoogste onderscheiding was dat hij in 1965 toen hij een ´Life Peer´ werd, wat een hogere onderscheiding is dan geridderd worden, aangezien je na deze onderscheiding mag plaats nemen in ´The House of Lords´ en daar zelfs mag stemmen. Hierbij werd hij benoemd als: Baron Florey, of Adelaide in the State of South Australia and Commonwealth of Australia and of Marston in the County of Oxford. (citaat) Hierdoor heeft hij alle hoogste onderscheidingen voor een wetenschapper ontvangen, en is zelfs hoger onderscheiden dan Alexander Fleming. Dit kwam doordat hij de massaproductie mogelijk maakte na de ontdekking van hem en Ernst, en er daardoor in het laatste oorlogsjaar nog vele mensen zijn gered aan de kant van de geallieerden. Tevens wordt hij gezien in Australië als de belangrijkste Australiër die ooit geleefd heeft aangezien hij door zijn medische inbreng rond de zes miljoen Australiërs heeft gered. Hierdoor is hij ook overal terug te vinden in Australië op straatnamen, bankbiljetten en overheidsgebouwen.

Toch waren er voordat deze twee mannen de productie van penicilline mogelijk maakten al mensen mee geholpen. Zo gebruikte de Cecil George Paine op 25 november 1930, voor het eerst de stof penicilline om een ontstoken oog van een patiënt mee te genezen. Het ging hier om Ophthalmia Neonatorum, wat vooral vaak bij net geboren baby’s voorkomt. Toch was zijn eerste patiënt een volwassene met opeenvolgend nog vier kinderen. Bij het vijfde kind ging het fout waardoor het kind stierf en Cecil stopte om het middel te gebruiken. Deze Cecil was in die tijd werkzaam als patholoog in het ziekenhuis ‘Sheffield Royal Infirmary’ in South Yorkshire, Engeland. Het feit dat deze gebeurtenis kon plaatsvinden kon omdat productie van penicilline op een zeer klein niveau vanaf het begin af aan al mogelijk was, net zoals wij dat zullen doen in onze proef. Het duo Chain en Florey genazen pas in 1941 een patiënt met hun eigen penicilline. Uiteraard was deze penicilline al in een verder stadium zodat het al wat beter werkte. Toch zou penicilline pas echt bruikbaar worden in 1945. De patiënt van het duo overleefde namelijk zijn verwondingen van een val in een rozenplant niet nadat hij met penicilline was behandeld om zijn weggesneden oog te genezen. Er was een tijd lang vooruitgang in het herstel maar het bleek dat de penicilline nog te zwak was en dus niet goed genoeg was om de man volkomen te genezen. Ze hadden namelijk niet zoveel penicilline dat ze de kwaliteit van de penicilline konden compenseren met een hogere kwantiteit. Doordat de penicilline dus te zwak was voor volwassen mensen werd het medicijn tot 1945 alleen voor kinderen gebruikt.

De massaproductie.
Florey had dus na de ontdekking van penicilline door Fleming samen met Chain het mogelijk gemaakt voor de medische wereld om penicilline in massaproductie te produceren door de penicilline te isoleren en daardoor een stabiele vorm ervan te creëren Hier werd dan ook gebruik van gemaakt want tussen 1941 en 1943 wisten Moyer, Coghill en Raper op het USDA Northern Regional Research Laboratory (NRRL) in de Verenigde Staten methodes te ontwikkelen waardoor penicilline nog gemakkelijker massaal geproduceerd kon worden, wat uiteraard daarna ook werd gedaan. Ze wisten namelijk van de penicilline schimmel langere flexibelere strengen te isoleren waardoor de productie nog makkelijker werd. Ook bedachten ze manieren om de productie zelf makkelijker te maken, wat in dit geval alleen praktische ideeën waren. Door deze ontwikkelingen binnen de penicillineproductie kon er meer geproduceerd worden waardoor de prijzen drastisch daalden. Maar voordat de penicilline daadwerkelijk doorbrak was het niets waard omdat het nog onderontwikkeld was, niet bekend, en nog niet nodig. Toen de oorlog begon ging de prijs omhoog omdat er veel vraag naar het product kwam en het hoogtepunt in de verkoop was twintig dollar per doos in 1943. Hierna ging de prijs dus zakken tot 0,55$ per doosje in 1946, door de massaproductie omdat het goedkoper werd te produceren en door een groot aanbod de prijs ook zakte.

