-
.La storia della penicillina costituisce un passaggio fondamentale nella comprensione del cambiamento di approccio che scienziati e studiosi hanno tenuto nell'affrontare il problema delle malattie infettive e del loro controllo. La scoperta che la causa di molte malattie infettive era da attribuirsi a diversi microrganismi aveva spostato l'attenzione di molti scienziati sull'immunità acquisita e sulla prevenzione come mezzo migliore di protezione da queste. L'interesse si incentrò, quindi, sul controllo di tali malattie attraverso lo sviluppo e l'utilizzo di vaccini e antisieri. Il primo a dare un approccio molto diverso alla ricerca sulle malattie infettive fu Paul Ehrlich (1854-1915). Egli propose che si potesse usare la chemioterapia (termine coniato dallo stesso scienziato) per combattere queste malattie, ossia che si potessero curare con l'utilizzo di un farmaco preciso, tossico per il microrganismo patogeno.
La necessità di incrementare gli studi in campo immunologico e batteriologico fu resa sempre più forte dallo scoppio del primo conflitto mondiale e, quindi, dalla necessità di curare le infezioni diffuse tra i soldati in guerra. Tra gli scienziati che parteciparono attivamente a queste ricerche vi fu anche Alexander Fleming (1881-1955).Egli, infatti, negli anni antecedenti il conflitto mondiale, aveva lavorato nei laboratori batteriologici del St.Mary a Londra e quando lo staff si trasferì in Francia e istituì laboratori in ospedali da campo, per curare le infezioni dei soldati ,anche lui prese parte all'iniziativa. In tali circostanze venne a contatto con infezioni così gravi che lo spinsero a cercare dei composti chimici, seguendo la strada degli studi di Ehrlich, che permettessero di curarle. Ritornato dalla guerra, continuò i suoi studi alla ricerca di un antisettico. Nel 1921 scoprì il lisozima, un enzima presente in molti liquidi corporei che presenta forti effetti antibatterici ma che non funziona in modo efficace contro le infezioni più gravi: La scoperta, che avvalorava però l'idea che le infezioni potessero essere curate attraverso sostanze endogene prodotte dal corpo e, quindi, attraverso una risposta immunitaria del corpo stesso, aumentò il suo interesse verso gli agenti antimicrobici. Fu durante tali studi che, casualmente, scoprì nel 1928 una sostanza che presentava effetti antibatterici e che arrivò più tardi a chiamare penicillina. Egli, infatti, mentre era intento a pulire nel suo laboratorio, fu incuriosito da una piastra di petri con Stafilococchi che era stata inquinata da una muffa. Le colonie di questa muffa, che egli stabilì essere di Penicillium notatum, avevano causato una zona di inibizione della crescita degli Stafilococchi che stavano nelle vicinanze delle stesse.
Fleming ipotizzò che la muffa avesse prodotto una sostanza letale per gli Stafilococchi, che era, appunto, la penicillina. Egli presentò il suo lavoro su questa scoperta nel 1929, pubblicando anche un articolo sul British Journal of Experimental Pathology ma le sue ricerche riscossero scarso successo. Tuttavia egli continuò a lavorare su questo particolare tipo di muffa per alcuni anni ma non sviluppò mai quello che poteva essere l'uso clinico della penicillina anche perché non era un chimico ma un batteriologo e, quindi, non fu in grado di arrivare alla sua purificazione. Il suo contributo alla scienza con la scoperta, seppur frutto del caso, di quello che sarebbe diventato un antibiotico di enorme utilità e i suoi studi successivi a riguardo trovarono riconoscimento nel 1945 quando fu insignito del premio Nobel insieme con Ernst Chain e Howard Florey. A trasformare, infatti, quella che per Fleming era rimasta una semplice curiosità batteriologica in uno strumento clinico di importanza immensa e ad aprire la strada per la produzione industriale della penicillina furono due ricercatori che lavoravano all'Università di Oxford. Qui gli studi sulla penicillina ripresero casualmente nei laboratori di patologia pochi anni dopo la sua scoperta. I due ricercatori erano l'australiano Howard Florey (1898-1968) e il tedesco Ernst Chain (1906-1979) che si interessarono di portare avanti, a partire da metà degli anni trenta, delle ricerche sull'importanza dei meccanismi di difesa dell'organismo contro particolari tipi di infiammazioni batteriche. Nel corso di questi studi si puntò di nuovo l'attenzione sul lisozima e si arrivò a purificarlo e a determinarne la natura del substrato. Proseguendo su questa strada Florey iniziò una ricerca sistematica sulle proprietà biologiche e chimiche di alcune sostanze antibatteriche, prodotte dai batteri e dalle muffe. Scoprì che alcune sostanze naturali funzionavano come efficaci antidoti contro i batteri, portando avanti il concetto di antibiosi, già sviluppato da altri ricercatori come Pasteur. Egli insieme ai suoi collaboratori