LA PENICILLINA E ALTRI
una incompatibilità tra una specie e l’altra e che talvolta le colture batteriche vanno incontro a distruzione per opera di muffe o di altri microrganismi. I due scienziati nota-no che il bacillo del carbonchio si sviluppa rapidamente se immesso in urine sterili, mentre, se nelle urine è presente un’altra spe-cie batterica, non si sviluppa (effetto batterio-statico) o va incontro a distruzione (effetto battericida).
Uno degli allievi di Pasteur introduce la paro-la ‘antibiosi’ per indicare l’azione di un orga-nismo diretta a distruggere la vita di un altro:
la vita distrugge la vita.
Nel contesto di queste osservazioni scientifi-che si verifica una delle scoperte più fortuna-te e preziose nella storia della scienza: quella della penicillina.
La scoperta ufficiale di questo antibiotico viene attribuita a Fleming, che nel 1928, sette anni prima della scoperta dei sulfamidi-ci, nota che una muffa che aveva
contamina-that more than thirty years before Fleming, i.e. in 1893-1895, a doctor of the Italian Navy, Vincenzo Tiberio, postulated the hypothesis – supported by the results of experimental research he carried out – that some moulds release substances, which are able to inhibit the development of bacteria.
This young physician understood the power of destruction of moulds on the bacteria and documented them in a study.
He established the connection between the intestinal troubles that affected his neighbours in Arzano (Naples) and the removal of green moulds from the walls of a well just before those troubles appeared.
In other words, he correlated the use of water – previously ‘good’ and potable – taken from the well where moulds had been removed, with the appearance of intestinal infections, which were sometimes serious, and ascertained the reduction of enterocolitis when moulds came back on the well walls.
Drugs utilized in the 20th century
Coltura di Penicillium notatum in capsula di Petri
Culture of Penicillium notatum in Petri dish
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Tiberio understood that there was a cause and effect relation between the two phenomena and formulated the assumption, then supported by the results of experimental researches he carried out, that moulds release substances that are able to inhibit
the development of bacteria.
In January 1895, Tiberio published an article titled Sugli estratti di alcune muffe (‘About the extracts of moulds’) on the «Annali di Igiene Sperimentale», reporting the results of his researches. His conclusion was straightforward: «In the cellular substance of moulds analysed, there are ingredients soluble in water, provided with bactericidal action». Through reasoning and not by accident, he discovered the existence of an antibiotic activity in a specific mould.
It is interesting to observe, or rather focus on, the fact that from a mould, so once again from the plant kingdom, it is possible to obtain a product of significant therapeutic importance.
No importance was given to Vincenzo Tiberio’s discovery. His conclusions about the
antibacterial power of moulds were considered as a coincidence and his experimental work was filed in the Library of the Health Institute of the Royal University of Naples.
To explain the missed transition of Tiberio’s discovery to a new treatment, at that time there was no appropriate way of thinking to understand the importance of Tiberio’s observation and open new research perspectives. This was due to the lack of scientific knowledge in the domain of microbiology, biochemistry, and pharmacology.
Therefore, the discovery by this young doctor fell into oblivion and the name of Vincenzo Tiberio is still unknown to the general public.
In 1947, the file of the «Annali di Igiene FARMACI IMPIEGATI NEL XX SECOLO
to una delle sue colture produceva la distru-zione dei batteri. È stato tuttavia accertato che più di trenta anni prima di Fleming, vale a dire negli anni 1893-1895, un medico della Marina italiana, Vincenzo Tiberio, formula l’ipotesi, avvalorata poi dai risultati di ricer-che sperimentali da lui condotte, ricer-che alcuni muffe liberano sostanze capaci di inibire lo sviluppo dei batteri.
Questo giovane medico intuisce, e documen-ta in uno studio, il potere di distruzione sui batteri da parte delle muffe. Mette in relazio-ne i disturbi intestinali che colpiscono i suoi vicini di casa ad Arzano (Napoli) con l’asportazione da un pozzo delle muffe verdi che ne ricoprono le pareti. In altre parole, egli correla l’utilizzo dell’acqua prelevata dal pozzo ripulito dalle muffe, in precedenza
‘buona’ e potabile, con la comparsa d’infezioni intestinali, talvolta gravi, e accer-ta la diminuzione delle manifesaccer-tazioni ente-rocolitiche in concomitanza al ricomparire delle muffe sulle pareti del pozzo. Tiberio ha l’intuizione che tra i due fenomeni esista un rapporto di causa ed effetto e formula l’ipotesi, avvalorata poi dai risultati di ricerche sperimentali da lui condotte, che alcuni muffe liberano sostanze capaci di inibire lo sviluppo dei batteri.