In ongeveer dezelfde periode, 1941-1944, in hetzelfde land, bedachten Jasper Kane en andere Pfizer wetenschappers (Pfizer was een farmaceutisch bedrijf), ook een methode om penicilline makkelijker te produceren. Dit was net als de kleine ideeën van de jongens van NRRL een praktisch idee. Zo bedachten ze om een grote diepe tank te gebruiken om daarin penicilline te kweken via uiteraard een speciale manier. Door dit idee werd van de een op de andere dag het mogelijk om enorme hoeveelheden penicilline te produceren van een hoge kwaliteit.

Na deze opkomst van de massaproductie kwam er nog later een nieuwe doorbraak binnen de penicilline toen de Oostenrijkers Hans Margreiter en Ernst Brandl van het bedrijf Biochemie ( dit bedrijf heet vandaag de dag Sandoz) . Zij ontwikkelden namelijk een manier waarbij het eerste soort penicilline werd ontwikkeld dat oraal ingenomen kon worden zonder dat het schadelijk of onveilig was. Dit soort penicilline is vandaag de dag bekend als Penicilline V. (Verder over Penicilline V in het hoofdstuk ‘Wat is penicilline’)

Hoe wordt penicilline geproduceerd?

Hoe wordt penicilline geproduceerd?
Penicilline wordt gemaakt door fermentatie. Dit houdt in dat penicilline wordt gemaakt uit biologische materialen met behulp van schimmels en bacteriën. Het is bij fermentatie belangrijk dat er of geen zuurstof bij het product komt (anaeroob), omdat via de zuurstof invloeden van buitenaf het proces kunnen beïnvloeden of dat er steriele beluchting plaats vindt (aëratie). Dit laatste is het geval bij het maken van penicilline.

Penicilline wordt dan ook gemaakt in een fermenter. Het is belangrijk dat in de fermenter een homogene omgeving is, zodat de productie in de fermenter kan plaatsvinden zonder invloeden van buiten. Dit is belangrijk omdat de omgeving binnen de fermenter volkomen steriel is en het is belangrijk dat deze ook steriel blijft.
Er zijn voor een fermenter bepaalde richtlijnen. Hier gaat het om aan welke eisen een goede fermenter moet voldoen. Hierbij dienen deze richtlijnen strenger nageleefd en gecontroleerd te worden als je grote fermenter gebruikt. Want des te groter je productie des te meer er fout kan gaan.
Je moet hierbij dus letten op:

De grootte van de reactor. Je moet hierbij nadenken hoe groot je reactor moet zijn om de maximale opbrengst voor je productie te verkrijgen. Het heeft uiteraard geen zin als je maar een beetje penicilline nodig hebt, dat je dan een grote reactor gaat gebruiken, of het heeft ook geen zin als je niet over de middelen beschikt om veel penicilline te maken en je dan een grote reactor gaat gebruiken. Hierbij gaat het om het feit dat als je een beetje penicilline wilt maken, en dat ook mogelijk is in een kleinere reactor je de kleinere neemt aangezien er meer mis kan gaan in een groot reactievat met bijvoorbeeld de steriliteit. De kans is namelijk groter dat na sterilisatie van de reactor het grote vat minder steriel is dan een kleinere om het simpele feit dat de kans dat er bacterie de sterilisatie overleeft op een groter oppervlak groter is.

De werking van de reactor. Je moet goed bedenken voor je de reactor in gebruik neemt, of bij het bedenken wat voor soort reactor je gaat gebruiken of je waaiers gaat gebruiken voor mechanische gisting, waarbij er gemixt gaat worden, of gebruik je een zogenaamd air-jet system waarbij er door middel van gas gisting optreedt. De eerst methode komt tot uiting in de ‘Continuous Stirred-tank Reactor’ oftewel CSTR , terwijl de tweede methode plaats vind in de ‘Bubble Column Reactor’. Het verschil tussen deze twee reactoren is dat de CSTR, die over het algemeen het meeste gebruikt wordt en het bekendst is, dus propellers binnenin heeft zitten die voor een luchtstroom zorgen binnen de homogene omgeving, terwijl de ‘Bubble Column Reactor’, die dus minder bekend is, minder handig in de praktijk is maar wel energiezuiniger. Deze keuze rond de fermenters die je gebruikt is in dit geval meer een persoonlijke keuze op basis van wat je praktisch vindt.

