Louis Pasteur

Bedeutung und Arbeitsfelder

Louis Pasteur (* 27. Dezember 1822 in Dole; † 28. September 1895 in Villeneuve-l’Étang bei Paris) war ein französischer Chemiker, Physiker und Biochemiker sowie Mitbegründer der medizinischen Mikrobiologie. Er verband Grundlagenforschung mit praktischen Problemen aus Lebensmittelherstellung, Landwirtschaft und Medizin.

Seine zentralen Beiträge waren die Begründung der Stereochemie, die Erklärung von Gärungen durch Mikroorganismen, wichtige Experimente gegen die Vorstellung einer spontanen Entstehung von Leben, die Pasteurisierung und die Entwicklung von Impfstoffen. Damit wurde die Vorbeugung von Infektionskrankheiten durch Impfung zu einem allgemeinen Prinzip und die Impfstoff-Industrie nahm ihren Anfang.

Moleküle, Kristalle und optische Aktivität

Pasteur untersuchte von 1847 bis 1857 Weinsäure und Traubensäure. Optische Aktivität bedeutet hier, dass eine Lösung die Ebene von polarisiertem Licht dreht. Eilhard Mitscherlich hatte die Salze beider Säuren für kristallographisch gleich gehalten; Pasteur fand dagegen bei Natrium-Ammonium-Salzen der Traubensäure zwei spiegelbildliche Kristallformen.

Er trennte diese Kristalle von Hand. Getrennt gelöst drehten sie polarisiertes Licht um denselben Betrag, aber in entgegengesetzte Richtungen: L-(+)-Weinsäure nach rechts und die zuvor unbekannte D-(−)-Weinsäure nach links. Bei gleichen Volumina und Konzentrationen hoben sich die Wirkungen auf; die Mischung war optisch inaktiv und heißt Racemat. Pasteur stellte dies am 22. Mai 1848 vor.

1860 folgerte er, die asymmetrische Kristallform optisch aktiver Stoffe müsse auf einer asymmetrischen Anordnung der Atome im Molekül beruhen. Das begründete die Stereochemie, also die Lehre von der räumlichen Struktur von Molekülen. Seine spätere Annahme, optisch aktive Verbindungen müssten stets asymmetrische Kristalle bilden, musste er beim Amylalkohol korrigieren. Labortagebücher legen zudem nahe, dass Auguste Laurent seine Forschung stärker beeinflusste, als Pasteur später darstellte.

Gärung, Keime und Haltbarmachung

Pasteur vertrat die Auffassung, dass Gärung die Tätigkeit lebender Mikroorganismen ist und jede Gärungsform einen bestimmten Mikroorganismus hat. Das Nährmedium kann deren Wachstum fördern oder hemmen; Mikroorganismen konkurrieren darin um Nährstoffe. Bei der Milchsäuregärung wird Zucker durch Mikroorganismen zu Milchsäure abgebaut, etwa bei Sauermilch oder Sauerbier. Die von Pasteur beschriebene kleine, oft stäbchenförmige „Hefe“ waren tatsächlich Milchsäurebakterien.

Für die alkoholische Gärung zeigte Pasteur, dass neben Ethanol und Kohlendioxid unter anderem Glycerin, Bernsteinsäure, Zellulose und Fette entstehen. Er widerlegte Liebigs rein abiologische Erklärung, indem er Gärung in einem künstlichen, stickstofffreien organischen Medium aus Rohrzucker, Ammoniumtartrat, Mineralstoffen aus veraschter Hefe und etwas Bierhefe auslöste. Dass Hefen alkoholische Gärung verursachen, war allerdings bereits 1837 von Charles Cagniard-Latour, Theodor Schwann und Friedrich Kützing veröffentlicht worden.

