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Paul Ehrlich wurde am 14. März 1854 in Strehlen in Oberschlesien*, Deutschland, geboren. Er war der Sohn von Ismar Ehrlich und seiner Frau Rosa Weigert, deren Neffe der große Bakteriologe Karl Weigert war.

Ehrlich wurde am Gymnasium in Breslau und anschließend an den Universitäten von Breslau, Straßburg, Freiburg im Breisgau und Leipzig ausgebildet. 1878 promovierte er zum Doktor der Medizin mit einer Dissertation über die Theorie und Praxis der Färbung von tierischem Gewebe. Diese Arbeit war eines der Ergebnisse seines großen Interesses an den von W. H. Perkin 1853 entdeckten Anilinfarbstoffen.

1878 wurde er Assistent von Professor Frerichs an der Berliner Medizinischen Klinik, der ihm alle Möglichkeiten gab, seine Arbeit mit diesen Farbstoffen und die Färbung von Geweben mit ihnen fortzusetzen. Ehrlich zeigte, dass alle verwendeten Farbstoffe als basisch, sauer oder neutral klassifiziert werden konnten, und seine Arbeiten über die Färbung von Körnchen in Blutzellen legten den Grundstein für künftige Arbeiten zur Hämatologie und zur Färbung von Geweben.

1882 veröffentlichte Ehrlich seine von Koch entdeckte Methode zur Färbung des Tuberkelbazillus, die die Grundlage für die später von Ziehl und Neelson eingeführten Modifikationen bildete, die noch heute verwendet werden. Von ihr wurde auch die Gram-Methode zur Färbung von Bakterien abgeleitet, die von modernen Bakteriologen so häufig verwendet wird.

1882 wurde Ehrlich Titularprofessor und 1887 qualifizierte er sich mit seiner Arbeit Das Sauerstoffbedürfnis des Organismus als Privatdozent an der Medizinischen Fakultät der Universität Berlin. Später wurde er dort außerordentlicher Professor und leitender Hausarzt an der Charité in Berlin.

1890 ernannte Robert Koch, Direktor des neu gegründeten Instituts für Infektionskrankheiten, Ehrlich zu einem seiner Assistenten, und Ehrlich begann daraufhin mit den immunologischen Studien, mit denen sein Name für immer verbunden sein wird.

Ende 1896 wurde in Berlin-Steglitz ein Institut zur Kontrolle therapeutischer Seren gegründet und Ehrlich zu dessen Direktor ernannt. Hier leistete er weitere wichtige Arbeiten zur Immunologie, insbesondere zu den Hämolysinen. Er zeigte auch, dass die Toxin-Antitoxin-Reaktion, wie chemische Reaktionen, durch Hitze beschleunigt und durch Kälte verzögert wird und dass der Antitoxingehalt in antitoxischen Seren aus verschiedenen Gründen so stark schwankt, dass es notwendig war, einen Standard festzulegen, mit dem der Antitoxingehalt genau gemessen werden konnte. Dies gelang ihm mit dem von Behring’schen Antidiphtherie-Serum und ermöglichte so die Standardisierung dieses Serums in Einheiten, die sich auf einen festen und unveränderlichen Standard beziehen. Die Methoden, die Ehrlich daraufhin etablierte, bildeten die Grundlage für alle zukünftigen Standardisierungen von Seren. Diese Arbeit und seine anderen immunologischen Studien führten Ehrlich dazu, seine berühmte Seitenkettentheorie der Immunität zu formulieren.

1897 wurde Ehrlich zum Amtsarzt in Frankfurt am Main ernannt und als 1899 das Königliche Institut für experimentelle Therapie in Frankfurt gegründet wurde, wurde Ehrlich dessen Direktor. Außerdem wurde er Direktor des Georg-Speyer-Hauses, das von Frau Franziska Speyer gegründet und in unmittelbarer Nachbarschaft zu Ehrlichs Institut errichtet worden war. Mit diesen Ernennungen begann die dritte Phase von Ehrlichs vielseitigen Forschungen. Er widmete sich nun der Chemotherapie, wobei er von der Idee ausging, die er schon in seiner Doktorarbeit als junger Mann formuliert hatte, dass die chemische Zusammensetzung der verwendeten Medikamente in Bezug auf ihre Wirkungsweise und ihre Affinität zu den Zellen der Organismen, gegen die sie gerichtet waren, untersucht werden müsse. Sein Ziel war es, wie er es ausdrückte, chemische Substanzen zu finden, die eine besondere Affinität zu pathogenen Organismen haben, zu denen sie wie Antitoxine zu den Toxinen, mit denen sie spezifisch verwandt sind, passen und die, wie Ehrlich es ausdrückte, „magische Geschosse“ sind, die direkt zu den Organismen gehen, auf die sie abzielen.

Um dies zu erreichen, testete Ehrlich mit Hilfe seiner Assistenten Hunderte von chemischen Substanzen, die er aus der noch größeren Anzahl von Substanzen, die er gesammelt hatte, ausgewählt hatte. Er untersuchte unter anderem die Behandlung der Trypanosomiasis und anderer Protozoenerkrankungen und stellte Trypanrot her, das, wie sein japanischer Assistent Shiga zeigte, gegen Trypanosomen wirksam war. Außerdem stellte er zusammen mit A. Bertheim die korrekte Strukturformel von Atoxyl fest, dessen Wirksamkeit gegen bestimmte experimentelle Trypanosomiasen bekannt war. Diese Arbeit eröffnete einen Weg zur Gewinnung zahlreicher neuer organischer Verbindungen mit dreiwertigem Arsen, die Ehrlich testete.