Uiteraard moet je ook nadenken over de methode tot het maken van penicilline. Zo zijn er verschillende fermenters bij verschillende methodes. Wil je namelijk in één keer het substraat toevoegen waaruit je penicilline gaat produceren dan moet je een andere fermenter hebben dan wanneer je gedurende een periode elke keer een substraat toevoegt of echt constant.
Ook moet je letten op de omstandigheden binnen de reactor. Zo is het van belang welke temperatuur en pH-waarde je in de reactor handhaaft. Hierbij moet je natuurlijk nadenken onder welke omstandigheden je substraat niet zal bederven. Het is hierbij voor penicilline handig om een pH-waarde van 6,5 te handhaven aangezien die waarde het optimum is om penicilline te kweken. Hierdoor zal er regelmatig NaOH toegevoegd moeten worden, aangezien het substraat van zichzelf zuurder is.

Tevens zijn er nog een paar aspecten die een reactor goed laten werken. Zo zijn er economische en functionele aspecten. Een paar functionele aspecten zijn bijvoorbeeld een goede warmteoverdracht in het apparaat zodat als je de temperatuur regelt je ook daadwerkelijk invloed uitoefent. Tevens moet het mixen goed gebeuren zodat er geen ‘dode zones’ in de reactor ontstaan, die of niet worden gebruikt of die niet in beweging zijn. Er moet ook een goede doorvoering van voedingsstoffen aanwezig zijn om de het penicilline te laten groeien.

Economisch en praktisch is het uiteraard handig dat het gehele apparaat werkt zonder dat er ziektekiemen in ontstaan, omdat het veel werk is om alles schoon te maken en dat ook veel tijd en dus geld kost. Het is voor de productie uiteraard van belang dat deze goedkoop gebeurt. Zo is het goed om de machine zo energiezuinig mogelijk te laten draaien. Ook moet de machine stabiel presteren onder verschillende omstandigheden. Dat is voor de productie uiteraard noodzakelijk maar economisch ook handig omdat anders de machine in een constant verwarmde ruimte zou moeten staan, wat weer duur is.
Een fermenter werkt door een substraat van de gekweekte schimmel in de machine te stoppen waarin een nutriënt medium zit ( in de tekening weergegeven als sterile nutrient medium ) Dit houdt in dat dit medium, voedingsstoffen bevat die ook steriel zijn. Het is de bedoeling dat het substraat constant blijft groeien en dat het overtollige wordt ‘geoogst’ door het via de onderkant van de reactor eruit te laten lopen ( in de tekening weergegeven als harvest pipe ).

Omdat de temperatuur zo belangrijk is voor de productie zit er een toe- en een afvoer van koud water langs de randen, zodat het medium gekoeld wordt via geleiding als dat nodig mocht zijn ( in de tekening weergegeven als cold water inlet en outlet ). Vaak is dit wel degelijk van belang aangezien er tijdens stofwisseling warmte vrijkomt en de propellers wekken ook warmte op. Tevens zorgen de propellers er voor dat het medium in beweging blijft zodat er geen dode plekken ontstaan, zoals eerder uitgelegd en dat het gehele medium gekoeld kan worden en er zo een homogene temperatuur zal ontstaan in de reactor ( in de tekening weergegeven als impeller ).

Omdat penicilline aeroob groeit is er tevens een sproeier onderin de reactor aanwezig die lucht in de reactor pompt zodat het medium altijd zuurstof bevat (in de tekening aangegeven als sparger en compressed air). Het zuurstof wordt nadat het door het medium is gegaan vanaf boven uit de reactor verwijderd via een luchtkraan (in de tekening aangegeven filtered waste gases). Deze kraan laat de overtollige zuurstof alleen door als er een te hoge druk ontstaat in het vat door een drukmeter (in de tekening weergegeven als pressure guage) . Het enige probleem met de combinatie van zuurstoftoevoer en de propellers is dat er vaak schuim gaat ontstaan. Om dit tegen te gaan wordt er vanaf bovenaan de reactor een middel aan het medium toegevoegd die deze schuimvorming tegen gaat ( in de tekening aangegeven als antifoam).

