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Dr.
Guillermo
Acuña L. FACP
Infectólogo
Clínica Las Condes
Es curioso saber que la observación sobre la
actividad antibacteriana del Penicillum fue
hecha en primer lugar por un físico y no por
un microbiólogo o médico.
En
1875, el físico inglés John Tyndall
(1), trataba de conocer si las bacterias estaban
dispersas
en el aire en forma regular o agrupadas en pequeñas
nubes o congregaciones. Para esto colocaba un gran
número de tubos de ensayo con caldo de cultivo
en una determinada área. Si las bacterias estaban
dispersas en forma regular todos los tubos debieran
mostrar desarrollo, en caso contrario solo algunos
tendrían desarrollo y los otros se mantendrían
limpios.
El resultado de este experimento fue que no todos
los tubos presentaban desarrollo, pero lo más
interesante es que algunos de ellos mostraban en la
superficie, el desarrollo de Penicillum, y que
"una
batalla se desarrollaba entre las bacterias y el
hongo,
siendo siempre este último el vencedor, las
bacterias muertas formaban un sedimento en los
tubos
contaminados con el hongo ".
La pregunta de por qué esta observación
publicada en 1876, en Philosophical Transaction
of the Royal Society, no lo llevó más
allá, se explica porque fue hecha siete años
antes que Robert Koch probara que las bacterias
podían
producir enfermedad (1882).

Sir
Alexander Fleming. |
El
nacimiento oficial y reconocido de la
Penicilina
se da en septiembre de 1928, por Alexander
Fleming.
Este médico nacido en 1881 en Lochfield,
Escocia, destacó en su juventud no sólo
por su inteligencia sino que por sus
cualidades
de deportista, las que le permitieron obtener
una Beca en la Universidad de Londres en
donde
él eligió el Hospital Saint Mary,
para su práctica médica y donde
permaneció hasta 1955, tres meses antes
de su muerte. |
Su
trabajo se desarrolló en el "Departamento
de lnoculaciones" de dicho hospital, y su labor
profesional la dedicó a las inyecciones de
Salvarsan a pacientes de sífilis en
Londres.
A
diferencia de Tyndall, quien exponía sus tubos
con caldo a la atmósfera por varias horas,
Fleming, sólo abrió su placa por algunos
segundos para sembrar Staphylococcus aureus.
Esta breve exposición debiera haber sido muy
breve para una contaminación por Penicillum,
salvo que existiera en la atmósfera una gran
carga de ellos. Aquí comienzan una serie de
elementos que el azar unió. En el piso de abajo
del Laboratorio de Fleming, un micólogo estaba
cultivando Penicillum notatum, por lo que al
no existir forma de evitar que las esporas llegaran
a la atmósfera, estas livianas partículas
inundaban el ambiente del laboratorio de Fleming.
Dado que Fleming salía a vacaciones por dos
semanas, en vez de poner las placas en el incubador
a 37°C, los dejó a temperatura ambiente.
El Staphylococcus se desarrolla
extraordinariamente
bien a 37°C, y si ese hubiese sido el caso,
probablemente
no se habría desarrollado el Penicillum;
pero a las bajas temperaturas ambientales de
Londres,
el desarrollo de la bacteria es lento y por el
contrario
el hongo se desarrolla sin problemas a temperatura
ambiente.
A
su regreso, encuentra entonces la ahora famosa
placa
con el cultivo de Staphylococcus contaminada
con Penicillum, cuyas colonias producían
una amplia zona de inhibición del crecimiento
de la bacteria.

Placa
original de Fleming. |
A
diferencia de Tyndall, Fleming decidió
investigar este fenómeno, y es este uno
de los puntos más rescatables de su
descubrimiento;
en vez de descartar una placa que aparecía
contaminada y que podría haberlo ofuscado,
fue capaz de ver que ahí había
algo notable e interesante que merecía
una mayor investigación.
