Batteri, chimica e altro (parte II)

Nota: si ricorda che le opinioni espresse in questo blog non sono da ascrivere alla SCI o alla redazione ma al solo autore del testo.

a cura di Gianfranco Scorrano, già Presidente della SCI

la prima parte di questo post è stata pubblicata qui

Il 3 settembre 1928, al ritorno dalle vacanze estive Fleming ritrovò il cumulo di capsule petri che aveva lasciato alla partenza: ma una di queste aveva un aspetto strano. Il fungo messo a reagire aveva distrutto tutta la parte circostante di stafilococci; stranamente, altri stafilococci più lontani apparivano non toccati. Fleming crebbe la muffa in una cultura pura e notò che produceva una sostanza che uccideva un vasto numero di batteri causa di varie malattie. Identificò la muffa come appartenente al genus Penicillium e dopo un po’ assegnò alla sostanza trovata il nome di penicillina (7 marzo 1929).

batteri21

Per molti anni, purtroppo non ci fu un grande interesse per questo ritrovato. Finchè Florey, dal 1936 direttore del Sir William Dunn School of Patology a Oxford non decise di costituire una squadra di ricercatori giovani ed abili e non assunse tra gli altri Ernest B.Chain. Dopo uno studio sul lisozima, Florey e Chain affrontarono il problema della penicillina: capirne la struttura, prepararne quantità robuste per una adeguata sperimentazione, magari sintetizzarla. Tutte imprese molto ragguardevoli.

Del gruppo ci interessa in particolare, per ragioni che vedremo tra poco, Chain, il terzo della foto che

batteri22

riunisce i primi tre (assegnatari del Premio Nobel per la Fisiologia o Medicina del 1945) da sinistra: Fleming, Florey, Chain con il collaboratore Hathley.

Nato nel 1906 a Berlino ove seguì gli studi per ottenere, seguendo il padre che era un chimico industriale, la laurea in chimica dalla Università Frederich-Wilhelm (Berlino) nel 1930. Dopo aver lavorato 3 anni nell’ospedale Charite Hospital di Berlino, nel 1933 emigrò in Inghilterra, dove sperimentò i problemi dell’esule con non molte risorse. Nel 1935 fu invitato alla università di Oxford e nell’anno successivo venne nominato dimostratore e lettore di patologia chimica nella Sir William Dunn Scool of Patology. Ma di cosa si interessò in maniera specifica? Qui ci viene in aiuto il sito del premio Nobel ( http://www.nobelprize.org/ ) dove oltre alle notizie biografiche dei vincitori, sono anche riportate le Nobel lectures presentate dai medesimi a Stoccolma. Quella di Chain, datata 20 marzo 1946, è intitolata :”The chemical structure of the penicillins” un lavoro certamente da chimico descritto in qualche dettaglio nelle 44 pagine del lavoro. Si apprende così che, come atteso, l’impresa aveva coinvolto, a Oxford, un gruppo di ricercatori inglesi piccolo all’inizio (Florey, Chain, Abraham, Baker (e il non citato Hathley), allargatosi successivamente ai chimici di altre università inglesi (Robinson, per esempio) e di aziende chimiche (Glaxo, Burroughs Wellcome, Imperial Chemical Industries) oltre a circa 200 ricercatori universitari e industriali degli Stati Uniti che hanno anche contribuito al lavoro di ricerca: Chain si qualifica come il rappresentante del gruppo iniziale.

Il lavoro presentato è un puro lavoro di chimica organica destinato a risolvere il problema della struttura della molecola penicillina: con le tecniche e le conoscenze, ovviamente disponibili ai tempi degli anni 1942-46. Ad esempio, per la penicillamina, un prodotto di degradazione della penicillina, vennero proposte due strutture (giusta la prima):

batteri27

La scelta sarebbe oggi semplicissima essendo sufficiente uno spettro NMR per differenziare le due strutture (il gruppo di-metilico nel primo composto appare come singoletto, mentre nel composto di destra il gruppo etilico terminale è un tripletto-quadrupletto sdoppiati dall’accoppiamento con il CH) . Siamo però negli anni 40, l’NMR non esiste ed allora bisogna tornare ai vari metodi chimici (la difficoltà di ossidare il gruppo gem-dimetilico della formula di sinistra) e provvedere poi alla sintesi del composto per verificarne la uguaglianza con quello ottenuto per decomposizione della penicillina (lo schema di sintesi è anche descritto).

Tutta la lettura della relazione di Chain è interessante e ci fa vedere un chimico in azione in questa impresa che si conclude con la polemica sulla struttura della penicillina correttamente proposta da Chain e Abraham benché avversata da Robinson e finalmente confermata della struttura con i raggi X da parte della chimica strutturista  Dorothy Crowfoot Hodgkin. Nata nel 1910 al Cairo, a 18 anni cominciò gli studi in chimica all’Università di Oxford, proseguì con il PhD a Cambridge ritornò poi a Oxford dove nel 1936 fu nominata fellow e tutor in chimica posizioni che tenne fino al 1977. Strutturista, usò i raggi X per definire la struttura di: uno steroide (colesteril ioduro,1945) penicillina (1945, pubblicata nel 1949), vitamina B12 (1955) insulina (cominciata nel 1934, definita nel 1969). Nel 1964 le fu attribuito il premio Nobel per la chimica.

batteri24

Dorothy Crowfoot Hodgkin

Dunque la struttura della penicillina è quella di un beta lattame, mai prima trovata per un composto naturale ma che è la struttura poi capace di legarsi alla superficie dei batteri, aprendo l’anello a 4 atomi, e distruggere così le cellule batteriche.