De reactor is in principe een grote snelkookpan. Er is namelijk een vloeistof in de reactor aanwezig en er is van binnenuit een constante druk. Om de reactor steriel te houden wordt er in het deel waar geen vloeistof zit steriele stoom naar binnen gespoten. ( in de tekening weergegeven als steam) Deze stoom houdt de reactor steriel omdat deze stoom minimaal 215 graden Celsius is en door deze hitte de bacteriën doodt die de reactor niet steriel zouden kunnen maken. Samen met de luchtdruk bedraagt de druk van de stoom gemiddeld 15psi wat overeenkomt met een druk van 1.034212bar. Overtollige stoom wordt ook afgevoerd via dezelfde luchtkraan waarmee de overtollige lucht wordt afgevoerd ( in de tekening weergegeven als filterered waste gases) via een drukmeter (in de tekening weergegeven als pressure guage). Uiteraard moet er een substraat toegevoegd worden van de schimmel waaruit de penicilline zal ontstaan. Ook moeten de voedingsstoffen aan het medium toegevoegd worden, zodat er groei kan plaatsvinden van het substraat en er penicilline kan ontstaan. Deze stoffen worden via dezelfde weg als de stoom toegevoegd aan het medium ( in de tekening weergegeven als nutrient or inoculant).

Om de pH-waarde in het medium te beheren, moet er uiteraard zo nu en dan een base of een zuur worden toegevoegd (in de tekening weergegeven als acid/base) . In dit geval bij het maken van penicilline zal er zoals eerder aangegeven vaker een base worden toegevoegd dan een zuur aangezien de groeioptimum van penicilline in een zuur milieu op een pH-waarde van 6,5 ligt en de inhoud van zichzelf zuurder is dan 6,5.

Als uiteindelijk alles goed gaat bij de productie zal na zes uur de biomassa verdubbeld zijn.


Kunnen wij zelf penicilline produceren?

Ja, het is schijnbaar mogelijk om zelf penicilline te maken hiervoor hebben wij een site gebruikt waarop een methode stond. Deze methode hebben wij bestudeerd en op sommige plekken waar het mogelijk was bewerkt. Per proef leggen wij uit wat we gedaan hebben.


Methode

[PROEF 1](mislukt)
Stap 1; Creëren van schimmels
Om schimmels te creëren hebben wij brood en een citroen schil in een afgesloten verpakking(melkpak) in een op kamertemperatuur verwarmde kamer gelegd voor 2 dagen. Daarna hebben we met een gesteriliseerde metalen lus de schimmels van het brood overgebracht op vierkante stukjes brood van 1 bij 1 cm in 2 ,met watten afgesloten, gesteriliseerde flessen. Dit hebben wij ook gedaan met de schimmels van de citroen. Daarna hebben we deze 4 flessen op een lichtdichte plek neergezet bij kamer temperatuur. Hierna wilde we de schimmels van het brood halen maar deze waren helaas niet verder gegroeid en hoogstwaarschijnlijk dood.

[PROEF 2](mislukt)
Om schimmels te creëren hebben wij weer brood in een afgesloten verpakking(melkpak) in een op kamertemperatuur verwarmde kamer gelegd voor 2 dagen. Daarna hebben we met een gesteriliseerde metalen lus de schimmels van het brood overgebracht op vierkante stukjes brood van 1 bij 1 cm en in 2, met watten afgesloten, gesteriliseerde flessen gestopt. Daarna hebben we deze 2 flessen op een lichtdichte plek neergezet bij kamer temperatuur. Na 4/5 dagen hebben wij de flessen geopent maar bleken te vochtig om nog te gebruiken. Het brood was namelijk opgelost in het toegevoegde vocht. Wij denken dus dat wij teveel vocht hebben toegevoegd.

[PROEF 3] (nog bezig)
Om schimmels te creëren gaan wij weer brood in een afgesloten verpakking(melkpak) in een op kamertemperatuur verwarmde kamer leggen voor 2 dagen. Echter hebben we nu wel een nieuw plan, we snijden uit het beschimmelde brood de stukjes die we in de flessen stoppen.
Stap 2: Om een media te maken moeten we de volgende producten in 500 ml koud water oplossen:
• Lactose monohydraat 44,0 ml
• Maiszetmeel 25,0 ml
• Natriumnitraat 3,0 ml
• Magnesiumsulfaat 0,25 ml
• Kaliummonofosfaat 0,50 ml
• Glucose monohydraat 2,75 ml
• Zinksulfaat 0.044 ml
• Mangaansulfaat 0.044 ml

Daarna voegen wij genoeg water toe om het 1 liter te maken. We zullen HCl gebruiken om de pH-waarde tussen de 5.0 en 5.5 te brengen.
We vullen de flessen met de media, daarna ontsmetten we de flessen weer.
Wanneer de flessen zijn gekoeld, voegen we de sporen toe (1 eetlepel).