1861 beobachtete Pasteur den später so genannten Pasteur-Effekt: Bei Sauerstoffmangel verbrauchen Hefen mehr Zucker. Heute wird dies als Wechsel vom oxidativen Kohlenhydratabbau bei Sauerstoffversorgung zur anaeroben Glykolyse bei Sauerstoffmangel beschrieben. Bei der Essigbildung wies Pasteur nach, dass der Organismus der Essigmutter nur an einer Oberfläche mit reichlich Sauerstoff Essig erzeugt. Die Buttersäuregärung zeigte ihm dagegen einen anaeroben Organismus, also einen Organismus, der ohne Sauerstoff leben kann. Fäulnis deutete er als Gärung schwefelreicher Stoffe.

Die Pasteurisierung ist das aus diesen Arbeiten hervorgegangene Verfahren zur Konservierung flüssiger Lebensmittel. Lebensmittel werden dazu auf unter 100 °C erhitzt. Es ist keine Sterilisation: Die meisten vegetativen Mikroorganismenformen, nicht aber ihre Sporen, werden abgetötet; nahezu alle krankheitserregenden Keime werden jedoch erfasst. Pasteur zeigte etwa die Konservierung von Essig bei 55 °C. Die Pasteurisierung von Milch geht nicht auf ihn, sondern auf Franz von Soxhlet zurück.

Spontanzeugung, Seidenraupen und Keimtheorie

Mit Schwanenhalsflaschen prüfte Pasteur, ob Mikroorganismen unter Alltagsbedingungen spontan aus toter Materie entstehen. Nach dem Aufkochen blieb Zuckerwasser, Urin oder Milch trotz Luftkontakt steril, weil Staub und Mikroorganismen im langen Flaschenhals hängen blieben. Wurde der Hals abgebrochen, entstanden Schimmel oder Gärung. Versuche in verschiedenen Höhen deuteten außerdem auf unterschiedlich viele Keime in der Luft hin: Am Fuß des Jura veränderten sich 8 von 20 Gefäßen, auf 850 Meter 5 von 20 und auf der Mer de Glace in 2000 Meter Höhe 1 von 20.

Die Frage war dennoch nicht völlig eindeutig. Félix Archimède Pouchet erhielt mit Heuaufguss andere Ergebnisse. Später erklärten Ferdinand Cohn und John Tyndall einen Teil davon durch hitzeresistente Endosporen. Pasteurs Untersuchungen förderten aseptisches Arbeiten, also das Vermeiden von Keimverunreinigungen, und führten praktisch zum Autoklav, einem Gerät zur Sterilisation mit Dampf unter Druck.

Bei den Seidenraupen erkannte Pasteur die pébrine als übertragbare Krankheit; ihr Erreger heißt heute Nosema bombycis. Zur Vorbeugung sollten nur nachweislich erregerfreie Elterntiere für die Zucht verwendet werden. Die Ursachen der flacherie waren komplizierter: Bestimmte Formen sind Viruskrankheiten, andere entstehen durch starke Hitze. Antoine Béchamp hatte wesentliche Erkenntnisse zur pébrine und flacherie früher vertreten; seine Prioritätsansprüche und der Vorwurf eines Plagiats bleiben Teil der Kontroverse.

Pasteur trug die Keimtheorie 1878 und 1880 auf weitere Krankheiten aus. Sie besagt, dass bestimmte Krankheiten durch Mikroorganismen verursacht werden. Beim Milzbrand hob er hervor, dass Regenwürmer Sporen aus vergrabenen Kadavern an die Oberfläche bringen können; deshalb sollten an Milzbrand verendete Tiere nicht auf künftigem Weideland vergraben werden. Er unterstützte auch antiseptisches Arbeiten in der Chirurgie: Instrumente sollten vor Operationen mit kochendem Wasser oder besser einer Flamme behandelt werden. Joseph Lister erhielt durch Pasteurs Arbeiten die Anregung zur Antisepsis.

