La becaria que descubrió la penicilina

¿Quien descubrió la penicilina? Si nos encontramos esta pregunta en un concurso de televisión o en un juego de mesa, la respuesta correcta será Alexander Fleming. Según la versión oficial, fue un descubrimiento casual mientras estudiaba cultivos bacterianos en su laboratorio. Era septiembre de 1928. Tras un mes de vacaciones, comprobó que algunas de sus placas se habían contaminado con un hongo. Iba a tirarlas indignado por el trabajo perdido, pero comprobó que alrededor del moho no crecía ninguna bacteria, por lo que esta debía secretar algo que fuera tóxico para ellas.

El hongo se llamaba Penicillium notatum, por lo que aquella sustancia desconocida recibió el nombre de penicilina. Las bacterias del cultivo eran capaces de provocar enfermedades en el hombre, por lo que Fleming pensó que si la penicilina no era venenosa podía ser usada como antibiótico. Se dedicó a cultivar el hongo y aislar grandes cantidades de penicilina que empezó a ser probada como medicamento en animales y a través de ensayos clínicos.

Pero hoy en día se sospecha que esta anécdota está distorsionada. En los trabajos previos de Fleming se puede comprobar que ya estaba dedicado a buscar alguna sustancia antibiótica. Antes de la penicilina había comprobado que la lisozima, una proteína presente en la clara de huevo, tiene propiedades antibióticas que detienen un poco el avance de las bacterias. La contaminación del hongo puede haber sido casual o no, pero Fleming sabía qué propiedades buscar en él.

Un detalle importante que no se suele mencionar es que, para ser exactos, Fleming descubrió las propiedades antibióticas de la penicilina, pero no sabía qué era. Aisló el compuesto del hongo pero se centró en comprobar sus propiedades curativas y no en conocer su naturaleza química.

Durante la década siguiente, a medida que la eficacia de la penicilina era cada vez más evidente, muchos químicos intentaban saber qué era. Si podían entender cómo estaba formada esta molécula, se estaría un paso más cerca de entender su funcionamiento y crear antibióticos parecidos o incluso mejores.

Para hacerlo, varios químicos decidieron coordinarse y trabajar en paralelo, probando diferentes técnicas para encontrar la solución lo más rápido posible. Y una de las mayores aportaciones vino de una becaria muy concienzuda, dirigida por una jefa capaz de contener a un grupo de militares para continuar con su investigación.

Investigar en tiempos de guerra

A comienzos del siglo XX, una de las estrategias más precisas para reconocer la estructura de una molécula era mediante la cristalografía. Este campo de la química permite deducir la forma en la que se apilan las moléculas que forman un cristal, según como se reflejen los rayos X que inciden sobre él.

Los cristales de un compuesto químico dependen de su forma, ya que podrán apilarse de diferentes maneras al formar una red. Con la cristalografía se obtienen pistas sobre la manera en la que se apilan las moléculas y por lo tanto, sobre su estructura real.

Para lograr entender la penicilina, varios equipos de científicos empezaron a intentar formar cristales con ella. Entre estos equipos estaba el de Dorothy Hodgkin, considerada por sus compañeros como uno de los mejores cristalógrafos de la Universidad de Oxford y de toda la comunidad científica.

Dada su fama, le pidieron que empezara a trabajar con la penicilina. Ella aceptó el reto, pero estamos en 1943 y la Segunda Guerra Mundial comienza. Los hombres pasan a las filas en las trincheras, y las mujeres con conocimientos de química colaboraban en la fabricación de explosivos. La investigación había pasado a un segundo plano, y el laboratorio de Hodgkin estaba vacío.

Existía la posibilidad de seguir investigando, pero era necesario un justificante especial para demostrar la importancia del proyecto. La penicilina empezaba a ser popular, pero en ese año todavía no dejaba de ser una curiosidad entre científicos, sin llegar a entender del todo las repercusiones que tendría en la salud. Además, siguiendo las prioridades de Fleming, la penicilina ya había sido aislada, por lo que conocer la estructura de la molécula no parecía tan importante y prioritario.

Hodgkin estuvo insistiendo y negociando para poder conseguir el permiso. Pero aunque lo tuviera, necesitaba ayudantes. No sería fácil obtener el permiso para hacer trabajar en el laboratorio a ningún científico y potencial soldado, pero sí logró reclutar a una de las estudiantes más jóvenes de sus clases: Barbara Low.

Low estaba cursando Química en Oxford, y le habían fascinado las clases de cristalografía de Hodgkin. En más de una clase, se había acercado a ella mostrándole interés en trabajar y aprender con ella. En estas circunstancias de guerra, Hodgkin recordó la invitación y aprovechó para invitarla al laboratorio y empezar a experimentar con la penicilina.