scelse così di lavorare su questi prodotti nelle ricerche che doveva iniziare nel 1938. Durante tali ricerche, Chain, uno dei suoi collaboratori, ritrovò su vecchi articoli la sorprendente scoperta di Fleming e convinse Florey a permettergli di fare ulteriori studi sulla penicillina. I lavori dei laboratori di Oxford si concentrarono, quindi, su questo antibiotico e divennero famosi. Infatti i ricercatori riuscirono, per la prima volta, a produrre e a estrarre abbastanza sostanza, anche se ancora grezza ma già abbastanza concentrata, dal brodo di coltura della muffa. Questo permise di fare degli esperimenti di tipo farmacologico e tossicologico su topi e animali da laboratorio, nei quali era stata iniettata una dose letale di batteri. Si scoprì così il grande potere antibatterico della penicillina. Più tardi si arrivò a definire che la penicillina aveva una "tossicità differenziale" ossia, che, se somministrata in concentrazioni non dannose per l'organismo, era in grado di distruggere i batteri che infettavano quest'ultimo senza che esso subisse dei danni. Si apriva così la strada agli studi per l'applicazione di tale sostanza nell'ambito clinico e, quindi sull'uomo. Ma l'utilizzo di tale antibiotico sull'organismo umano richiedeva di avere a disposizione notevoli quantitativi di sostanza attiva che fosse anche sufficientemente pura. Per questo, dopo la scoperta dell'enorme potere chemioterapico della penicillina, in molti laboratori della Gran Bretagna e degli Stati Uniti si intensificarono le ricerche. L'impulso a incrementare le ricerche su questo farmaco venne anche dallo scoppio di un altro conflitto mondiale. Infatti, nel 1942, vista l'immediata utilità che la penicillina poteva avere per la cura delle infezioni in guerra, due gruppi di ricercatori, uno, quello di Oxford, in cui vi erano, appunto, H.Florey, R. Robimson, W Baker e E.Chain, e uno all'Imperial College di Londra, rappresentato da I. Heilbron e A. H. Cook, ripresero le ricerche sui metodi di purificazione dell'antibiotico. A tali ricerche si interessarono anche industrie chimiche e case farmaceutiche. Tali lavori permisero, nel giro di un anno, di arrivare alla prima formula di struttura che fu proposta nel 1943, di scoprire che, sebbene sia presente una porzione centrale comune, tuttavia sono numerose le varianti di penicillina dovute alla presenza di catene laterali attaccate al nucleo comune e di precisare la struttura con la diffrazione ai raggi X. Chain e Florey, infatti, provarono che la penicillina era un composto chimico con una ben determinata struttura, la quale fu poi dimostrata attraverso le analisi cristallografiche di Dorothy Hodgkin (1910-1994). Ella, dopo quattro anni di duro lavoro riuscì, a determinare la struttura precisa della molecola di penicillina nel 1946. Questa grande scoperta aprì la strada alle successive ricerche sulla sintesi delle penicilline. Vanno ricordati, di questa originale ricercatrice, anche la risoluzione della struttura della vitamina B 12 e la determinazione, nel 1969, della struttura dell'insulina.
Furono poi Florey e Chain i primi ad ottenere la penicillina in forma pura. I loro lavori sull'antibiotico vennero pubblicati per la prima volta nel 1940 e poi in un libro Antibiotics nel 1949. Il metodo adottato per ottenere il composto chimico puro consistette nel coltivare la muffa in uno speciale liquido nutritivo ed estrarre la penicillina, sotto forma di acido, con dei solventi organici anziché con acqua, dove essa, come già accennato, sembrava perdere i suoi poteri antibatterici. Quindi la penicillina si purificò attraverso un processo di ripartizione tra solventi organici diversi, all'inizio associata a diverse forme di cromatografia, scoperte alcuni anni prima da A.J. Martin e Synge. La purificazione fu, quindi, dal punto di vista chimico un processo decisamente delicato dato che la sostanza perdeva la sua attività in soluzioni estremamente acide o alcaline ed era facilmente alterabile dai metalli pesanti .Infatti, le cause dell'insuccesso di precedenti tentativi di purificazione da parte di altri scienziati erano proprio state la forte instabilità delle sue molecole in molti solventi e soprattutto la facilità della sostanza a perdere la sua attività antibatterica.
Il fatto di essere riusciti a purificare la penicillina rappresentò un grande passo avanti per i suoi utilizzi terapeutici, reso ancora più importante dal momento che la guerra in corso richiedeva grandi quantitativi di antibiotici per curare molteplici infezioni. Il suo uso iniziale sui pazienti fu accompagnato da numerosi effetti secondari tanto da suscitare dei dubbi sui suoi utilizzi come antibiotico. In realtà si scoprì che tali effetti non erano altro che la conseguenza di alcune impurità, ancora presenti nella sostanza, che scomparivano con una sufficiente purificazione.