Son
muchos los elementos del azar que permitieron
el descubrimiento y luego el desarrollo de la
Penicilina, pero siempre el azar requiere el
reconocimiento de la persona que tiene la
suerte
de enfrentarse a estos
eventos. |
Mencionaremos
algunos de los eventos que milagrosamente se
conjugaron
para que este maravilloso descubrimiento tuviera
lugar:
* |
Si
en vez de Staphylococcus, Fleming
hubiese
estado estudiando una bacilo Gram negativo,
probablemente
el efecto inhibitorio no se había
producido. |
* |
Ya
mencionamos la casualidad que significó
la contaminación en los escasos segundos
en que la placa estuvo expuesta al ambiente.
|
* |
Por
otra parte también fue importante que el
hongo y la bacteria fueran sembrados casi al
unísono,
si el Staphylococcus hubiese estado
creciendo
con fuerza algunas horas antes, probablemente
el hongo no hubiese tenido posibilidad de
desarrollo. |
* |
También
mencionamos el hecho de la incubación
a temperatura ambiente en vez de la estufa,
lo que permitió el desarrollo del
Penicillum,
y más aún, justo en el momento
que Fleming sale de vacaciones, la ola de
calor
que azotaba a Londres cambió, y bajó
lo suficiente para dar la óptima temperatura
de desarrollo al hongo. |
* |
Posteriormente
se pudo demostrar que el Penicillum que
contaminó la placa de Fleming era una variante
del Penicillum notatum, y solo esa
variedad
es productora de la Penicilina. |
El
siguiente paso de Fleming fue probar la actividad
inhibitoria del hongo sobre diferentes cepas
bacterianas.
Esto que actualmente parece tan lógico y fácil,
requirió en ese momento del desarrollo de una
técnica especial, en la cual haciendo una hendidura
al agar, introducía en su interior el cultivo
del hongo sembrando la bacteria a estudiar en el
resto
de la placa. Fleming ya conocía entre las
propiedades
de la penicilina, su capacidad de difundir, de modo
que las cepas sensibles no se desarrollaban en las
cercanías de la hendidura con el Penicillum.
Con este sistema Fleming pudo demostrar actividad
sobre variedades de Staphylococcus,
neumococo,
otros estreptococos, meningococo, y gonococo. A su
vez mostró falta de actividad sobre bacilos
(4).
Es
muy curioso, pero Fleming, quien era considerado el
más destacado terapeuta de sífilis en
Gran Bretaña, no consideró la posibilidad
de usar Penicilina en el tratamiento de la lues.
Fleming
buscó otras variedades de Penicillum
productoras de Penicilina, pero no encontró
ninguna. Inyectó conejos y ratas, encontrando
que no era tóxica. Incluso usó la sustancia
para irrigar un ojo, un seno maxilar y una pierna
amputada con infección con Streptococcus.
El resultado fue sorprendente en el ojo y el seno
maxilar no así en la herida de la
amputación.
Después
de esto Fleming deja de investigar la Penicilina,
¿por qué?; probablemente por su incapacidad
de concebir la idea de utilizar el producto en
forma
sistémica. Desgraciadamente al inyectar la
droga al conejo o rata, no inoculó simultáneamente
una bacteria que hubiese producido la muerte del
animal
a no ser por el efecto antimicrobiano. Su visión
de la Penicilina era más bien de un producto
de uso tópico y él lo comparaba al efecto
del ácido carbólico.
Otra
razón para la falta de continuidad en su
investigación,
fue la pérdida rápida de actividad del
preparado, lo que no pudo solucionar por no contar
con la ayuda de un químico experto, como los
que posteriormente prepararon la penicilina
localizada.
Sin
embargo, como todos sabemos, la historia de la
Penicilina,
afortunadamente, no quedó ahí. Un joven
bacteriólogo, habiendo leído la publicación
de Fleming, se interesó en su hallazgo y le
solicitó cepas de su Penicillium,
produciendo
él mismo Penicilina, la cual utilizó
para el tratamiento de varios niños con infecciones
oculares, con milagrosos resultados. Algunos de
estos
niños tenían infección por gonococo,
por lo que hubieran perdido la visión si no
se los hubiera tratado. El bacteriólogo, muy
entusiasmado y excitado le reportó los resultados
al Dr. Howard Florey, profesor de Patología
de la Universidad de Shieffield. Sin embargo, no
fue
hasta varios años después que Florey
emprendió la tarea de producir penicilina en
cantidades. Hasta el momento nadie había planteado
su uso sistémico.
En
1935, Gerhard Domagk, demostró que el uso de
Prontosil inyectado, curaba las infecciones
sistémicas
estreptocócicas. La publicación de este
hallazgo llevó al Dr. George Dryer, profesor
de Patología de Oxford, quien conocía
la publicación de Fleming, a reanudar la
investigación
en Penicilina. El Dr. Dryer era un experto en
bacteriófagos,
y él pensaba que la Penicilina era un virus,
por lo que solicitó a Fleming cepa de su
Penicillium,
para hacer la investigación. El resultado fue
que no demostró virus, por lo que dejó
de interesarle el Penicillium.
