1945: ALEXANDER FLEMING, ERNST BORIS CHAIN e HOWARD FLOREY
O presente artigo tem como objetivo relatar as importantes conquistas e descobertas dos pesquisadores Alexander Fleming, Ernst Boris Chain e Howard Walter Florey na área da medicina curativa de doenças infecciosas, através do desenvolvimento de uma substância com alto poder bactericida e sua aplicabilidade à população em geral: a penicilina. Os três pesquisadores mencionados foram reconhecidos e premiados em 1945 com o Prêmio Nobel de Medicina. Todos os anos desde 1901 o Prêmio Nobel tem sido atribuído por descobertas em Física, Química, Medicina, Literatura e pela Paz. O Prêmio Nobel é uma premiação internacional administrada pela Fundação Nobel em Estocolmo, Suécia, em homenagem ao seu criador, Alfred Nobel. O Prêmio consiste em uma medalha, um diploma pessoal e um valor em dinheiro. O artigo a seguir contempla um resumo das biografias dos pesquisadores e uma pequena explicação a respeito de sua maior descoberta, a qual marcou a história da medicina e a cada dia se reafirma como indispensável na recuperação da saúde de milhares de vidas humanas.
Palavras-chave: Alexander Fleming; Ernst Boris Chain; Howard Walter Florey; Penicilina; Antibióticos; Prêmio Nobel de Medicina.
Foto: A. Fleming
Abstract:
The present article aims to show the important achievements and discoveries of the researchers Alexander Fleming, Ernst Boris Chain and Howard Walter Florey in the medicine area related to healing infectious diseases, through the development of a substance with high bactericide power and its applicability to the general population: the penicillin. The three mentioned researchers were recognized and awarded in 1945 with the Medicine Nobel Prize. Every year since 1901 the Nobel Prize has been awarded for achievements in Physics, Chemistry, Physiology or Medicine, Literature and for Peace. The Nobel Prize is an international award administered by the Nobel Foundation in Stockholm, Sweden, as a tribute to its founder, Alfred Nobel. The prize consists of a medal, a personal diploma, and an amount of money. The following article contemplates a summary of the researcher’s biography and a brief explanation about their biggest discovery, the one that marked medicine history and each day restates itself as essential oh the health recovery of thousands of human lives.
Key-words: Alexander Fleming; Ernst Boris Chain; Howard Walter Florey; Penicillin; Antibiotics; Medicine Nobel Prize.
Introdução:
Até o final da Segunda Guerra Mundial, milhares de pessoas morriam anualmente devido a inúmeras enfermidades causadas por infecções bacterianas contra as quais não existiam medicamentos realmente eficazes. A história da medicina, entretanto, foi fortemente alterada a partir do momento em que a substância descoberta por Fleming em 1928, batizada como penicilina – e isolada por Florey e Chain uma década mais tarde-, começou a ser comercializada e amplamente aplicada, atingindo quase 150 mil toneladas fabricadas em 1950. Tais avanços na área da ciência médica confirmam e comprovam a genialidade dos três pesquisadores, que acabaram por fornecer à humanidade um fármaco com propriedades capazes de curar doenças potencialmente fatais há 50 anos, como pneumonia, sífilis, difteria, abcessos pulmonares, endocardite, meningite ou mesmo bronquite. O Prêmio Nobel foi uma maneira de reconhecer o estudo e a dedicação dos cientistas e agradecê-los por sua brilhante atuação .
Alexander Fleming
(1981 – 1955)
Alexander Fleming é um cientista escocês, nascido do dia 06/08/1881, em Lochfield, Ayrshire, na Escócia.
Não inventei a penicilina, disse Alexander Fleming sobre o medicamento que lhe rendeu o Prêmio Nobel e revolucionou a medicina. A natureza é que a fez. Eu só a descobri por acaso. Alec, como todos o chamavam, era o sétimo de oito filhos e ficou órfão de pai aos sete anos. Ele viveu numa fazenda até os 16 anos.
