La penicillina

In breve

Nel 1928 Alexander Fleming osserva per caso, in un laboratorio londinese, una muffa che uccide i batteri su una piastra dimenticata: è la scoperta della penicillina, ma resta per un decennio una curiosità di laboratorio. Solo tra il 1938 e il 1941 un gruppo di Oxford guidato da Howard Florey ed Ernst Boris Chain la purifica, la testa su animali e su un paziente umano, e ne dimostra il potenziale terapeutico. La guerra trasforma quella dimostrazione in produzione industriale: entro il D-Day del 1944 la penicillina è disponibile per le truppe alleate, e nel 1945 Fleming, Florey e Chain condividono il premio Nobel per la medicina. Comincia così l’era degli antibiotici.

Contesto

All’inizio del Novecento un’infezione batterica banale — un taglio infetto, una polmonite, la setticemia puerperale — poteva uccidere in pochi giorni, e lo faceva regolarmente: non esisteva alcuna sostanza capace di colpire i batteri all’interno di un corpo vivente senza avvelenare anche il paziente. La chirurgia progrediva, ma ogni intervento restava un’esposizione al rischio di infezione post-operatoria contro cui la medicina non aveva difese sistemiche. Qualche arma parziale esisteva — il Salvarsan di Paul Ehrlich contro la sifilide dal 1910, i sulfamidici che Gerhard Domagk avrebbe introdotto proprio negli anni Trenta — ma nessuna sostanza ad ampio spettro, capace di agire contro famiglie diverse di batteri, era mai stata isolata.

Il terreno su cui matura la scoperta di Fleming è quello della batteriologia britannica del primo dopoguerra: laboratori come quello di St Mary’s Hospital a Londra, dove Fleming lavora dal 1906, studiano sistematicamente le sostanze antibatteriche prodotte da organismi viventi. Fleming stesso aveva già individuato nel 1922 il lisozima, un enzima antibatterico presente nelle secrezioni corporee, dimostrando che esistono composti naturali capaci di distruggere i batteri. È in questo clima di attenzione — e in un laboratorio abitualmente disordinato, secondo la fama che lo stesso Fleming coltivò — che nell’estate del 1928 si consuma l’episodio all’origine di tutto.

Svolgimento

Nel settembre 1928, tornando da una vacanza, Fleming trova sul suo bancone una piastra di coltura di stafilococchi lasciata aperta, contaminata da una muffa che aveva già colonizzato l’aria del laboratorio sottostante — probabilmente proveniente da un laboratorio di micologia al piano di sotto. Attorno alla colonia di muffa, identificata come Penicillium notatum (oggi riclassificata come Penicillium rubens), un alone trasparente segnala che i batteri circostanti sono stati distrutti. Fleming intuisce che la muffa produce una sostanza battericida, che battezza “penicillina” in un articolo pubblicato nel 1929 sul British Journal of Experimental Pathology.

Fleming continua a studiarne le proprietà per qualche tempo, ma incontra un ostacolo tecnico decisivo: non riesce a isolare e stabilizzare il principio attivo in forma pura e sufficientemente concentrata da poterlo somministrare come farmaco. La sostanza si degrada rapidamente, e produrla in quantità utili con le tecniche disponibili appare proibitivo. Fleming pubblica, segnala l’osservazione ad altri ricercatori, ma smette progressivamente di lavorarci: per circa un decennio la penicillina resta una nota a margine della letteratura batteriologica, citata ma non sviluppata.

La svolta arriva a Oxford. Nel 1938 Howard Florey, patologo australiano a capo del Sir William Dunn School of Pathology, ed Ernst Boris Chain, biochimico ebreo tedesco emigrato in Gran Bretagna, riprendono in mano gli studi sulle sostanze antibatteriche di origine microbica, e tra questi la penicillina di Fleming. Chain, insieme al chimico Norman Heatley — figura spesso sottovalutata ma essenziale per le soluzioni tecniche di estrazione e purificazione — mette a punto un metodo per isolare la penicillina in forma sufficientemente pura e stabile. Nel maggio 1940 il gruppo dimostra su topi infettati con streptococchi che la penicillina somministrata protegge gli animali trattati mentre i controlli non trattati muoiono: è la prova sperimentale che mancava.

Il primo test su un essere umano avviene nel febbraio 1941: il paziente, un poliziotto di Oxford di nome Albert Alexander, gravemente settico per un graffio infetto, migliora nettamente dopo la somministrazione, ma le scorte di penicillina — prodotte in condizioni artigianali, con vasche da bagno e bottiglie di latte riadattate a fermentatori nel laboratorio di Oxford — si esauriscono prima che la cura sia completa, e il paziente muore per la ricaduta dell’infezione. L’episodio dimostra però in modo inequivocabile l’efficacia della sostanza, e pone il problema successivo: come produrla su scala sufficiente.