Afortunadamente
no lo eliminó sino que permitió que
una de sus ayudantes, la Srta. Campbell Renton, lo
mantuviera en cultivos. Al fallecer el Dr. Dryer,
su puesto fue ocupado por el Dr. Howard Walter
Florey.

Dr.
Howard Florey. |

Dr.
Ernst Boris Chain.
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Ernst
Boris Chain, un talentoso bioquímico y músico,
huyó de Alemania y de los nazis, llegando a
la Universidad de Londres, luego se trasladó
a Cambridge y cuando estaba decidido a ir a
Australia,
Florey lo convenció de unirse a su equipo en
Oxford. Aquí Chain se encontró con Campbell-Renton,
quien en ese momento y fruto nuevamente del azar,
estaba transportando un frasco con el
Penicillium.
Chain conocía de las propiedades antibacterianas
de su extracto, y se alegró mucho de saber
que en el laboratorio tenían cepas de este
hongo.
Chain
propuso a Florey investigar las características
bioquímicas de la Penicilina, de lo cual no
se conocía ningún detalle. Florey apoyó
entusiastamente la idea. Se toparon con el problema
de que en 1939, no habían fondos disponibles
para investigación científica. Recurrieron
entonces a la fundación Rockefeller, la cual
estaba interesada en proyectos bioquímicos,
pero no de aplicación práctica inmediata
o proyectos médicos propiamente tales.
Con
estas indicaciones Chain y Florey se enfrascaron en
una investigación que no tenía el propósito
de desarrollar un antibiótico útil para
la guerra que se estaba librando, sino más
bien un estudio bioquímico básico, que
demostrara que ciertos microorganismos eran capaces
de producir, secretar o elaborar enzimas
antibacterianas.
Chain
manifestó posteriormente que su encuentro fortuito
con Campbell-Renton y el cultivo del hongo, los
llevó
a investigar Penicilina, en ese momento no tenían
idea dónde los llevaría su investigación.
Prontamente
Chain descubrió que la Penicilina no era una
enzima sino que una molécula simple. Esto produjo
un gran desencanto, y probablemente hubiere
significado
el fin de la investigación sino es por la
extraordinaria
inestabilidad de dicha molécula, que motivó
la curiosidad de Chain. Chain logró estabilizarla
al congelarla y producir un polvo que era veinte
veces
más potente que cualquier sulfa y "estable
". Luego vinieron las pruebas de seguridad.
Sorprendentemente altas dosis del producto en
animales
de laboratorio no producían efectos tóxicos
apreciables.
Chain
comunicó sus hallazgos a Florey. Ambos se
encontraban
perplejos, parecía demasiado bueno para ser
realidad. Florey repitió los experimentos de
Chain, corroborando que estaban bien. Florey, notó
además que la orina de las ratas que recibían
la penicilina se ponía color café claro,
lo que pudieron identificar como Penicilina que
había
pasado por los riñones sin modificaciones,
manteniendo su actividad.
El
significado de este hallazgo, era que la penicilina
se distribuía por los fluidos corporales, y
que por lo tanto era planteable su uso sistémico.
La excitación en Oxford era increíble.
Tan grande que motivó un hecho absolutamente
inusual, que Florey iniciara un experimento en un
día sábado. Florey hizo lo que Fleming
no realizó, inyectó dosis letales de
Streptococcus a ocho ratas, cuatro de ellas
recibieron Penicilina. Las ratas tratadas
sobrevivieron,
las no tratadas murieron. Este pequeño experimento
en ocho animales, es el cimiento del desarrollo de
los antimicrobianos.
A
continuación del experimento piloto, el equipo
desarrolló experimentos de seguridad y efectividad
del producto sobre distintos microorganismos. El
resultado
de estos experimentos fue publicado en Lancet, 24
de agosto de 1940 (5).
El
compromiso con la fundación Rockefeller debió
suspenderse. La guerra producía una gran mortalidad
de soldados, muchos de ellos por complicaciones de
infecciones de heridas, las cuales pudieran ser
tratadas
con Penicilina, lo que requeriría producción
en grandes cantidades. Faltaba, sin embargo, la
prueba
en humanos. El primer paciente elegido por Florey
fue un paciente con un cáncer terminal. Se
le administró por vía endovenosa, dado
que sabían de la
inestabilidad de la Penicilina frente al ácido
gástrico. Sin embargo, el paciente presentó
fiebre y calofríos. El producto tenía
impurezas que pudieran ser tóxicas. En forma
muy rápida lograron purificar el producto,
mediante un proceso bastante complejo, lo que hacía
que la producción del producto se hiciera muy
lenta. Lograron mejorar el sistema de cultivos, lo
que requería que las botellas de cultivo debían
ser rotadas en forma frecuente. No había mano
de obra masculina disponible, lo que llevó
a que manos femeninas, haciendo turnos de día
y noche, rotaran las botellas de cultivo, lo que
permitió
incrementar la producción.