Nel gennaio 1895, Tiberio pubblica sugli
«Annali di Igiene Sperimentale» un lavoro dal titolo Sugli estratti di alcune muffe, che ripor-Vincenzo Tiberio nel suo
laboratorio
Vincenzo Tiberio in his laboratory
Il frontespizio della rivista su cui fu pubblicato, nel 1895, lo studio di Vincenzo Tiberio Sugli estratti di alcune muffe Cover page of the magazine where the study On the exstracts of some moulds by Vincenzo Tiberio was published in 1895
ta i risultati delle sue ricerche. La sua conclu-sione è lapidaria: «Nella sostanza cellulare delle muffe esaminate sono presenti dei prin-cipi solubili in acqua, forniti di azione batte-ricida». Egli scopre dunque, per ragionamen-to e non per caso, l’esistenza di un’attività antibiotica in una ben definita muffa. È inte-ressante osservare, o meglio richiamare l’attenzione, sul fatto che da una muffa, vale a dire ancora una volta da un organismo appartenente al regno vegetale, si ottenga un prodotto di notevole importanza terapeutica.
Alla scoperta di Vincenzo Tiberio non viene data alcuna importanza. Le sue conclusioni sul potere antibatterico delle muffe sono con-side-rate una coincidenza e il lavoro sperimentale viene archiviato nella Biblioteca dell’Istituto di Igiene della Regia Università di Napoli. A spie-gazione del mancato passaggio dalla scoperta di Tiberio a una novità terapeutica, si deve ricor-dare che in quegli anni non esisteva, per caren-za di conoscenze scientifiche nel campo della microbiologia, della biochimica e della farma-cologia, un modo di pensare adatto a compren-dere l’importanza dell’osservazione di Tiberio e ad aprire nuove prospettive di ricerca.
La scoperta di questo giovane medico cade quindi nell’oblio, e ancora oggi il nome di
Sperimentale» containing Tiberio’s report was discovered in the Archives of the Istituto di Igiene of the University of Naples and it was reprinted in 1955.
Alexander Fleming, unlike Tiberio, discovered penicillin by accident, because a Petri dish inoculated with staphylococci had been contaminated by a mould. A mould had cleaned, or rather ‘lysed’, the bacteria around it; normal colonies of staphylococci could be found just at a certain distance from the mould. By cultivating that mould on a liquid cultural medium, Fleming realised that the mould, or more precisely its filtered cultural medium, killed or anyhow prevented the development of many human pathogenic germs. Fleming called that filtrate, i.e. the active ingredient of the liquid cultural medium, ‘penicillin’, as the mould belongs to the Penicillium genus. This shows that it does not have any toxic effect for animal body, or hinders organic defences.
In 1929, Fleming published an article on the «British Journal of Experimental Pathology». His researches obtained little success among medical doctors
and microbiologists; neglected also due to the enthusiasm for the discovery
Drugs utilized in the 20th century
Alexander Fleming FARMACI PAT DEF_ok:22 8-11-2011 14:50 Pagina 193
of sulphonamides, which began being used for treatment at the time.
Fleming tried for many years to isolate the substance having the antibacterial property he identified, but he failed.
The results of clinical trials on infected wounds to test the therapeutic effectiveness of penicillin cultural medium filtrates were not encouraging, because of the instability of the raw compound and low penicillin concentrations, as it is now clear.
The identification of poor stability as concerns filtrate activity led Fleming to assume that large scale production was not possible.
Other attempts to isolate penicillin were also soon abandoned, due to both inappropriate assessment of the potential importance of the discovery, and the existing difficulties in preparing appropriate quantities of material. However, some microbiologists used the cultural medium filtrate as ‘sterilising’ agent of the culture tools, where microorganisms were grown.
Ten years later, Ernst Chain and Howard Florey, two researchers working at the Oxford University, transformed that simple bacteriological curiosity into a historically important drug. The two researchers understood the antibacterial properties of the cultural medium of Penicillium notatum, developed special extraction techniques, and were able to obtain a purified, stable, and very active product on many microorganisms.
In 1938, Chain and Florey isolated a sample of penicillin obtained from Penicillium notatum mould and were able for the first time to produce and extract a sufficient quantity of raw but rather concentrated active substance, so that they could perform pharmacological and toxicological experiments on rats and other laboratory animals.
