Penicilina

A penicilina é uma substância produzida por bolores do género Penicillium que mata muitos tipos de bactérias ao impedi-las de construir a sua parede celular. Alexander Fleming reparou nela em 1928, e uma equipa de Oxford fez dela, durante a Segunda Guerra Mundial, o primeiro antibiótico derivado de um bolor a ser amplamente utilizado na prática clínica.

O que é

A penicilina é um antibiótico, isto é, um medicamento que mata as bactérias ou trava o seu crescimento. Ao contrário das sulfamidas sintéticas dos anos 1930, nascidas da investigação sobre corantes, é produzida por um ser vivo. Produzem-na certas estirpes de Penicillium, um género que inclui os bolores azul-esverdeados do pão velho e da fruta. Depois de purificada, a penicilina tornou-se o primeiro antibiótico derivado de um bolor que os médicos puderam usar em larga escala, e mudou o prognóstico de infeções muitas vezes mortais, como a septicemia, a pneumonia ou as feridas infetadas. O bolor dos alimentos, pelo contrário, não é um medicamento e pode ser prejudicial.

À esquerda, a prancha mostra a célebre observação de Fleming: uma placa de vidro com colónias bacterianas, onde um esporo de bolor caiu por acaso e deu origem a uma colónia, rodeada por um anel claro onde as bactérias morreram. À direita, o próprio bolor ao microscópio. Os seus esporos crescem em cadeias sobre pequenas cabeças em forma de pincel, que deram nome ao género, do latim penicillus, pequeno pincel.

Como funciona

A maioria das bactérias são células isoladas envolvidas por uma parede resistente que lhes mantém a forma contra a pressão da água no seu interior. Essa parede é uma malha de cadeias de açúcares ligadas por curtas pontes peptídicas. À medida que a célula cresce e se divide, corta e reconstrói essa malha sem parar.

A penicilina bloqueia as enzimas bacterianas que formam essas pontes. A célula continua a crescer, mas a nova parede é fraca; a água entra e a célula rebenta. As células humanas e animais não têm uma parede deste tipo, e é por isso que a penicilina pode matar bactérias poupando em grande parte as células do doente. No centro da molécula há um anel tenso de quatro átomos, o anel beta-lactâmico, que reage com essas enzimas e as põe fora de ação.

A penicilina atua sobretudo contra bactérias de parede espessa e exposta, como os estreptococos e os pneumococos. A bactéria da sífilis tem uma parede fina presa entre duas membranas, mas também é muito sensível à penicilina. A penicilina não tem qualquer efeito sobre os vírus, que não têm parede celular nenhuma.

As bactérias podem tornar-se resistentes. Algumas produzem uma enzima, a penicilinase, que corta o anel beta-lactâmico antes de ele atuar. Cada uso de um antibiótico favorece as bactérias que lhe sobrevivem, e a resistência espalha-se onde os antibióticos são usados sem cuidado. Fleming já tinha alertado para esse risco na sua conferência Nobel de 1945. Algumas pessoas são, além disso, alérgicas à penicilina, por vezes de forma grave. Os antibióticos são medicamentos que só devem ser usados com receita médica.

Como se fabrica

Entre 1940 e 1945, as formas de cultivar o bolor, de extrair o medicamento do caldo e de o medir mudaram várias vezes.

Norman Heatley concebeu recipientes de cerâmica como estes para cultivar o bolor em quantidade em Oxford.

Cultura à superfície em Oxford. A equipa de Florey cultivava a estirpe de Fleming, Penicillium notatum, como um feltro a flutuar sobre uma camada pouco funda de caldo nutritivo. Norman Heatley começou por usar tudo o que tivesse um fundo largo e plano, incluindo arrastadeiras, latas de bolachas e formas de tarte, e depois desenhou um recipiente retangular de cerâmica que se podia empilhar deitado durante a incubação. Uma olaria do Staffordshire, a James Macintyre & Co., fabricou várias centenas, e os primeiros foram semeados no Natal de 1940. Uma pequena equipa de jovens mulheres, a quem chamavam as «penicillin girls», semeava os esporos, retirava o caldo depois de o bolor em crescimento ter libertado nele a penicilina e mantinha os recipientes a funcionar dia e noite.

Extração. O caldo continha apenas vestígios de penicilina, e o medicamento degradava-se em poucas horas com o calor ou em meio ácido. Heatley aproveitou o facto de a penicilina ser um ácido. Acidificada e mantida a frio, passa do caldo para um solvente que não se mistura com a água, primeiro o éter e depois o acetato de amilo, menos inflamável. Agitada com água ligeiramente alcalina, volta a passar para a água sob a forma de sal, num volume muito menor e livre de grande parte das impurezas. Com tubos de vidro, frascos e bombas, Heatley construiu um aparelho que fazia esta operação em contínuo. A solução concentrada era depois liofilizada, e obtinha-se um pó castanho que se conservava durante meses, embora os primeiros lotes fossem sobretudo impurezas.

O ensaio de cilindros de Heatley: quanto mais forte é a amostra num cilindro, mais largo é o anel claro à sua volta.