[PROEF 1](nog bezig)
Inmiddels hebben we alle benodigdheden bij mekaar, nu is het nog wachten op de flesjes met daarin de schimmel.

Stap 3:We incuberen de flessen, we laten ze op hun zijkant 7 dagen rusten op 70 graden Fahrenheit.
Als het gelukt is om penicilline te maken, zal deze te vinden zijn in het vloeibare gedeelte van de media. Daarna filteren wij de media en verkoelen we het gelijk.

Zijn er complicaties in penicilline?

Hoe zit resistentie voor penicilline in elkaar?
Resistentie voor penicilline houdt in dat een bacterie bestand wordt tegen het medicijn penicilline maar de vraag is; hoe is dat mogelijk?. Door middel van de werking van penicilline zullen velen bacteriën van de betreffende populatie sterven. Echter kan het zo zijn dat een spontane genetische mutatie in de bacterie ervoor zorgt dat deze weerstand kan geven aan de penicilline. De genen die ervoor zorgen dat de bacterie overleefd kunnen overgedragen worden tussen verschillende bacteriën door middel van horizontale genoverdracht. Dit is een proces waarbij genetisch materiaal tussen twee organismen, zonder een familierelatie,wordt uitgewisseld, dit kan door middel van;

- Transformatie vindt plaats als een cel vreemd genetisch materiaal ontvangt dat vervolgens tot expressie komt.
- Transductie vindt plaats wanneer genetisch materiaal van de ene op de andere bacterie word overgedragen door een bacterieel virus.
- Conjugatie vindt plaats als door fysiek contact tussen twee bacteriele cellen een uitwisseling van genetisch materiaal plaatsvindt.

Na enige tijd zijn er alleen nog resistente bacteriën over welke zich veel vermenigvuldigd hebben. Hetgeen waardoor bacteriën resistent kunnen worden is de productie van het enzym
Penicillinase, welke een specifiek type Beta-lactamase is. Het laatst genoemde is effectief tegen Beta-Lactam antibiotica, deze hebben als kenmerk dat ze allen een Beta-Lactam ring bevatten zoals eerder beschreven. De lactamase kan die ring openbreken waardoor het antibioticum zijn functie verliest. Dit doet het door de Beta-Lactam ring te hydrolyseren waarbij water moleculen splijten in waterstof ionen (H +) en OH- ionen. Het H+ ion bindt zich aan het stikstof atoom en het OH- ion aan de koolstofatoom welke normaal gesproken aan het stikstofatoom in de Beta-Lactam ring zit. Daarna is het mogelijk dat het achterblijfsel decarboxyleert waarbij er koolstofdioxide vrijkomt.

Een manier om resistentie te bestrijden is het antibioticagebruik aan banden te leggen waardoor er minder bacteriën resistent worden. Dat deze methode effect heeft is bijvoorbeeld in Hongarije gebleken. Hier waren in de jaren tachtig vele resistente pneumococcen gesignaleerd, hiervoor schroefden zij het penicillinegebruik aanmerkelijk terug. Sindsdien is onder de bacteriën het aantal penicillineresistente stammen gedaald van 50 tot 34 procent.
Hieruit kun je de conclusie trekken dat bacteriën hun resistentie kwijt kunnen raken. Verscheidene theorieën gaan er vanuit dat resistentiegenen niet nuttig zijn wanneer er geen antibioticum in de buurt is. Het selectievoordeel dat de bacterie had slaat nu om in een nadeel omdat de resistentiegenen enkel ballast vormen die de bacterie waardevolle energie kost. Hierdoor is te beredeneren dat de resistenten het afleggen tegen hun gevoelige soortgenoten wanneer er geen antibioticum in de buurt is.