Impfstoffe und ihre Grenzen

Pasteur entwickelte Impfstoffe aus abgeschwächten Erregern und übertrug damit den Gedanken der bis dahin besonderen Pockenschutzimpfung auf andere Infektionskrankheiten. Sein Impfstoff gegen Geflügelcholera von 1880 war der erste künstlich im Labor hergestellte Impfstoff. Kulturen mit geringerer Virulenz schützten Hühner anschließend gegen virulente Erreger. Die verbreitete Geschichte eines einzelnen zufälligen Schlüsselexperiments ist laut Auswertungen der Labortagebücher zu einfach: Emile Roux war maßgeblich beteiligt, die Ergebnisse waren zunächst widersprüchlich. Praktisch war der Impfstoff teuer, wirkte nur kurz und erlaubte geimpften Tieren, die Krankheit weiterzuverbreiten.

Beim öffentlichen Milzbrandversuch in Pouilly-le-Fort 1881 wurden 25 von 50 Schafen geimpft. Nach der Infektion mit hochvirulenten Bakterien waren am 2. Juni 24 geimpfte Schafe gesund; von den ungeimpften waren 23 tot und zwei dem Tod nahe. Umstritten ist, wie der dabei verwendete Impfstoff hergestellt wurde. Labortagebücher sprechen dafür, dass Chamberland und Roux Kaliumdichromat verwendeten und damit einem Verfahren von Henry Toussaint nahe kamen. Gerald L. Geison bewertete Pasteurs Verhalten als Wissenschaftsbetrug, während Hervé Bazin dies anders einschätzt, Pasteur aber Toussaint die Priorität beim Milzbrand-Impfstoff zugesteht. Pasteur entwickelte außerdem einen Impfstoff gegen Schweinerotlauf, bei dem der Erreger wiederholt durch Kaninchen übertragen und so abgeschwächt wurde.

Sein erster Impfstoff für Menschen richtete sich gegen Tollwut. Joseph Meister erhielt 1885 nach einem Biss 13 Injektionen mit zunehmend frischerem und virulenterem, aus Kaninchen-Rückenmark hergestelltem Material und blieb gesund. Dieser einzelne Fall bewies die Wirksamkeit jedoch nicht: Nach Pasteurs Angaben infizierten sich nur 10 % der von tollwütigen Hunden gebissenen Menschen tatsächlich. Erst die statistische Auswertung vieler Fälle bestätigte die Wirksamkeit. Auch frühere, nicht öffentlich bekannt gemachte Behandlungen und der Anteil von Emile Roux sind umstritten. Insgesamt entwickelte Pasteur vier Impfstoffe und zeigte damit grundsätzlich die Möglichkeit, Infektionskrankheiten durch Impfung vorzubeugen.

Institut, Arbeitsweise und Nachwirkung

Nach der Aufmerksamkeit für die Tollwutbehandlung erhielt Pasteur Spenden von 2,6 Millionen Francs. Das Institut Pasteur wurde am 14. November 1888 in Anwesenheit von Präsident Sadi Carnot eröffnet; Pasteur war sein erster Direktor. Obwohl es eine private Institution war, wurden die Leitung und die Leiter der fünf Sektionen weiter vom Staat bezahlt. Es war nicht nur ein Zentrum für Tollwutimpfungen, sondern das erste Forschungsinstitut für medizinische Mikrobiologie und wurde weltweit zum Vorbild.

Pasteurs Arbeitsstil verband anwendungsbezogene Fragen mit grundlegenden Erkenntnissen. Er setzte öffentliche Demonstrationen und Untersuchungskommissionen zur Durchsetzung seiner Positionen ein, beeinflusste aber auch die Zusammensetzung solcher Kommissionen. Seine Forschung war von scharfen Kontroversen begleitet, unter anderem mit Robert Koch.

Seine 102 eigentlichen Labortagebücher dokumentieren 40 Jahre Forschung. Sie wurden nach 1971 zugänglich und mit einem Katalog von 1985 nutzbar. Ihre Auswertung zeigte in mehreren Fällen Unterschiede zwischen dem tatsächlichen Ablauf der Experimente und Pasteurs späteren Veröffentlichungen. Pasteur starb 1895 nach schweren gesundheitlichen Folgen mehrerer Schlaganfälle; er wurde in einer Krypta unter dem Institut Pasteur beigesetzt.