En
el intertanto la experimentación en humanos
se había reactivado. Las pruebas de seguridad
se realizaron en el mismo equipo de Oxford, sin
mayores
problemas. Se le solicitó a Florey ayuda para
tratar a un policía con septicemia. La respuesta
clínica fue extraordinaria, pero se requerían
grandes cantidades del producto y rápidamente
las reservas se agotarón. Lo que significó
que el policía volvió a agravarse y
falleció. Esto decidió a Florey a no
tratar a nadie hasta no tener una cantidad
suficiente
del producto.
Esto
motivó tratar pacientes pequeños, niños,
y con gran éxito, todos los niños se
recuperaron a excepción de uno que tenía
un trombo infectado en la base del cráneo,
lo que llevó a un aneurisma micótico
de la carótida, que se rompió y motivó
la muerte del paciente. La autopsia demostró
que la penicilina había logrado curar la infección.
El resultado de estas pruebas fue publicado en
agosto
de 1945. Chain quiso patentar la penicilina, pero
Florey se opuso argumentando que no era
ético.
La
industria farmacéutica inglesa en general no
se interesó en el desarrollo de la producción
industrial del producto a excepción de Imperial
Chemical Industries, ICI, actualmente AstraZeneca.
La
producción por ICI, permitió tratar
otros quince pacientes por vía endovenosa y
172 en forma tópica. Midiendo los niveles
plasmáticos
y resultados clínicos se planteó las
dosis terapéuticas útiles.
En
1942, Fleming visitó a Florey y Chain en Oxford,
quedando impresionado por los resultados. Solicitó
a Florey algo del producto para tratar el mismo
algunos
pacientes. El resultado de su propia experiencia lo
sorprendió a él mismo, motivándolo
a solicitar ayuda del gobierno para la producción
de Penicilina.
El
gobierno inglés, enfrascado en la guerra, decidió
no tener una gran planta productora sino que varias
pequeñas plantas, lo que evitaría la
eventual destrucción de la planta por bombardeos
alemanes. Los frascos usados para cultivar el hongo
incluían botellas de leche y otros elementos
domésticos.
La
colaboración entre los científicos ingleses
y norteamericanos fue estrecha. De hecho el primer
paciente tratado con Penicilina EV no fue inglés,
sino que se realizó en el Hospital Columbia
Presbyterian de Nueva York. El grupo del Dr. Martín
Henry Dawson, usando cepas de Penicillium notatum
obtenidas en Oxford, produjo Penicilina, y cinco
semanas
después de que el primer paper fuera publicado
en 1940, iniciaron el tratamiento de pacientes.
Florey
viajó a USA con el propósito de estimular
la producción industrial de penicilina. Los
americanos propusieron la fermentación en
profundidad
para mejorar la producción de Penicilina. La
gran contribución americana fue la del desarrollo
de un sistema de fermentación y crecimiento
del hongo que hicieron posible la producción
a nivel industrial de la Penicilina. Laboratorios
americanos e ingleses, compartieron los derechos de
patente de la Penicilina y su forma de producción.
Fleming, Florey y Chain obtuvieron el Nobel de
Medicina
en 1945, por su gran descubrimiento. En 1955
Fleming
recibió uno de los más altos honores
británicos. Fue enterrado en la Catedral de
Saint Paul en Londres.
Bibliografía
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in relation to the phenomena of putrefaction and
infection.
Philosophical Transactions of the Royal Society
1876;
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D Wilson. In search of Penicillin: New York, 1976,
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3.
R Hare. The Birth of Penicillin and the Disarming
of Microbes. 1970: George Alden and Unwin, editors,
capítulos 3 y 4.
4.
A Fleming. "On the Antibacterial Action of Cultures
of Penicillium, with Special Reference to their use
in Silation of H influenzae". British Journal
of Experimental Pathology 1929; 10:
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5.
E Chain et al. Penicillin as a Chemotherapeutic
agent.
Lancet 1940; 2: 226.
6.
EP Abraham et al. Further observations on
Penicillin.
Lancet 1941; 2:177.
7.
M Friedman and GW Friedland. Alexander Fleming and
antibiotics. Medicine's 10 Greatest Discoveries.
Yale
University Press, 1998. Capítulo 9.
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