Em 1895, seu irmão Tom, oculista, levou para Londres os irmãos John, que aprendeu a fazer lentes, e os mais novos Robert e Alec, para estudar na Escola Politécnica. Na capital inglesa, Alec também trabalhou numa agência de navegação até ingressar, em outubro de 1901, na Escola Médica do Hospital de Saint Mary.
Após a formatura, Fleming entrou na equipe de Almroth Wright, um dos pioneiros da vacinação. Ele gostaria de ter sido cirurgião, mas apaixonou-se pela pesquisa da equipe de Wright. Seu primeiro grande feito foi simplificar o teste da sífilis, que era uma das grandes epidemias da época.
Com a Primeira Guerra, num hospital na França, desenvolveu técnicas que melhoraram o tratamento de feridas infectadas. Numa das suas curtas licenças, em 1915, casou-se em Londres com Sally McElroy. Após a guerra, seu irmão John casou-se com a gêmea de Sally, Elisabeth.
Em 1921, Fleming descobriu as lisozimas, parte importante do sistema imunológico, que foram seu principal objeto de estudo até uma manhã de setembro de 1928, quando viu uma cultura de estafilococos sendo destruída por um fungo que aparecera por acaso. Isolou a substância que dissolvia as bactérias sem atacar o organismo humano e desenvolveu a penicilina, o primeiro antibiótico.
Tornou-se um colecionador fanático de fungos, revirando casas dos amigos e cozinhas atrás de outro bolor com efeito antibiótico. Apesar do empenho, a penicilina era única. Paralelamente, uma equipe de Oxford, chefiada por Howard Florey e Ernst Chain, desenvolveu o medicamento que causou furor ao ser usado em pacientes a partir de 1942.
Fleming se tornou um herói popular e recebeu diversos prêmios. Porém, a felicidade desses anos terminou com a morte de sua mulher em 28 de Outubro de 1949. Alec fechou-se no laboratório e apenas o trabalho o distraía. Até que uma jovem cientista grega, Amalia Voureka, passou a ser a sua companheira predileta de trabalho. Eles se casaram em 1953. O cientista continuou a trabalhar e viajar até sua morte, por infarto, em 11/03/1955, em Londres, na Inglaterra.
Howard Walter Florey
(1898 - 1968)
Patologista australiano nascido em Adelaide, Oceania, onde se graduou em Medicina, pesquisador da penicilina e um dos agraciados com o Prêmio Nobel (1945), dividido igualmente com Sir Ernst Boris Chain (1906-1979), colega de universidade, por isolar e purificar a penicilina, descoberta por Sir Alexander Fleming (1881-1955), então, também premiado. Filho de Joseph e Bertha Mary Florey, foi educado na St. Peters Collegiate School, Adelaide, seguindo para a Adelaide University onde graduou-se M.B. e B.S. (1921). Ganhou um Rhodes Scholarship para o Magdalen College, Oxford, onde obteve o B.Sc. e M.A. (1924). Foi para Cambridge como um John Lucas Walker Student, e estagiou nos United States (1925) como um Rockefeller Travelling Fellowship por um ano, retornando (1926) como um Fellowship no Gonville and Caius College, Cambridge, onde recebeu seu Ph.D. (1927), período em que também serviu como Freedom Research Fellowship, no London Hospital. Foi nomeado (1927) Huddersfield Lecturer em patologia, em Cambridge, e assumiu (1931-1935) a Joseph Hunter Chair of Pathology, na University of Sheffield. Naturalizado britânico foi professor de patologia e um Fellow do Lincoln College, Oxford (1935-1962). Passou a chefiar um grupo de pesquisadores ingleses e estadunidenses dedicados inteiramente ao estudo da penicilina (1939). Durante a II Guerra Mundial foi indicado Honorary Consultant em patologias para o exército e tornou-se Nuffield Visiting Professor para a Australia e a New Zealand (1944). Tornou-se Honorary Fellow of Gonville and Caius College, Cambridge (1946), Honorary Fellow of Magdalen College, Oxford (1952) e Provost do The Queens College, Oxford (1962). Além do Nobel, recebeu inúmeras honrarias e, casado com Mary Ethel Hayter Reed (1926), ambos tiveram duas crianças, a saber Paquita Mary Joanna e Charles du Vé, morreu em Oxford, Eng.