Wat is allergie voor Penicilline?
Penicillineallergie is een weinig voorkomende allergische reactie waarbij het immuunsysteem overmatig reageert na inname van penicilline. Het is de meest voorkomende allergie op geneesmiddelen. Vaak zijn mensen die lijden aan penicillineallergie ook allergisch aan andere antibiotica. Er zijn verschillende bijwerkingen mogelijk. De eerste is redelijk ongevaarlijk hierbij verschijnen er vlekjes op de huid. Die kunnen zich uitbreiden tot een huiduitslag, jeukende ogen, gezwollen lippen, tong of gezicht. Wat echter ook mogelijk is een anafylactische shock. Dit komt niet vaak voor maar is uiterst gevaarlijk. Mensen met dit type reacties hebben antistoffen van het type IgE gevormd tegen penicilline. Dit type allergie, ook wel type I allergie genoemd, komt veel minder vaak voor, bij 0.01 tot 0.3% van alle patiënten. Het immuunsysteem zal ongeveer een uur na inname een zodanige overreactie aangaan, waardoor men kortademig wordt, zich duizelig voelt, een te lage of te hoge bloeddruk krijgt, misselijk wordt, diarree krijgt, en zelfs bewusteloos kan vallen. Zonder behandeling kan dit leiden tot de dood. Deze allergische reactie, ook wel type I genoemd, wordt veroorzaakt doordat speciale cellen in de huid en in de luchtwegen, mestcellen genaamd, een biochemische stof loslaten (histamine) dat de vaten wijd open zet. Hierdoor gaat al het bloed naar de huid en valt de persoon in kwestie flauw. Hoewel er geen echte behandeling is, bestaat er wel een tijdelijke behandeling. Deze behandeling word desensibilisatie genoemd, hierbij word er door middel van een prik 10 eenheden penicilline binnen gebracht. Hierdoor zullen enkele mestcellen histamine loslaten maar niet genoeg voor grote gevolgen. Na 20 min zal een verdubbeling van eenheden worden geïnjecteerd, en weer 20 min daarna de volgende verdubbeling. Uiteindelijk zal er een hoeveelheid van 2,4 mil eenheden worden toegediend welke een eventuele infectie zou moeten doen verdwijnen. Deze behandeling is zeer gevaarlijk en moet daarom in een ziekenhuis gebeuren.

Conclusie
De hoofdvraag van ons profielwerkstuk was ‘’Wat is en hoe werkt penicilline?’’ deze hebben wij onderverdeeld in verschillende deelvragen, welke hieronder beschreven zijn. Bij elke deelvraag geven wij een korte samenvatting van ons antwoord op de gestelde vragen. Hieruit kunnen wij een conclusie trekken op de deelvraag.

Wat is penicilline?
Penicilline is een schimmel, welke bacteriën doodt en onderdeel is van de antibioticafamilie.
Antibiotica zijn van oudsher organische stoffen die bacteriën bestrijden door deze te doden of te remmen in deling. Een stof is alleen een antibioticum als deze inwendig in organismen, dus ook niet uitwendig op een organisme zoals op de huid, bacteriën doodt of remt.
Penicilline is een stof welke bestaat uit een bèta-lactam groet, wat een ringstructuur is, met daar nog een aminogroep en enkele andere groepen. Op de groepen die aan de basisstructuur van penicilline zitten zijn veel varianten waardoor er daardoor ook meerdere soorten penicilline bestaan. Zo zijn er agressieve en minder agressievere vormen, welke dus ook tegen bepaalde bacteriën per soort penicilline beter werken.

Hoe werkt penicilline?
Zoals de meeste biologische membranen, is ook het celmembraan van een bacteriën semipermeabel dat wil zeggen dat water gemakkelijk door het membraan heen kan. Daaruit kun je concluderen dat een bacterie zich niet zonder celwand kan redden. Een bacteriële celwand bestaat voor een groot deel uit peptidoglycaan (mucopeptide), alleen bacteriële celwanden bevatten deze stof. Peptidoglycaan bestaat voornamelijk uit 2 suikermoleculen. Deze worden respectievelijk NAG en NAM genoemd. Aan elke NAM zit een keten van een paar aminozuren waaronder D-Alanine. Het enzym dat er voor zorgt dat de aminozuren met elkaar verbonden raken is DD-transpeptidase. DD-Transpeptidase bindt aan D-Ala ,welke zich in de oligopeptide bevindt, neemt de binding over en brengt deze energierijke binding over naar lysine 3. De structuur van Penicilline lijkt erg veel op die van D-Alanine waardoor de DD-Transpeptidase zich ook bindt aan de penicilline. Door de druk houd de verzwakte celwand het niet vol en klapt hij uit mekaar.