Molti risultati dei lavori compiuti negli anni trenta e quaranta in Gran Bretagna e negli Stati Uniti, furono pubblicati solo al termine della guerra, a causa delle restrizioni date dai governi dei due Paesi. Gli scienziati inglesi, infatti, avevano formato un comitato, consistente di rappresentanti di diversi gruppi di ricerca, e datarono progressivamente gli scritti sulle varie scoperte circa la penicillina, definiti come serie "PEN". Questi invece di essere normalmente pubblicati furono spediti alla segreteria del comitato stesso. Verso la fine del 1943 il Medical Research Council prese il controllo dei lavori sull'antibiotico e diede origine al Comitato per la sintesi della penicillina che rimpiazzò quello precedente. Gli scienziati americani comunicavano, invece, i loro risultati al Committee on Medical Research of the Office of Scientific Research and Developement. A mano a mano che le ricerche procedevano diventava però sempre più evidente che sarebbe stata necessaria una collaborazione tra Stati Uniti e Gran Bretagna dato che una conclusione favorevole delle ricerche avrebbe avuto esiti positivi anche sul piano bellico. Iniziò, quindi, un periodo di intensa collaborazione tra i comitati di ricerca dei due paesi che durò dal 1943 al 1945.
Florey, visto la difficoltà finanziaria della Gran Bretagna per continuare a sovvenzionare gli studi e cercare di aumentare la produzione di penicillina, fu mandato nei laboratori del Dipartimento dell'Agricoltura a Peoria nell'Illinois, presso il Centro di Ricerca Regionale del Nord, per continuare le sue ricerche. In questo periodo i laboratori americani avevano già cominciato ad investigare la produzione di penicillina in colture in superficie e a Peonia la produzione industriale dell'antibiotico divenne un progetto governativo di alta priorità. Le industrie furono fornite di ceppi e sistemi di fermentazione e come terreno di coltura si utilizzò sempre di più un insieme di amido idrolizzato, lattosio e acqua di macerazione del mais; Kluyver e Perquin dimostrarono che era possibile coltivare muffe in colture sommerse e i laboratori di Peonia adottarono questo metodo per la crescita del Penicillium. In questi laboratori si riuscì a isolare anche un nuovo ceppo di Penicillium (Penicillium chrysogenum) che si rivelò più adatto in seguito per la produzione industriale riguardo alla quale si cercarono di ottimizzare i metodi di produzione in modo da incrementare i quantitativi prodotti. In stretta collaborazione università e laboratori privati risolsero i maggiori problemi legati alla fermentazione a al disegno dei fermentatori. La collaborazione tra Stati Uniti e Gran Bretagna incrementò anche le loro potenzialità mediche e portò verso ricerche ancora attuali su nuovi tipi di antibiotici.
Nel periodo postbellico le industrie del campo (Merck, Lederle, Hoffmann-La Roche, Glaxo) ebbero notevoli vantaggi dagli sforzi e dalle ricerche fatte durante il secondo conflitto mondiale. Un caso particolare fu rappresentato dalla Koninklinke Nederlandsche Gisten Spriritusfabriek (industria olandese) che prima della guerra produceva solo alcool, lieviti, vitamine e che durante il conflitto vide la sua attività di ricerca ridotta al minimo anche perché molti dei suoi ricercatori si dedicarono alla pianificazione di attività postbelliche. Nel 1943 questi scienziati vennero a conoscenza che una "medicina" di nome penicillina era stata scoperta; dopo aver capito che essa aveva a che fare con la muffa Penicillium cominciarono subito ad interessarsi e a cercare le pubblicazioni di Fleming. Avendo accesso ai ceppi della muffa, che erano stati depositati da Fleming in precedenza al Central Bureau Voor Schimmelcultures a Baarn in Olanda, cominciarono immediatamente ricerche segrete sulla penicillina, senza avere alcun beneficio dalle ricerche che stavano circolando all'estero e riuscirono presto a isolare l'antibiotico in forma pura. La quantità ottenuta fu sufficiente a curare molti pazienti con successo. Nell'inverno del 1944 acquistarono una fiala di penicillina dagli alleati, con il contenuto della quale i ricercatori olandesi provarono che avevano effettivamente isolato la penicillina e non un altro antibiotico. Negli anni successivi al secondo conflitto mondiale ulteriori sforzi furono fatti per quanto riguardava la produzione di nuovi tipi di penicillina operando sul tipo di ceppo batterico, studiando il ruolo degli enzimi che intervengono nel processo di sintesi dell'antibiotico e intervenendo sul processo biosintetico vero e proprio.
http://www.minerva.unito.it/Storia/Penicil...ina.html#Storia
. -
musica74 .
User deleted
Grazie mille .
La storia della penicillina |