Ernst Boris Chain
(1906 - 1979)
Bioquímico alemão nascido em Berlim e naturalizado britânico, conhecido por conseguir pioneiramente isolar e purificar a penicilina. Estudou na Universidade de Berlim. Lecturer da Oxford University (1935-1950), fez pesquisas sobre enzimas nas universidades de Cambridge e Oxford, onde colaborou com o patologista inglês Sir Howard Walter Florey na investigação de substâncias antibióticas. Professor do Instituto Superiore di Sanita (1948-1961), passou a trabalhar no Instituto de Saúde, em Roma (1950) e foi professor na University of London (1961-1979). Dividiu igualmente o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina (1945), com Sir Alexander Fleming, da London University, e Lord Howard Walter Florey, da Oxford University, por isolar e purificar a penicilina, descoberta (1928) pelo escocês Alexander Fleming. Fleming havia descoberto um bolor, uma espécie do fungo Penicillium, que segregava uma substância que destruía as bactérias. Porém ele não conseguiu isolar a substância que ele chamou de penicilina. Isto só foi feito dez anos depois pelo alemão-britânico e o inglês Howard Florey, na Inglaterra. Com a Segunda Guerra Mundial houve uma necessidade de anti-sépticos para combater as infecções das tropas feridas. Integrando a equipe do Dr. Howard Walter Florey, professor de patologia em Oxford, o cientista germânico conseguiu extrair da solução com apenas cerca de 5% de penicilina na sua forma química pura, que testada em 80 diferentes micróbios; descobriram que os fluidos do sangue não eram hostis à substância e que os glóbulos brancos não eram danificados nem se tornavam inativos, mas era fatal para Staphylococcus aureus, Streptococcus pyogenes e outras bactérias. Essas descobertas formaram a base para o tratamento com penicilina desde então. A penicilina foi utilizada no primeiro paciente humano, na Inglaterra (1940). Casou-se (1948) com a Dra. Anne Beloff, com quem teve dois filhos, Benjamin e Daniel, e uma filha, Judith, e morreu na Irlanda.
O ACASO E A OBSERVAÇÃO.
Tem-se dito que muitas descobertas científicas são feitas ao acaso. O acaso, já dizia Pasteur, só favorece aos espíritos preparados e não prescinde da observação. A descoberta da penicilina constitui um exemplo típico.
Alexander Fleming, bacteriologista do St. Marys Hospital, de Londres, vinha já há algum tempo pesquisando substâncias capazes de matar ou impedir o crescimento de bactérias nas feridas infectadas. Essa preocupação se justificava pela experiência adquirida na Primeira Grande Guerra (1914-1918), na qual muitos combatentes morreram em conseqüência da infecção em ferimentos profundos.
Em 1922, Fleming descobrira uma substância antibacteriana na lágrima e na saliva, a qual dera o nome de lisozima.
Em 1928, Fleming desenvolvia pesquisas sobre estafilococos, quando descobriu a penicilina. A descoberta da penicilina deu-se em condições muito peculiares, graças a uma seqüência de acontecimentos imprevistos e surpreendentes.
No mês de agosto daquele ano Fleming tirou férias e, por esquecimento, deixou algumas placas com culturas de estafilococos sobre a mesa, em lugar de guardá-las na geladeira ou inutilizá-las, como seria natural.
Quando retornou ao trabalho, em setembro, observou que algumas das placas estavam contaminadas com mofo, fato que é relativamente freqüente. Colocou-as então, em uma bandeja para limpeza e esterilização com lisol. Neste exato momento entrou no laboratório um seu colega, Dr. Pryce, e lhe perguntou como iam suas pesquisas. Fleming apanhou novamente as placas para explicar alguns detalhes ao seu colega sobre as culturas de estafilococos que estava realizando, quando notou que havia, em uma das placas, um halo transparente em torno do mofo contaminante, o que parecia indicar que aquele fungo produzia uma substância bactericida. O assunto foi discutido entre ambos e Fleming decidiu fazer algumas culturas do fungo para estudo posterior.
