Penicillina: da Fleming al sequenziamento post congelazione

Nel 1928, Alexander Fleming medico-biologo e Premio nobel per la Medicina, scoprì casualmente la Penicillina dalla muffa di un fungo, dopo aver notato dalla coltura, come questi aveva dissolto interamente le colonie di batteri. Quest'oggi, a distanza di 92 anni un team di ricercatori per la prima volta ha deciso di effettuare il sequenziamento di questa muffa, la stessa congelata da Fleming. Lo scopo è di poter individuare i geni per combattere nuovi super batteri.

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La scoperta della Penicillina, da parte di Alexander Fleming nel 1928, avvenne in modo casuale, quando lo stesso notò come una muffa aveva contaminato una delle sue capsule di Petri. Il biologo, molto probabilmente, ancora non sapeva l’impatto di grande intensità che la sua scoperta avrebbe portato per il declino di molte malattie del XX secolo. Ma soprattutto che la stessa, avrebbe cambiato il corso della medicina moderna, portando alla messa in atto, di antibiotici fondamentali alla sopravvivenza dell’uomo.
Il medico-biologo e farmacologo scozzese, aveva identificato nel lontano 1922 l’enzima lisozima, e nel 1945, dopo aver sperimentato a lungo il processo antibatterico dovuto alla penicillina, vinse il Premio Nobel per la Medicina.
Il Lisozima, come altre situazioni analoghe a Fleming, fu scoperto casualmente. Molti giorni dopo aver messo il suo stesso muco nasale in una capsula di Petri (un recipiente piatto di forma rotonda in vetro o plastica, usato in biologia per la crescita di colture cellulari) notò come le cellule dei microbi si erano sviluppate su tutta la piastra, tranne che sulla sua secrezione.
L’intuizione: le secrezioni avevano una qualche funzione antibatterica! L’esperimento continuò su muco e saliva e riuscì a intuire che la caratteristica principale era dovuta ad un enzima, che <<lisava>> (dissolvere – dal greco) certi microbi. Da qui il nome Lisozima.
Non c’era dubbio per il biologo che questo enzima era un antisettico naturale e che si ripresentava in molti tessuti umani. E fungeva appunto da antibatterico.
Il Lisozima però fu devastante per batteri innocui e privo di efficacia su quelli patogeni. Poi nel 1928, la svolta: in una capsula di Petri, macchiata come altre di muffa, Fleming osservò accuratamente come le colonie batteriche erano sparite, dissolte. Indagando scoprì che la muffa era prodotta da un genere di fungo dai risvolti in campo agroalimentare, chiamato Penicillium di cui ne esistono specie diverse.

Dalla congelazione, sequenziata la muffa di Alexander Fleming, che portò alla scoperta della Penicillina

Ecco il perché del nome. La Penicillina, quindi, fa parte degli antibiotici beta-lattamici isolati da prodotti del metabolismo di alcune specie di Penicillium. Nella fattispecie il Penicillium notatum oggi noto come Penicillium chrysogenum.
Ora gli scienziati hanno riattivato la muffa originale, precedentemente congelata, della penicillina di Fleming e ne hanno sequenziato il genoma per la prima volta. Gli stessi rilevano che le informazioni che hanno raccolto, potrebbero aiutare nella lotta contro la resistenza agli antibiotici.
Dopo tutto questo tempo trascorso nel congelatore, la muffa è ricresciuta abbastanza facilmente. Adesso, basta staccarla da quel tubo e metterla su una piastra di Petri e via“; ha dichiarato Tim Barraclough, professore del Dipartimento di Scienze della Vita dell’Imperial College di Londra e del Dipartimento di Zoologia dell’Università di Oxford.
Ci siamo resi conto, con nostra sorpresa, che nessuno aveva sequenziato il genoma di questo Penicillium originale, nonostante il suo significato storico per il campo“.
Fleming scoprì la penicillina nel 1928 mentre lavorava alla St. Mary’s Hospital Medical School, che oggi fa parte dell’Imperial College di Londra.
L’equipe ha ricreato la penicillina originale di Fleming proprio da un campione congelato e conservato presso la collezione di colture del CABI; che ospita 30.000 ceppi di microrganismi, e ne ha estratto il DNA per il sequenziamento.
La muffa era stata conservata in un congelatore lì dal 1945.
Non è la prima volta che la muffa viene rigenerata. Infatti, nel 2019, il fungo Penicillium cresciuto dal ceppo originale è stato portato in Cina e in India per un tour educativo mondiale.

Battaglia contro i super batteri

Il team ha utilizzato le informazioni genetiche per confrontare la muffa di Fleming con due ceppi di Penicillium degli Stati Uniti che vengono utilizzati per produrre l’antibiotico su scala industriale.
Hanno esaminato due tipi di geni: quelli che codificano gli enzimi che il fungo usa per produrre penicillina; e quelli che regolano gli enzimi, per esempio controllando quanti enzimi vengono prodotti.
Lo studio è stato pubblicato giovedì sulla rivista Scientific Reports.
Barraclough ha detto di essere alla ricerca di differenze che si sono evolute naturalmente nel tempo e che avrebbero fatto luce su come la produzione di antibiotici, potrebbe essere modificata per aiutare nella battaglia contro i super-batteri.
Potrebbe darci qualche suggerimento su come cercare di migliorare il nostro uso o la progettazione di antibiotici per combattere i batteri“; sottolinea l’autore.
Molti sforzi sono stati fatti per cercare intere nuove classi di antibiotici. Ma poi, quando ognuno di questi viene messo in uso, dopo un periodo di cinque o dieci anni si crea una  resistenza antibiotica“. Aggiunge Barraclough.
Il suo team stava “osservando le variazioni più sottili all’interno di una classe di antibiotici e come questo potrebbe variare in natura e se possiamo usare queste differenze per affrontare questi batteri“.
Fleming inizialmente ha faticato a identificare l’esatto ceppo del fungo che ha creato il cerchio senza batteri nella sua piastra di Petri; e nel corso degli anni, diverse specie di Penicillium sono state identificate come produttrici di penicillina.

Conclusioni

Durante gli anni ’30 e ’40, gli scienziati nel Regno Unito e negli Stati Uniti hanno valutato molti ceppi diversi, per vedere se qualcuno poteva essere usato per produrre grandi quantità di penicillina; in effetti, il farmaco ha salvato migliaia di soldati e civili feriti durante la seconda guerra mondiale.
Nel corso della sua vita, Fleming si rese conto che la sua scoperta poteva essere messa in pericolo dalla resistenza agli antibiotici, e avvisò del pericolo durante la sua conferenza per il Nobel nel 1945.
Arriverà il momento in cui la penicillina potrà essere acquistata da chiunque nei negozi“. Disse all’epoca il Medico. “Poi c’è il pericolo che l’uomo ignorante possa facilmente sotto dosarsi e, esponendo i suoi microbi a quantità non letali del farmaco, renderli resistenti“.
Si prevede che la resistenza ai farmaci provocherà 10 milioni di morti all’anno entro il 2050, quando i batteri supereranno in astuzia i nostri farmaci più sofisticati.

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