Zu dieser Zeit wurde die Spirochaete, die Syphilis verursacht, von Schaudinn und Hoffmann in Berlin entdeckt, und Ehrlich beschloss, ein Medikament zu suchen, das speziell gegen diese Spirochaete wirksam sein sollte. Unter den bereits für andere Zwecke getesteten Arsenika befand sich eines, das 606. der getesteten Reihe, das 1907 als unwirksam verworfen worden war. Als jedoch Ehrlichs ehemaliger Kollege Kitasato einen seiner Schüler namens Hata an Ehrlichs Institut schickte, bat Ehrlich, der erfuhr, dass es Hata gelungen war, Kaninchen mit Syphilis zu infizieren, ihn, dieses ausrangierte Medikament an diesen Kaninchen zu testen. Hata tat dies und stellte fest, dass es sehr wirksam war.

Als Hunderte von Experimenten seine Wirksamkeit gegen Syphilis wiederholt bewiesen hatten, gab Ehrlich es unter dem Namen „Salvarsan“ bekannt. In der Folgezeit wurden weitere Arbeiten zu diesem Thema durchgeführt, und schließlich stellte sich heraus, dass die 914. arsenhaltige Substanz, der man den Namen „Neosalvarsan“ gab, zwar weniger heilend wirkte, aber leichter herzustellen und, da sie besser löslich war, auch leichter zu verabreichen war. Ehrlich hatte, wie so viele andere Entdecker vor ihm, mit viel Widerstand zu kämpfen, bevor Salvarsan oder Neosalvarsan für die Behandlung der menschlichen Syphilis akzeptiert wurden; aber schließlich setzte sich die praktische Erfahrung durch und Ehrlich wurde als einer der Hauptbegründer der Chemotherapie berühmt.

In den späteren Jahren seines Lebens beschäftigte sich Ehrlich mit experimentellen Arbeiten über Tumore und mit seiner Ansicht, dass sich Sarkome aus Karzinomen entwickeln können, sowie mit seiner Theorie der athreptischen Immunität gegen Krebs.

Der unermüdliche Fleiß, den Ehrlich sein Leben lang an den Tag legte, seine Freundlichkeit und Bescheidenheit, seine lebenslange Gewohnheit, wenig zu essen und unablässig 25 starke Zigarren am Tag zu rauchen, von denen er häufig eine Kiste unter dem Arm trug, sein unablässiges Beharren auf dem wiederholten Nachweis der von ihm veröffentlichten Ergebnisse durch zahlreiche Experimente und die Verehrung und Hingabe, die ihm alle seine Mitarbeiter entgegenbrachten, sind von seiner ehemaligen Sekretärin Martha Marquardt anschaulich beschrieben worden, deren Biographie über ihn uns ein detailliertes Bild seines Lebens in Frankfurt vermittelt hat. In Frankfurt wurde die Straße, in der sich sein Institut befand, nach ihm Paul-Ehrlich-Straße genannt, aber später, als die Judenverfolgung begann, wurde dieser Name entfernt, weil Ehrlich ein Jude war. Nach dem Zweiten Weltkrieg jedoch, als sein Geburtsort Strehlen unter die Zuständigkeit der polnischen Behörden fiel, wurde er zu Ehren seines großen Sohnes in Ehrlichstadt umbenannt.

Ehrlich war ordentliches, ausländisches, korrespondierendes oder Ehrenmitglied von nicht weniger als 81 Akademien und anderen gelehrten Körperschaften in Belgien, Brasilien, Dänemark, Ägypten, Deutschland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Großbritannien, Italien, den Niederlanden, Norwegen, Österreich, Rumänien, Russland, Schweden, Serbien, der Türkei, den Vereinigten Staaten und Venezuela. Er war Ehrendoktor der Universitäten Chicago, Göttingen, Oxford, Athen und Breslau und wurde durch Orden in Deutschland, Russland, Japan, Spanien, Rumänien, Serbien, Venezuela, Dänemark (Komturkreuz des Danebrog-Ordens) und Norwegen (Komturkreuz des Königlichen St. Olaf-Ordens) geehrt.

1887 erhielt er den Tiedemann-Preis der Senckenberg Naturforschenden Gesellschaft in Frankfurt/Main, 1906 den Ehrenpreis des XV. Internationalen Medizinischen Kongresses in Lissabon, 1911 die Liebig-Medaille der Deutschen Chemischen Gesellschaft und 1914 den Cameron-Preis von Edinburgh. 1908 teilte er sich mit Metchnikoff die höchste wissenschaftliche Auszeichnung, den Nobelpreis.

Die preußische Regierung wählte ihn 1897 zum Geheimen Medizinalrat, beförderte ihn 1907 in den höheren Rang eines solchen und erhob ihn 1911 in den höchsten Rang, den eines Wirklichen Geheimen Rates mit dem Titel einer Exzellenz.

Ehrlich heiratete 1883 die damals 19-jährige Hedwig Pinkus. Sie hatten zwei Töchter, Stephanie (Frau Ernst Schwerin) und Marianne (Frau Edmund Landau).

Als 1914 der Erste Weltkrieg ausbrach, war er davon sehr betroffen und erlitt zu Weihnachten des gleichen Jahres einen leichten Schlaganfall. Er erholte sich schnell davon, aber seine Gesundheit, die ihn, abgesehen von einer tuberkulösen Infektion in jungen Jahren, die ihm einen zweijährigen Aufenthalt in Ägypten bescherte, nie im Stich gelassen hatte, begann sich nun zu verschlechtern, und als er 1915 zu einem Urlaub nach Bad Homburg fuhr, erlitt er am 20. August desselben Jahres einen zweiten Schlaganfall, der sein Leben beendete.