Hoe is de penicilline ontdekt?
De vraag hoe penicilline ontdekt is, lijkt van minder belang voor het antwoord op onze hoofdvraag maar als je weet hoe het product ontstaan is krijg je toch een beter beeld wat penicilline eigenlijk is. Zo waren er vanaf voor onze jaartelling al producten die werkten zoals penicilline. In de loop der eeuwen evolueerden de voorlopers van de penicilline tot het punt dat penicilline zoals we het nu kennen uitgevonden werd door ene Alexander Fleming. Hij vond het product toevallig uit en vormde het daarna om tot een medicijn. Maar voor de grootschalige productie was er toch hulp van andere wetenschappers nodig en die kwam in de vorm van de heren Ernst Boris Chain en Howard Walter Florey. Zij ontwikkelden een methode om penicilline op grotere schaal te produceren. Later nadat deze drie heren voor een werk Nobelprijs gewonnen hadden werd de methode voor de massaproductie verder verbeterd door Amerikaanse wetenschappers. Hierna was de ontwikkeling van de penicilline beëindigd.

Hoe wordt penicilline geproduceerd?
Penicilline wordt gemaakt door fermentatie. Dit houdt in dat penicilline wordt gemaakt uit biologische materialen met behulp van schimmels en bacteriën. Penicilline wordt dan ook gemaakt in een fermenter, wat een groot reactorvat is. Het vat werkt zo dat het altijd steriel is in het vat, nooit schoongemaakt hoeft worden en dat als je de benodigde stoffen erin hebt gestopt er aan de andere kant van het vat er een product uit komt wat men penicilline heet.
In de productie van penicilline en de fermenters zijn er nog verschillen. Deze verschillen hebben invloed op de productie en het gebruik.
We kunnen nog geen antwoord geven op de vraag of wij zelf penicilline kunnen maken. Echter hebben wij daar wel een idee van, dit hebben wij al enkele keren proberen uit te werken maar dit is nog niet gelukt. Ons plan is om dit voor de presentatie af te hebben.

Zijn er complicaties in penicilline?
Bij bacteriën kan er resistentie ontstaan voor penicilline. Hetgeen waardoor bacteriën resistent kunnen worden is de productie van het enzym; Penicillinase, welke een specifiek type Beta-lactamase is. De lactamase kan de beta-lactam ring openbreken waardoor het antibioticum zijn functie verliest. Er is een theorie die zegt dat de resistentiegenen niet nuttig zijn wanneer er geen antibioticum in de buurt is. Het selectievoordeel dat de bacterie had slaat nu om in een nadeel omdat de resistentiegenen enkel ballast vormen die de bacterie waardevolle energie kost. Daarom zullen resistente bacteriën verdwijnen wanneer er geen antibioticum in de buurt is.

Oftewel penicilline is antibioticum die bacteriën doodt binnen het lichaam. Het is uitgevonden door Fleming en verder uitgewerkt door Chain en Florey. Het wordt gemaakt in een speciaal vat maar is ook zelf te maken. Het gevaar van penicilline is dat er resistentie kan ontstaan tegen de werking. Ook kan het menselijk lichaam een allergie hebben tegen bepaalde soorten penicilline die zich van elkaar onderscheiden door verschillende aanvullende structuren aan de basisstructuur.

Bronnenlijst Profielwerkstuk.

Sites.
Algemene informatie over Penicilline.
Nederlands
http://nl.wikipedia.org/wiki/Penicilline 19/9/11 17/9/11
http://nl.wikipedia.org/wiki/Antibioticum 19/9/11 17/9/11
http://www.apotheek.nl/Medische_informatie/Medicijnen/Producten/Penicilline_G.aspx?mId=10704&rId=1993
http://mens-en-gezondheid.infonu.nl/diversen/46856-soorten-antibiotica-penicillines-oa-broxil-augmentin.html 19/9/11 17/9/11
http://nl.wikipedia.org/wiki/Lactam 19/9/11 17/9/11
http://nl.wikipedia.org/wiki/Benzylpenicilline 19/9/11 17/9/11

Engels
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/ 19/9/11 17/9/11
http://en.wikipedia.org/wiki/Penicillin 19/9/11 17/9/11
http://en.wikipedia.org/wiki/Penicillium 19/9/11 17/9/11
http://en.wikipedia.org/wiki/Antibiotic 19/9/11 17/9/11
http://nl.wikipedia.org/wiki/Antibioticum 19/9/11 17/9/11
http://nl.wikipedia.org/wiki/B%C3%A8ta-lactam-antibioticum 19/9/11 17/9/11
http://en.wikipedia.org/wiki/Cloxacillin 19/9/11 17/9/11
http://en.wikipedia.org/wiki/Gram-positive_bacteria 19/9/11 17/9/11
http://en.wikipedia.org/wiki/Phenoxymethylpenicillin 19/9/11 17/9/11
http://nl.wikipedia.org/wiki/Amoxicilline 19/9/11 17/9/11
http://medicguide.blogspot.com/2008/05/how-does-penicillin-work.html 2/11/11 18/9/11