Doseamento. Enquanto não se conhecia a sua estrutura, a penicilina só podia ser medida pelo efeito que tinha nas bactérias. No ensaio de cilindros em placa criado por Heatley, pequenos cilindros abertos assentam numa placa de ágar semeada com estafilococos, e cada um recebe uma amostra. A penicilina difunde-se no ágar e, depois da incubação, a largura do anel claro à volta de cada cilindro, comparada com a de um padrão, indica a concentração. A equipa de Oxford definiu assim a sua própria unidade e enviou amostras a outros laboratórios. Em 1944 e 1945, cientistas britânicos e americanos acordaram uma unidade internacional, igual a 0,6 microgramas de benzilpenicilina sódica pura e próxima da unidade de Oxford, e prepararam amostras-padrão.

A fermentação em tanques profundos transformou a penicilina num produto industrial nos Estados Unidos.

Tanques profundos nos Estados Unidos. No Northern Regional Research Laboratory, em Peoria, Andrew Moyer, em colaboração com Heatley, multiplicou os rendimentos por cerca de dez até ao final de 1941, juntando ao caldo água de maceração do milho, um subproduto do fabrico de amido. O laboratório testou bolores enviados de todo o mundo, e uma estirpe de Penicillium chrysogenum (hoje classificada como P. rubens), tirada de um melão cantalupo bolorento comprado em Peoria, revelou-se a melhor. As estirpes obtidas a partir dela, incluindo mutantes produzidos com raios X e luz ultravioleta, deram resultados ainda melhores. A mudança maior foi cultivar o bolor em toda a massa do líquido, e já não à superfície, em tanques fechados de aço, agitados e alimentados com ar estéril. A Pfizer já usava este método para produzir ácido glucónico e, a 1 de março de 1944 (segundo um relato, em 1943), abriu em Brooklyn, numa antiga fábrica de gelo, a primeira grande fábrica de penicilina, com catorze tanques de 7500 galões americanos (cerca de 28 000 litros) cada um. Um único micróbio intruso podia estragar um tanque inteiro, por isso o caldo e os tanques eram esterilizados antes de se introduzir o bolor, e o ar e as tubagens mantinham outros organismos afastados enquanto ele crescia.

Penicilinas semissintéticas. A fermentação dá sobretudo benzilpenicilina, ou penicilina G, em especial quando se junta ao caldo ácido fenilacético, que o bolor incorpora na molécula. Em 1957, químicos dos Beecham Research Laboratories, no Surrey, isolaram o núcleo nu da molécula, o ácido 6-aminopenicilânico, e publicaram o trabalho em 1959. Ligando novas cadeias laterais a esse núcleo, os químicos criaram penicilinas que sobrevivem ao ácido do estômago, que resistem à enzima bacteriana penicilinase ou que atuam sobre mais tipos de bactérias, como a cloxacilina e a amoxicilina. Hoje, o núcleo é geralmente separado da penicilina fermentada por uma enzima, e as fábricas testam a identidade, a pureza e a potência de cada lote, e a esterilidade das formas injetáveis, antes de o libertarem.

Segurança. Esta secção descreve a forma como laboratórios e fábricas produziam o medicamento. A penicilina não pode ser fabricada em casa com segurança: o bolor do pão ou da fruta contém pouca ou nenhuma penicilina e pode pertencer a espécies que produzem toxinas, e uma preparação impura pode causar uma infeção grave ou um choque. A penicilina também pode provocar reações alérgicas graves, e só se usa com receita médica.

História e evolução

Havia séculos que se notava que certos bolores pareciam ajudar a sarar feridas e, na década de 1890, vários investigadores relataram que os bolores podiam travar as bactérias. Nenhuma dessas observações conduziu a um tratamento.

Alexander Fleming, bacteriologista no Hospital de St Mary, em Londres, foi de férias no verão de 1928. Quando voltou, no início de setembro, encontrou uma placa de estafilococos contaminada por um bolor e reparou que as colónias à sua volta tinham desvanecido. Cultivou o bolor, mostrou que o seu caldo matava muitos tipos de bactérias, chamou penicilina à substância ativa e publicou os resultados em 1929. Mas a penicilina era instável e difícil de extrair, e Fleming não conseguiu obter uma quantidade suficiente em forma pura para tratar doentes.

Dez anos depois, em Oxford, Howard Florey e Ernst Chain retomaram o problema. Norman Heatley descobriu como extrair e concentrar a penicilina, e a equipa cultivou o bolor em centenas de recipientes. A 25 de maio de 1940, infetaram oito ratinhos com estreptococos e trataram quatro. Na manhã seguinte, os quatro ratinhos não tratados estavam mortos e os tratados continuavam vivos. Em fevereiro de 1941, um polícia, Albert Alexander, foi um dos primeiros doentes. Começou por melhorar, mas a reserva acabou e ele morreu.

A Grã-Bretanha em guerra não conseguia produzir penicilina em grande escala, por isso, em 1941, Florey e Heatley foram para os Estados Unidos, onde um laboratório público em Peoria, no Illinois, e várias empresas farmacêuticas retomaram o trabalho. Em março de 1942, a reserva americana chegava para tratar um único doente. Em 1944, as fábricas produziam o suficiente para os exércitos aliados e, a partir de 15 de março de 1945, a penicilina chegou às farmácias americanas pelos canais comerciais normais.

Fleming, Florey e Chain partilharam o Prémio Nobel da Fisiologia ou Medicina em 1945. No mesmo ano, Dorothy Hodgkin determinou a estrutura da penicilina por cristalografia de raios X. Entretanto, a procura de outros antibióticos tinha conduzido à estreptomicina, descoberta em 1943; seguiram-se as tetraciclinas e muitos outros, e mais tarde os químicos criaram novas penicilinas modificando a molécula.