Con il Regno Unito impegnato nello sforzo bellico e privo di capacità industriale disponibile, Florey si rivolge nel 1941 agli Stati Uniti. La collaborazione anglo-americana, coordinata anche attraverso il Northern Regional Research Laboratory di Peoria, in Illinois, individua ceppi di Penicillium più produttivi e mette a punto tecniche di fermentazione in profondità che moltiplicano le rese. Aziende farmaceutiche statunitensi — Pfizer, Merck, Squibb tra le altre — convertono impianti alla produzione di massa. Il programma è talmente prioritario da essere trattato come segreto militare: quando le truppe alleate sbarcano in Normandia il 6 giugno 1944, la penicillina è disponibile in quantità sufficienti a curare i feriti sui campi di battaglia, riducendo in modo drastico le morti per infezione post-traumatica rispetto alla Prima guerra mondiale.

Il riconoscimento pubblico arriva nel 1945, quando il premio Nobel per la fisiologia o la medicina viene assegnato congiuntamente ad Alexander Fleming, Howard Florey ed Ernst Boris Chain “per la scoperta della penicillina e del suo effetto curativo in varie malattie infettive”.

Conseguenze

Nell’immediato dopoguerra la penicillina passa dall’uso militare a quello civile, e i prezzi crollano rapidamente man mano che la produzione si espande: un farmaco che nel 1943 era razionato e riservato ai soldati diventa entro pochi anni ampiamente disponibile nei paesi industrializzati. Malattie che fino ad allora erano spesso mortali — polmonite batterica, sifilide, scarlattina, molte infezioni post-chirurgiche e ostetriche — diventano curabili in modo affidabile, e la mortalità per infezione batterica scende in modo drastico nei decenni successivi.

Sul piano più ampio, il successo della penicillina inaugura la ricerca sistematica di antibiotici da microrganismi del suolo, che porta rapidamente alla scoperta della streptomicina (1943) e di molte altre classi di farmaci negli anni Quaranta e Cinquanta, oltre a consolidare un modello — cooperazione tra università, industria farmaceutica e governo, sperimentato su larga scala proprio nel programma bellico anglo-americano — che diventerà lo standard per lo sviluppo dei farmaci moderni. La chirurgia, l’ostetricia e la terapia intensiva si trasformano, perché interventi prima rischiosissimi per il pericolo di infezione diventano procedure di routine.

L’uso massiccio e spesso non necessario della penicillina e dei suoi successori genera però, già a partire dagli anni Quaranta, il problema opposto: lo stesso Fleming, nel discorso di accettazione del Nobel nel 1945, avverte che un uso scorretto — dosi insufficienti che non eliminano completamente i batteri — può selezionare ceppi resistenti. È un avvertimento profetico: la resistenza agli antibiotici, oggi una delle principali minacce sanitarie globali, ha in quella intuizione una delle sue prime formulazioni pubbliche.

Nel frattempo altrove

• 1896Adua — Africa
• 1923Dopo gli ottomani — Medio Oriente
• 1925Il jazz e la musica registrata — Americhe
• 1929La grande depressione — Americhe
• 1930La marcia del sale — Asia meridionale
• 1931La Manciuria — Asia orientale
• 1946I test nucleari nel Pacifico — Oceania

Come lo sappiamo

L’episodio della piastra contaminata è documentato dallo stesso Fleming nel suo articolo del 1929 sul British Journal of Experimental Pathology, e ricostruito nei dettagli materiali — la piastra dimenticata, la finestra aperta, la muffa proveniente probabilmente da un piano inferiore — da biografie successive basate su interviste ai collaboratori e sui taccuini di laboratorio conservati, in parte, al museo Alexander Fleming Laboratory di St Mary’s Hospital a Londra. Il lavoro del gruppo di Oxford è documentato dai quaderni di laboratorio di Florey, Chain e Heatley, oggi conservati principalmente negli archivi della Bodleian Library e del Royal Society di Londra, oltre che dalle pubblicazioni scientifiche del gruppo su The Lancet tra il 1940 e il 1941.

Resta dibattuto, e probabilmente non risolvibile con certezza, il dettaglio esatto di come la muffa sia arrivata a contaminare la piastra di Fleming: le ricostruzioni successive (compresa quella di Ronald Hare, che tentò di riprodurre le condizioni originarie) concordano sulla plausibilità generale dell’episodio ma non su ogni particolare atmosferico o di temperatura che lo avrebbe reso possibile. È inoltre oggetto di discussione storiografica quanto il ruolo di Fleming sia stato enfatizzato a scapito di quello di Florey, Chain e soprattutto Heatley — che il Nobel non riconobbe e che alcuni storici della scienza, tra cui Macfarlane e Bud, considerano ingiustamente trascurato nella narrazione pubblica, orientata a preferire la storia del genio solitario a quella, più complessa, del lavoro di squadra industriale e accademico che rese la scoperta un farmaco.

Approfondimenti

• Eric Lax, The Mold in Dr. Florey’s Coat: The Story of the Penicillin Miracle, Henry Holt and Company, 2004.
• Gwyn Macfarlane, Alexander Fleming: The Man and the Myth, Chatto & Windus, 1984.
• Robert Bud, Penicillin: Triumph and Tragedy, Oxford University Press, 2007.
• Kevin Brown, Penicillin Man: Alexander Fleming and the Antibiotic Revolution, Sutton Publishing, 2004.