Geschiedenis Penicilline.
Nederlands
http://nl.wikipedia.org/wiki/Alexander_Fleming 31/11/11
http://nl.wikipedia.org/wiki/Ernst_Boris_Chain 31/11/11 1/11/11
http://nl.wikipedia.org/wiki/Howard_Walter_Florey 1/11/11
http://nl.wikipedia.org/wiki/Antisepticum 1/11/11
http://www.gezondweb.be/gezondweb/rubrieken/medicatietechnieken/medicatie/penicilline/historiek.htm 1/11/11
www.ntvg.nl/publicatie/de-geschiedenis-van-penicilline/pdf
http://www.pfizer-vet.be/about-us/geschiedenis.htm?lng=nl
http://www.pfizer.nl/sites/pfizernl/overpfizer/Historie/1900-1939/Pages/1928.aspx
http://www.100jaarfarmacologie.nl/educatie/penicilline.html

Engels
http://en.wikipedia.org/wiki/History_of_penicillin 1/11/11
http://en.wikipedia.org/wiki/Ernst_Boris_Chain 31/11/11 1/11/11
http://en.wikipedia.org/wiki/Alexander_Fleming 31/11/11
http://en.wikipedia.org/wiki/1930 31/11/11
http://en.wikipedia.org/wiki/Howard_Florey 31/11/11 1/11/11 http://en.wikipedia.org/wiki/Penicillium_glaucum 1/11/11
http://en.wikipedia.org/wiki/Antisepsis 1/11/11
http://inventors.about.com/od/pstartinventions/a/Penicillin.htm 2/11/11
http://www.medterms.com/script/main/art.asp?articlekey=26180 2/11/11

Productie
Nederlands
http://nl.wikipedia.org/wiki/Fermentatie 2/11/11
Engels
http://www.dcu.ie/~oshead/BE401/lectures/pres438453849e9b7.pdf 2/11/11
http://mic.sgmjournals.org/content/1/2/187.full.pdf 2/11/11
http://en.wikipedia.org/wiki/Bubble_column_reactor 2/11/11
http://en.wikipedia.org/wiki/Continuous_stirred-tank_reactor 2/11/11

Allergie
Nederlands
http://www.huidziekten.nl/folders/nederlands/penicillinedesensibilisatie.htm 28/12/11
http://www.erasmusmc.nl/algo-cs/beleid_richtlijnen/penicilline_allergie 28/12/11
Engels
http://en.wikipedia.org/wiki/Penicillin_drug_reaction 28/12/11

Resistentie
Nederlands
http://nl.wikipedia.org/wiki/Resistentie_tegen_antibiotica 28/12/11
Engels
http://en.wikipedia.org/wiki/Antibiotic_resistance 28/12/11
http://www.emedicinehealth.com/script/main/art.asp?articlekey=11936 28/12/11

Overig
http://www.cellsalive.com/pics/pen.gif
http://www.cellsalive.com/qtmovs/penpop_mov.htm

Engels
http://en.wikipedia.org/wiki/Penicillinase 28/12/11

Grampositieve en Gramnegatieve bacteriën
Nederlands
http://nl.wikipedia.org/wiki/Gram-kleuring 11/1/12
http://biochemica.chemischgoedje.nl/artikel.php?artikelid=32 11/1/12
http://biochemica.chemischgoedje.nl/artikel.php?artikelid=29 11/1/12
Engels
http://en.wikipedia.org/wiki/Gram-positive_bacteria 11/1/12
http://en.wikipedia.org/wiki/Gram-negative_bacteria 11/1/12

Boeken.
Ronald Hare, New Light on the history of penicillin, Medical History, 1982, 26: 1-24.
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1139110/pdf/medhist00088-0005.pdf

Ronald Hare, The Scientific activities of Alexander Fleming, other than the discovery of penicillin, Medical History, 1983, 27: 347-372.
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1140044/pdf/medhist00081-0013.pdf

Scheikundeboek
Biologieboek
Opgestuurd materiaal Universiteit Nijmegen



REACTIES

Log in om een reactie te plaatsen of maak een profiel aan.