In May 1940, a raw penicillin preparation administered subcutaneously was able to protect rats from haemolytic streptococcus infections.
In 1941, the first clinical trial was performed.
The first patient – probably a policeman from London who was affected by mixed staphylococcus and streptococcus bacteraemia – had a rapid and significant improvement, but died when the treatment stopped, due to the depletion of the available quantity of penicillin. This first clinical response clearly showed that this substance is a powerful FARMACI IMPIEGATI NEL XX SECOLO
Vincenzo Tiberio è sconosciuto ai più. Solo nel 1947 viene scoperto, nell’Archivio del-l’Istituto di Igiene dell’Università di Napoli, il fascicolo degli «Annali di Igiene Sperimen-tale» contenente la relazione di Tiberio e nel 1955 si provvede a ristamparlo.
Alexander Fleming, contrariamente a Tiberio, scopre la penicillina casualmente, per inquina-mento da parte di una muffa di una capsula di Petri inoculata con stafilococchi. Una muffa aveva ripulito, o meglio ‘lisato’, i batteri che si trovavano nelle sue immediate vicinanze; solo a una certa distanza dalla muffa erano presen-ti normali colonie di stafilococchi. Colpresen-tivando questa muffa su un terreno liquido, Fleming si accorge che la muffa, o più esattamente il suo terreno di coltura filtrato, uccide o comunque impedisce lo sviluppo di molti germi patogeni per l’uomo. Fleming chiama questo filtrato, vale a dire il principio attivo del brodo, ‘peni-cillina’ in quanto la muffa appartiene al gene-re Penicillium, e dimostra che esso non possie-de alcun potere tossico per l’organismo animale, né ostacola le difese organiche.
Nel 1929 Fleming pubblica un articolo sul
«British Journal of Experimental Pathology»;
queste sue ricerche riscuotono scarso successo sia presso i medici sia presso i microbiologi;
esse vengono trascurate anche per l’entusiasmo suscitato dall’avvento dei sulfamidici che pro-prio in quegli anni cominciano ad essere impiegati in terapia.
La capsula di Petri con la coltura di penicillina e stafilococco, utilizzata da Fleming Petri dish with penicillin and staphylococcus culture, used by Fleming
Fleming tenta per molti anni di isolare la sostanza dotata dell’attività antibatterica da lui riscontrata, senza però riuscire allo scopo. I risultati di prove cliniche su ferite infette per testare l’efficacia terapeutica dei filtrati di brodo di coltura della penicillina non sono incoraggianti, a causa, come ormai appare chia-ro, sia dell’instabilità del composto grezzo, sia delle basse concentrazioni presenti di penicilli-na. L’accertamento di una scarsa stabilità per quanto riguarda l’attività del filtrato porta Fle-ming a concludere che la produzione su larga scala non sia possibile. Anche altri diversi ten-tativi per isolare la penicillina vengono presto abbandonati, sia per una inadeguata valutazio-ne della potenziale importanza della scoperta, sia per le difficoltà esistenti nel preparare ade-guate quantità di materiale. È singolare però che alcuni microbiologi usino il filtrato del brodo come agente ‘sterilizzante’ dei mezzi di coltura dove far crescere i microrganismi.
A trasformare quella che sembrava essere una semplice curiosità batteriologica in un farma-co di importanza storica sono, dieci anni più tardi, Ernst Chain e Howard Florey, due ricer-catori che lavorano all’Università di Oxford.
antibacterial agent, with an incredible therapeutic potential.
After the outbrake of the Second World War, penicillin preparation on large scale was difficult; however, at the same time, it was understood that it could be an extraordinary tool to reduce morbidity and mortality of fighting soldiers through infections. Great Britain involvement in the war meant the country could not produce penicillin on large scale.
Therefore, they asked for support
from the American government to continue their researches and increase production.
In the USA, a great interest began for this drug, for its therapeutic importance in medicine and for possible repercussions on the infections of soldiers involved in the war. Several research programmes were promoted and financially supported;
a new fermentation method was developed;
and other Penicillium strains, which were capable of producing larger quantities of penicillin, were isolated. Apparently, one of the best strains was obtained from the culture of a mould isolated
Drugs utilized in the 20th century
Ernst Chain FARMACI PAT DEF_ok:22 8-11-2011 14:50 Pagina 195
in a melon bought in a fruit and vegetable market. It was found that the Penicillium chrysogenum was a source of larger penicillin quantity than the ‘original’ Fleming’s Penicillium notatum.
