No hay mal que por bien no venga (1ª parte)

Cualquiera que en estos días, haya escuchado un boletín informativo o leído un periódico, sabrá que se cumple el 70º aniversario de la Segunda Guerra Mundial. Ese desgraciado acontecimiento histórico demostró que una de las cosas que mejor sabemos hacer los seres humanos es aniquilar a nuestros semejantes con una eficiencia asombrosa. Pero como reza el título, no todo fue malo. El conflicto aceleró la investigación en un aspecto tecnológico que supuso uno de los mayores cambios de la salud pública mundial. Se trata de la producción en masa de antibióticos.

En 1928 Fleming descubrió la capacidad del hongo Penicillium de producir una sustancia que mataba a las bacterias y que bautizó con el nombre de penicilina. Sin embargo, la capacidad antimicrobiana de dicho compuesto parecía estar destinada a convertirse en una nota al pie de página de los libros de microbiología, pues su purificación era un proceso laborioso y extremadamente caro. De hecho, el propio Fleming abandonó dicha línea de investigación. El testigo lo retomó el científico australiano Howard Florey, junto con sus colegas Ernst Boris Chain (*) y Norman Heatley.

Howard Florey y Ernst Boris Chain

Lo curioso es que ni Florey ni Chain abordaron el problema de la purificación de la penicilina como una forma de producir un agente terapéutico que salvara vidas humanas. Ellos mismos reconocieron que se trató de una cuestión puramente científica. Una de las primeras dificultades con la que se encontraron fue responder a una sencilla pregunta: - ¿Qué era la penicilina?- Fleming había utilizado el término para referirse al caldo con propiedades antibacterianas sobre el cual había crecido Penicillium. Pero no se sabía si era un sólo compuesto o una mezcla de sustancias. Inicialmente pensaron que la penicilina era algo parecido a la lisozima, otro descubrimiento de Fleming. Ambas perdían su capacidad antibacteriana cuando eran tratadas con éter. Decidieron repartirse la tarea de forma que Florey se encargaría de estudiar las propiedades biológicas, mientras que Chain se ocuparía de las propiedades químicas.

Chain se llevó una decepción cuando realizó sus primeros experimentos. La penicilina no era una proteína como la lisozima, sino que era una sustancia de bajo peso molecular capaz de difundir a través de membranas de celofán. Pero en lugar de desanimarse porque su hipótesis inicial había sido errónea, Chain se vio animado por el nuevo problema: caracterizar una sustancia completamente desconocida con un alto potencial antibacteriano pero de gran inestabilidad química.

Norman Heatley

Lo siguiente que realizaron fue determinar en que rango de pH era estable la penicilina. Se encontraron con que era activa entre valores de pH de 5 a 8. Más ácido o más alcalino y el compuesto precipitaba. Pero Heatley encontró que era posible reactivar gran parte de la penicilina si el pH volvía a ser neutro. Esta observación les permitió desarrollar una primera etapa de concentración y es la base del proceso actual de purificación de penicilina. Las soluciones conteniendo penicilina se acidificaban, lo que producía una precipitación de la sustancia. Luego eran redisueltas en una solución a menor volumen a pH neutro. Mediante una posterior liofilización, obtenían un polvillo blanco con capacidad antimicrobiana.

Uno de los matraces del grupo de Florey en los que puede observarse el precipitado seco que contiene penicilina (Fuente: Museo de la Ciencia de la Universidad de Oxford)

El 25 de mayo de 1940, un día antes de la evacuación de Dunkerke, Florey realizó el experimento que demostró que la penicilina podía ser un poderoso agente terapéutico. A las 11 de la mañana, inoculó a ocho ratones una dosis letal de un cultivo de Streptococcus haemolyticus (ahora lo conocemos por S. pyogenes). Cuatro de ellos fueron tratados con penicilina, los otros con suero fisiológico como control. Heatley, era el más joven del grupo (el becario, vamos), así que le tocó seguir el experimento por la noche. A las 3:45 de la madrugada, tras 16 horas y media, Heatley encontró que los cuatro ratones control habían muerto, mientras que los otros cuatro se mantenían sanos. El 24 de agosto de ese año, en plena Batalla de Inglaterra, apareció un artículo en Lancet describiendo dicho experimento.

Una de las cuñas urinarias usadas por el grupo de Florey para crecer el hongo Penicillium en superficie (Fuente: Museo de la Ciencia de la Universidad de Oxford)

El grupo comprendió que debía probar la penicilina en seres humanos. Claro que un ser humano es 3.000 veces más grande que un ratón. Ahora el problema era ¿Cómo conseguir suficiente caldo conteniendo penicilina? La solución se basó en una experiencia previa. Durante la Primera Guerra Mundial se desarrolló la técnica de cultivo en superficie para el moho Aspergillus niger para producir ácido cítrico. Así que se hizo lo mismo para Penicillium. Pero al estar en tiempos de guerra había racionamiento de materiales por lo que no podían encontrar recipientes de un material adecuado que aguantara un proceso de esterilización. Hatley encontró la solución. Uso cuñas urinarias de cerámica pues no había escasez de ellas debido a la guerra (posteriormente modificó el diseño). Las cuñas se llenaba con un caldo de cultivo y se inoculaba el hongo. Éste crecía en la superficie de dicho caldo y la penicilina se iba acumulando en el medio. Desgraciadamente, la penicilina no se producía en las mismas cantidades que las del ácido cítrico. Las cantidades obtenidas eran mínimas. En febrero de 1941, mientras el general Rommel ponía el pie en África, se realizó el primer tratamiento de un ser humano con penicilina. Para ello se utilizó todo el stock que existía Reino Unido, y éste era de menos de medio gramo pobremente purificado, (una cantidad normal en cualquier píldora actual). La penicilina que se le inyectó al paciente se volvía a purificar de la orina para volver a ser reutilizada. A pesar de todos esos esfuerzos, el paciente murió un mes después tras ser agotado todo el medicamento disponible. Aún quedaba un largo camino por recorrer.

Mejora del diseño de los frascos para el crecimiento de Penicillium en superficie (Fuente: Museo de la Ciencia de la Universidad de Oxford)

(*) Ernst Boris Chain era un químico alemán de origen judío que abandonó su país en 1933, año en el que Hitler llegó al poder. Fue uno de los muchos científicos que abandonaron la Alemania nazi y que se fueron a trabajar a los países aliados. Por ello son conocidos como "El regalo de Hitler".

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