O fungo foi identificado como pertencente ao gênero Penicilium, donde deriva o nome de penicilina dado à substância por ele produzida. Fleming passou a empregá-la em seu laboratório para selecionar determinadas bactérias, eliminando das culturas as espécies sensíveis à sua ação.
A descoberta de Fleming não despertou inicialmente maior interesse e não houve a preocupação em utilizá-la para fins terapêuticos em casos de infecção humana até a eclosão da Segunda Guerra Mundial, em 1939.
Em 1940, Sir Howard Florey e Ernst Chain, de Oxford, retomaram as pesquisas de Fleming e conseguiram produzir penicilina com fins terapêuticos em escala industrial, inaugurando uma nova era para a medicina - a era dos antibióticos.
Alguns anos mais tarde, Ronald Hare, colega de trabalho de Fleming, tentou, sem êxito, redescobrir a penicilina em condições semelhantes às que envolveram a descoberta de Fleming. Após um grande número de experiências verificou que a descoberta da penicilina só se tornou possível graças a uma série inacreditável de coincidências, quais sejam:
- O fungo que contaminou a placa, como se demonstrou posteriormente, é um dos três melhores produtores de penicilina dentre todas as espécies do gênero Penicilium;
- O fungo contaminante teria vindo pela escada do andar inferior, onde se realizavam pesquisas sobre fungos;
- O crescimento do fungo e dos estafilococos se fez lentamente, condição necessária para se evidenciar a lise bacteriana;
- No mês de agosto daquele ano, em pleno verão, sobreveio uma inesperada onda de frio em Londres, que proporcionou a temperatura ideal ao crescimento lento da cultura;
- A providencial entrada do Dr. Pryce no Laboratório permitiu que Fleming reexaminasse as placas contaminadas e observasse o halo transparente em torno do fungo, antes de sua inutilização.
Apesar de todas essas felizes coincidências, se Fleming não tivesse a mente preparada não teria valorizado o halo transparente em torno do fungo e descoberto a penicilina.
A Penicilina
Um antibiótico betalactâmico
Os antibióticos betalactâmicos são agentes microbianos úteis e freqüentemente prescritos, que têm em comum uma estrutura e um mecanismo de ação – a inibição da síntese da parede celular bacteriana de peptidoglicano.
As penicilinas constituem um dos grupos mais importantes entre os antibióticos. Apesar da produção de numerosos outros agentes antimicrobianos desde a introdução da primeira penicilina, as penicilinas continuam sendo antibióticos importantes e amplamente utilizados, e ainda estão sendo produzidos novos derivados do núcleo básico da penicilina. Muitos desses fármacos apresentam vantagens peculiares, de modo que os membros desse grupo de antibióticos constituem, hoje, os fármacos de escolha para o tratamento de um grande numero de doenças infecciosas.
Mecanismo de ação das penicilinas:
A parede celular das bactérias é essencial para o seu crescimento e seu desenvolvimento normais. O peptidoglicano é um componente heteropolimérico da parede celular que proporciona uma estabilidade mecânica rígida em virtude da sua estrutura reticulada com elevado número de ligações cruzadas. Nos microorganismos Gram-positivos, a parede celular tem uma espessura constituída por 50 a 100 moléculas, enquanto a das Gram-negativas tem uma espessura constituída por apenas 1 ou 2 moléculas.
A biossíntese do peptidoglicano envolve cerca de 30 enzimas bacterianas e pode ser dividida em três estágios. É na ultima etapa dessa síntese que os antibióticos como as penicilinas atuam, inibindo uma enzima crucial para o processo, uma transpeptidase e, evitando, por conseqüência, que as bactérias tenham seu desenvolvimento normal.