batteri25

La penicillina entrò subito nell’uso ospedaliero per la protezione delle infezioni e servì a salvare innumerevoli vite umane; entrò anche, come capostipite dei farmaci antibiotici, nella fantasia popolare tanto che il servizio farmaceutico nazionale si è recentemente premurato di raccomandare l’uso degli antibiotici solo quando necessari, senza abusi che possono poi favorire l’insorgere nei batteri di β-lattamasi, cioè enzimi che catalizzano l’idrolisi dell’anello lattamico e quindi la distruzione dell’antibiotico.

batteri26

One thought on “Batteri, chimica e altro (parte II)

  1. Alexander Fleming non fu il primo nella storia a utilizzare l’attività farmacologica delle muffe e, in particolare, della penicillina .

    È noto che nelle civiltà remote come quelle degli antichi Greci e degli antichi Cinesi s’impiegavano preparati a base di muffe. Ancora oggi, in Serbia e in Grecia la medicina tradizionale prevede l’impiego di simili medicamenti a base di muffa del pane e, in Russia, s’adopera persino la terra calda.

    Nel 1640, John Parkington, erborista del Re, in un suo libro di farmacologia, sostenne l’utilità dell’impiego della muffa a scopi curativi.
    Sir John Scott Burdon-Sanderson, dello St. Mary’s Hospital, nel 1870 osservò che colture liquide coperte con la muffa non producevano batteri.

    Joseph Lister, un chirurgo inglese e padre della moderna antisepsi, spinto dalle scoperte di Burdon-Sandersons, nel 1871 scoprì che in campioni di urina contaminati con la muffa, non crescevano batteri. Egli descrisse anche l’azione antibatterica esercitata sui tessuti umani da una muffa che chiamò Penicillium Glaucum.

    William Roberts osservò nel 1874 che le colture di questo penicillium non venivano contaminate dai batteri. Anche John Tyndall proseguendo il lavoro di Burdon-Sanderson’s dimostrò nel 1875 alla Royal Society l’azione antibatterica del Penicillium 1875.

    Louis Pasteur and Jules Francois Joubert, nel 1877, osservarono che le colture di Bacillus antrax erano inibite dalla presenza delle muffe. Sembra che sempre Pasteur avesse identificato già ai suoi tempi il Penicillium notatum. Nel 1887, Carl Garré trovò risultati simili.

    Anche gli italiani Gustavo Gasperini, Bartolomeo Gosio e Vincenzo Tiberio fecero importanti osservazioni sull’azione antimicrobica delle muffe. In particolare quest’ultimo, molisano di Sepino, quando era ancora un giovane laureando in medicina, aveva intuito il potere degli antibiotici trentatré anni prima di Fleming. In uno scarno, incolore libretto del 1895 conservato per più di un secolo negli archivi della Università di Napoli si legge:
    “Appare chiaro che nella sostanza cellulare delle muffe esaminate sono contenuti dei principi solubili in acqua forniti di azione battericida”.

    Al centro del cortile dell’antica abitazione in Arzano dove viveva, c’era un pozzo che forniva acqua per gli usi domestici. Osservò che gli abitanti della casa erano colti da infezioni intestinali ogni volta che il pozzo veniva ripulito delle muffe. Quando la muffa tornava a formarsi, i disturbi degli abitanti cessavano. Tiberio, prelevò alcuni campioni del miracoloso liquido e parlò della sua scoperta in facoltà dove, però, suscitò solo ostilità e diffidenza tanto che solo dopo che ebbe conseguito la laurea gli fu consentito di accedere al laboratorio di igiene – diretto dal professor Vincenzo De Giaxa – per eseguire gli studi necessari. Inoltre poté pubblicare le sue scoperte solo nel 1895, cinque anni dopo la sua scoperta. Nessuno credeva che le osservazioni di Tiberio potessero aprire nuovi orizzonti terapeutici e lo stesso scopritore accettò l’archiviazione silenziosa senza proteste.

    Ernest Duchesne presso l’ École du Service de Santé Militaire di Lyons, indipendentemente dai suoi predecessori, scoprì le proprietà curative del Penicillium glaucum e pubblicò una dissertazione nel 1897 che fu però ignorata dall’Istituto Pasteur di Parigi. L’idea gli era venuta osservando uno stalliere arabo che usava la muffa per curare i cavalli pensando che, per una qualche ragione, essa proteggesse gli animali.

    Nel 1920’s, Andre Gratia and Sara Dath in Belgio, osservarono che una loro coltura di Staphylococcus aureus era inibita da una muffa del genere Penicillium e riportarono le loro osservazioni in un articolo che però passò inosservato. Nel 1923 in Costa Rica, Clodomiro Picado Twight, uno scienziato dell’Istituto Pasteur, riportò l’effetto antibiotico del Penicillium nel 1923.

    Un cordiale saluto
    Poeta Paccati Giuseppe

Lascia un commento

Inserisci i tuoi dati qui sotto o clicca su un'icona per effettuare l'accesso:

Logo WordPress.com

Stai commentando usando il tuo account WordPress.com. Chiudi sessione / Modifica )

Foto Twitter

Stai commentando usando il tuo account Twitter. Chiudi sessione / Modifica )

Foto di Facebook

Stai commentando usando il tuo account Facebook. Chiudi sessione / Modifica )

Google+ photo

Stai commentando usando il tuo account Google+. Chiudi sessione / Modifica )

Connessione a %s...