It was also possible to develop important purification processes; within a short time, penicillin was transformed from
a raw product, such as the one that can be obtained in a laboratory, into a pure industrially produced preparation.
In fact, large quantities of antibiotic were required to treat several infections due to the War. In 1943, the Army Health Service FARMACI IMPIEGATI NEL XX SECOLO
Resisi conto delle proprietà antibatteriche presenti nel liquido di coltura del Penicillium notatum, i due studiosi sviluppano particolari tecniche estrattive e riescono a ottenere un prodotto purificato, stabile, attivissimo su moltissimi microorganismi.
Nel 1938, Chain e Florey isolano un cam-pione di penicillina derivato dalla muffa Peni-cillium notatum, e riescono per la prima volta a produrre e a estrarre una quantità sufficiente di sostanza attiva, grezza ma abbastanza con-centrata, così da poter effettuare esperimenti di tipo farmacologico e tossicologico su topi e altri animali da laboratorio. Nel maggio del 1940 una preparazione grezza di penicillina, somministrata per via sottocutanea, risulta capace di proteggere i topi dalle infezioni da streptococchi emolitici.
Nel 1941 viene effettuata la prima sperimenta-zione clinica. II primo paziente – sembra un poliziotto londinese affetto da batteriemia mista stafilococcica e streptococcica – ha un rapido e significativo miglioramento, ma muore quando il trattamento si interrompe per esaurimento della quantità disponibile di penicillina. Questa prima risposta clinica rende chiaro che questa sostanza è un potente agente antibatterico, con un incredibile potenziale terapeutico.
Pubblicità della penicillina negli anni Quaranta
Advertisement of penicillin, 1940s
Manifesto propagandistico della penicillina durante la seconda guerra mondiale Advertising poster of penicillin during the Second World War
Intanto è scoppiata la seconda guerra mondia-le e la preparazione su larga scala della penicil-lina risulta difficile; contemporaneamente, tuttavia, si capisce che essa potrebbe rappre-sentare un mezzo eccezionale per ridurre la morbilità e la mortalità delle infezioni dei sol-dati in guerra. Gli inglesi, impegnati nei com-battimenti e sotto bombardamento, sono nel-l’impossibilità di produrre penicillina su larga scala; chiedono dunque l’attenzione e la colla-borazione del governo americano per prose-guire le ricerche e incrementare la produzio-ne. Negli USA si genera un grande interesse per questo farmaco, sia per la sua importanza terapeutica in medicina sia anche per le possi-bili ripercussioni sulle infezioni dei soldati in guerra. Vengono promossi e incentivati nume-rosi programmi di ricerca, viene messo a punto un nuovo un nuovo metodo di fermen-tazione, vengono isolati altri ceppi di Penicil-lium, capaci di produrre quantità più elevate di penicillina. Sembra che uno dei migliori ceppi sia ricavato dalla coltura di una muffa isolata in un melone acquistato in un merca-to ormerca-tofrutticolo. Si appura che il Penicillium chrysogenum rappresenta una fonte più ricca di penicillina che non l’‘originale’ Penicillium no-tatum di Fleming.
authorised the use of the antibiotic in a military hospital and penicillin was soon used by all military health services.
The ineffectiveness of penicillin in the treatment of infections caused by gram-negative bacteria, unlike the activity against gram-positive bacteria, was
the main incentive for the research of new antimicrobial drugs.
Streptomycin
Streptomycin was the second antibiotic being discovered. Stimulated by the discovery of penicillin, Waksman and his staff identified streptomycin, produced from a Streptomyces griseus strain, in 1943, in a framework of studies specifically aimed at discovering new antibacterial substances.
This powerful second antibiotic, belonging to the aminoglycoside family, was considerably active against the pathogen of tuberculosis and, importantly, against many other microorganisms and several penicillin-resistant infections.
Streptomycin was introduced in treatment in 1947. At that time, tuberculosis was a real social scourge and a specific treatment
Drugs utilized in the 20th century
Produzione su larga scala di penicillina negli Stati Uniti nel 1944
Large scale production of penicillin in the United States, 1944 FARMACI PAT DEF_ok:22 8-11-2011 14:50 Pagina 197
was found. A specific adverse effect
of streptomycin is its ototoxicity, which appears mostly after long treatments
and with progressive hearing reduction, up to complete deafness. Streptomycin is now limitedly used; it is used as second or third drug in treatment of tuberculosis and when no alternative drugs for specific infections are available or exist.