Embora a inibição da transpeptidase seja comprovadamente importante, as ações das penicilinas têm outros alvos relacionados, que, em conjunto, são denominados de proteínas de ligação da penicilina (PBP). Todas as bactérias têm varias entidades desse tipo. As PBP variam nas suas afinidades pelos diferentes tipos de antibióticos betalactâmicos. As PBP de maior peso molecular de E. coli, por exemplo, incluem as transpeptidases responsáveis pela síntese do peptidoglicano. Outras PBP de E. coli incluem aquelas necessárias para a manutenção da forma em bastonete da bactéria para a formação do septo durante a divisão da bactéria. A ação letal da penicilina sobre as bactérias parece envolver mecanismos tanto líticos quanto não-líticos. A ruptura do equilíbrio entre a montagem do peptidoglicano mediada pela PBP a atividade da mureína hidrolase pela penicilina resulta em autólise. A destruição não-lítica das bactérias pela penicilina pode envolver a participação de proteínas semelhantes à holina na membrana bacteriana, que aniquilam o potencial de membrana.
Mecanismos de resistência bacteriana às penicilinas:
Embora todas as bactérias que têm parede celular possuam PBP, os antibióticos betalactâmicos são incapazes de matar ou até mesmo de inibir todas as bactérias, devido à existência de vários mecanismos por meio dos quais as bactérias podem resistir a esses agentes. O microorganismo pode ser intrinsecamente resistente devido a diferenças estruturais nas PBP que constituem os alvos desses fármacos. Além disso, uma cepa sensível pode adquirir esse tipo de resistência através do desenvolvimento de PBP de alto peso molecular com afinidade diminuída pelo antibiótico. Outros casos de resistência bacteriana aos antibióticos betalactâmicos decorrem da incapacidade do agente de penetrar no local de ação.
Nas bactérias Gram-positivas, o polímero do peptidoglicano localiza-se muito próximo à superfície celular. Algumas bactérias Gram-positivas possuem cápsulas de polissacarídeos que são externas à parede celular; entretanto, essas estruturas não representam uma barreira à difusão dos betalactâmicos; as pequenas moléculas de antibióticos betalactâmicos podem penetrar facilmente na camada externa da membrana citoplasmática e PBP, onde ocorrem os estágios finas de síntese do peptidoglicano. A situação é diferente com as bactérias Gram-negativas. A estrutura de sua superfície é mais complexa, e a membrana interna, que é análoga à membrana citoplasmática das bactérias Gram-positivas, é recoberta pela membrana externa, por lipopolissacarídeos e pela cápsula. A membrana externa atua como uma barreira impenetrável para alguns antibióticos. Entretanto, alguns antibióticos hidrofílicos pequenos sofrem difusão por meio dos canais aquosos presentes na membrana externa, que são constituídos por proteínas denominadas porinas. Penicilinas de espectro mais amplo, tais como ampicilina e amoxicilina difundem-se pelos poros da membrana externa de bactérias com rapidez significativamente maior do que a penicilina G.
As bombas de efluxo ativo atuam como outro mecanismo de resistência, removendo o antibiótico do seu local de ação antes que possa atuar. As bactérias também são capazes de destruir enzimaticamente os antibióticos betalactâmicos. As betalactamases têm a capacidade de inativar alguns desses antibióticos e podem ocorrer em grandes quantidades.
Classificação das penicilinas:
1. Penicilina G: altamente ativa contra cepas sensíveis de bactérias Gram-positivas, mas são facilmente hidrolisadas pelas penicilases. Usada para tratar pneumonia pneumocócica, meningite pneumocócica, infecções estreptocócicas (pneumonia, artrite, meningite e endocardite), sífilis, difteria...
2. Penicilinas resistentes à penicilase: têm atividade antimicrobiana menos potente contra os organismos sensíveis à penicilina G.
3. Ampicilina, amoxicilina: suas atividades antimicrobianas são ampliadas para incluir determinados microorganismos Gram-negativos. Todos são destruídos pelas betalactamases. Usadas para tratar infecções das vias respiratórias, infecções do trato urinário, meningite, infecções por Salmonella.
4. Carbenicilina.
5. Mazlocina, azlocilina e piperacilina.
Após a absorção das penicilinas administradas por via oral, esses agentes distribuem-se amplamente por todo o corpo e são rapidamente eliminados, sobretudo por filtração glomerular e secreção tubular renal, de modo que as meias-vidas desses fármacos no corpo são curtas, sendo os valores típicos de 30 a 60 minutos. Por conseguinte, as concentrações na urina são elevadas.
Usos profiláticos das penicilinas:
A comprovação da eficiência da penicilina na erradicação de microorganismos foi rapidamente seguida, de modo muito natural, de tentativas de comprovar também a sua eficácia na prevenção de infecções em hospedeiros sensíveis. Em conseqüência, o antibiótico passou a ser administrado em quase todas as situações em que havia risco de infecção bacteriana. Como a profilaxia tem sido investigada em condições controladas, tornou-se evidente que a penicilina é altamente efetiva em algumas situações e potencialmente perigosa em outras e de valor questionável em outras ainda.
Reações adversas às penicilinas:
As reações de hipersensibilidade são, sem dúvida, os efeitos adversos mais comuns observados com as penicilinas. As reações alérgicas complicam 0,7 a 4% de todos os tratamentos. As manifestações de alergia a penicilinas incluem exantema maculopapular, erupção urticariforme, febre, broncoespasmo, vasculite, doença do soro, dermatite esfoliativa e anafilaxia.
Podem ocorrer reações de hipersensibilidade a qualquer forma posológica de penicilina. A alergia determinada à penicilina expõe o paciente a um maior risco de reação em caso de administração de outra penicilina. Por outro lado, a ocorrência de um efeito adverso não implica necessariamente a sua repetição em exposições subseqüentes. Reações de hipersensibilidade podem surgir na ausência de exposição prévia conhecida ao fármaco. Isso pode ser causado por uma exposição anterior não-reconhecida a penicilina (ex.: em alimentos de origem animal ou em fungos produtores de penicilina). Embora a eliminação do antibiótico geralmente resulte em rápido desaparecimento das manifestações alérgicas, elas podem persistir por 1 ou 2 semanas ou mais após a interrupção da terapia.
As reações mais graves provocadas por penicilinas consistem em angioedema e anafilaxia. O angioedema, com acentuado volume dos lábios, da língua, da face e dos tecidos periorbitários, que é freqüentemente acompanhado de respiração asmática, tem sido observado após administração tópica, oral ou sistêmica de vários tipos de penicilina.
Os pacientes que possuem uma história de alergia a penicilina devem ser tratados, em sua maioria, com num tipo diferente de antibiótico. Infelizmente, não existe um método totalmente confiável para confirmar uma história de alergia à penicilina. Em certas ocasiões, recomenda-se a dessensibilização para pacientes alérgicos a penicilinas e que precisam ser tratados com o fármaco. Esse procedimento, que consiste na administração de doses gradualmente crescentes de penicilina na esperança de evitar uma reação grave, só deve ser efetuado em local que disponha de terapia intensiva.
Conclusão:
Conseguimos compreender através desse estudo como foi a descoberta científica da penicilina. Apesar de ter sido descoberta ao acaso, a penicilina foi o primeiro antibiótico usado com sucesso no tratamento de infecções causadas por bactérias, sendo eficaz contra espécies Gram-positivas ou de Streptococcus, Clostridium, Neisseria e anaeróbios excluindo Bacteróides. Em virtude dessa importante descoberta, milhares de vidas foram poupadas, pois iniciava-se a nova era da medicina – a era dos antibióticos. Alexander Fleming obteve reconhecimento por seu trabalho de pesquisa ao receber o Prêmio Nobel de Fisiologia e Medicina, junto com seus colegas Chain e Florey, consagrando, dessa forma, suas brilhantes carreiras em vida.
Bibliografia:
• www.netsaber.com.br/biografias
• www.wikipedia.org
• www.nobelprize.org
• http://www.revistasalute.com.br/?p=66
• Goodman e Gilman; As Bases Farmacológicas da Terapêutica.