Cephalosporin
In 1948, Giuseppe Brotzu, Director of the Istituto di Igiene of the University of Cagliari (Italy), discovered and isolated a mushroom, Cephalosporium acremonium, from a mould he found in a sewage pipe discharging into the sea on the coast of Sardinia. It was discovered that the culture filtrates of this mushroom had antibiotic properties.
The circumstances of the discovery of the mould are interesting. It is said that Brotzu
was walking on the dock of the harbour of his town and saw that the wastewater discharged from the sewage formed a putrid spot spreading for about three hundred metres into the sea. The sea water was dirty near the sewage discharge pipe and became FARMACI IMPIEGATI NEL XX SECOLO
Si riesce inoltre a mettere a punto importan-ti processi di purificazione; in tempi brevi la penicillina si trasforma da prodotto grezzo, come quello ottenibile in un laboratorio, in un preparato, prodotto industrialmente allo stato puro. Come accennato, infatti, la guer-ra in corso richiede gguer-randi quantitativi di antibiotico per curare molteplici infezioni.
Nel 1943 il Servizio Sanitario dell’Esercito autorizza l’impiego dell’antibiotico in un Ospedale militare e ben presto la penicillina viene usata da tutti i servizi sanitari militari.
D’altra parte, l’inefficacia della penicillina nel trattamento delle infezioni dovute a bat-teri gram-negativi, a differenza dell’attività verso i batteri gram-positivi, è stato lo stimo-lo principale per la ricerca di nuovi farmaci antimicrobici.
La streptomicina
La streptomicina è stato il secondo antibioti-co a essere santibioti-coperto. Stimolati dalla santibioti-coperta della penicillina, Waksman e i suoi collabo-ratori individuano nel 1943, nell’ambito di studi indirizzati specificatamente alla scoper-ta di nuove sosscoper-tanze antibatteriche, la strep-tomicina, prodotta da un ceppo di Strepto-myices griseus.
Gruppo di studio sulla penicillina all’Università di Oxford nel 1944 Penicillin study team at the University of Oxford, 1944
LA TUBERCOLOSI
Tra il XIX e la prima metà del XX secolo la tubercolosi (TBC) o tisi o
‘mal sottile’ (come era chiamata per la lenta azione debilitante sull’organismo), ha costituito un enorme problema. La tubercolosi colpiva ogni classe sociale ed era un flagello devastante, onnipresente e misterioso. Gli ammalati si spegnevano lentamente con febbricole e fuoruscite, sempre più frequenti, di sangue dalla bocca (emottisi). A volte la malattia sembrava arrestarsi, ma poi si ripresentavano emorragie improvvise e il morbo rapidamente uccideva.
Scriveva Pietro Favari nel 1930, ne Il medico di se stesso: «La tubercolosi è una forma prodotta da un bacillo speciale sparso da per tutto, che tutti respiriamo, abbiamo nella bocca; ma che agisce solo quando cattive condizioni igieniche, strapazzi, lavori eccessivi, malattie esaurienti diminuiscono i poteri difensivi dell’organismo e gli aprono la strada per penetrare nel sangue e pullulare nei visceri [...] Giacché, se bastasse il contatto col bacillo tubercolare, questo è così diffuso per ogni dove, che tutti dovrebbero esserne contagiati. Perché io, che le sono sempre in mezzo, non prendo la tisi? Perchè sono robusto, perchè la mia mucosa bronchiale sana le oppone una barriera insuperabile. Ma supponete un po’ ch’io sia un bronchitico abituale, o un deteriorato dalla pleurite, o uno scrofoloso, o un meschino esaurito da un lavoro improbo! Io non sarò più resistente, il nemico che sempre ci circonda penetrerà in me, s’impadronirà del mio corpo. La guerra quindi alla tubercolosi non si fa con specifici che finora non esistono [...] né coll’ostracismo ai poveri tisici che è veramente indegno d’una società progredita. Ma si fa promovendo nel popolo tutte quelle pratiche di pulizia, igiene, cura del proprio corpo, cura dell’ambiente in cui si vive. La tubercolosi polmonare, che è la più frequente, è sempre curabile. Ma è guaribile solo nel suo primo periodo.
La cura non sta in un farmaco, ma nel sanatorio».