El cristal invisible

No iba a ser un camino fácil. El primer paso era crear un cristal de penicilina. Sin él, era imposible aplicar los rayos X. Para lograrlo, es necesario concentrar grandes cantidades de penicilina, secándola y enfriándola para que poco a poco se apilen las moléculas y formen la red cristalina.

El problema es que la penicilina no formaba cristales con facilidad. Era el motivo por el cual otros químicos pidieron la ayuda de Hodgkin en vez de lograrlo por ellos mismos. Hoy en día sabemos que la penicilina posee varios grupos químicos que atraen moléculas de agua, incluso aquellas presentes en la humedad del aire. Cuando se unen interfieren en la formación del cristal y no llega a ser suficientemente bueno para el análisis.

¿La solución a este problema? Paciencia y un poco de suerte. En el laboratorio se formaban cientos de cristales al mismo tiempo y se pasaban por los rayos X, con la esperanza de que alguno de ellos fuera suficientemente grande y bien formado como para obtener una señal correcta. Era una tarea ardua y lenta, que Hodgkin cedió sin ninguna duda a Low para que echara horas en el laboratorio.

Tuvo que ser un arduo trabajo para Low. La mayoría de los cristales de penicilina que se formaban eran microscópicos, y debían ser manipulados con suavidad pero rápidamente para evitar que la humedad del ambiente lo disolviera. La propia Low describió a Hodgkin como el tipo de jefe que te lleva al límite de lo posible: “Ella esperaba que fuera capaz de ver esos cristales bajo el más potente de los microscopios que teníamos y lograra manipularlos sin problema.”

Tras infinitos intentos, uno de los cristales de Low fue perfecto, y los rayos X arrojaron información sobre la estructura. Al combinarse con los demás resultados que iban saliendo, las piezas del puzle empezaban a encajar y la penicilina mostró su forma.

El anuncio pasó bastante desapercibido para el público general. La penicilina era un antibiótico capaz, que cada vez era más usado para enfermedades bacterianas, pero con la tecnología y conocimiento de la época, conocer la estructura no servía demasiado. Fueron en las décadas siguientes en las que el esfuerzo de Low pudo verse recompensado, ya que permitió a otros científicos generar otros antibióticos con estructuras parecidas a la penicilina.

Estás versiones alternativas fueron clave para corregir el punto más débil de la penicilina. La molécula es capaz de atacar a las paredes de las bacterias y destruirlas. Sin embargo, las bacterias tienen una alta capacidad de adaptación, y pueden adaptar la composición de sus paredes para ser inmunes al medicamento. Si se generan antibióticos diferentes que ataquen de diferentes maneras, las bacterias no llegan a adaptarse a tiempo y pueden ser destruidas con más facilidad.

En 1945, se concedió el Premio Nobel de medicina por el descubrimiento de la penicilina. Se lo dieron a Alexander Fleming, pero también a Ernst Chain y Howard Florey, que coordinaron todos los esfuerzos para poder generar grandes cantidades de penicilina y pidieron a Hodgkin que estudiara la estructura. De Hodgkin y Low lo único que quedó fue una mención durante el discurso de Chain, en la que agradeció su contribución. Pero la gente lo pasó por alto, quedándose con la historia del descubrimiento de Fleming,

QUE NO TE LA CUELEN:

• Dorothy Hodgkin siguió describiendo la estructura de moléculas conocidas, como la insulina o la vitamina B12. Gracias al descubrimiento de esta última pudo conseguir el premio Nobel de Quimica en 1964. En cambio, Barbara Low acabó trabajando con Linus Pauling, y participó en el descubrimiento del alfa-hélice, una estructura presente en algunas proteínas.
• La resistencia a los antibióticos es un peligro muy real. Si una bacteria se expone demasiado tiempo a un antibiótico en una dosis no totalmente letal, puede acabar adaptándose a él, transformándose en una cepa resistente. Para evitarlo, es importante tomar antibióticos solo si los recomienda el médico, no abusar de ellos, y acabar siempre el tratamiento aunque nos encontremos mejor.
• Los antibióticos se enfocan de manera exclusiva en la acción contra bacterias, por lo que únicamente son efectivos para enfermedades provocadas por ellas. En caso de tener una patología provocada por otros patógenos como los virus, los antibióticos son inefectivos y no deben ser consumidos.

REFERENCIAS:

• Glusker, J. P. “Dorothy Crowfoot Hodgkin (1910-1994).” Protein Science : A Publication of the Protein Society, vol. 3, no. 12, Wiley-Blackwell, 1994
• Lobanovska, Mariya, and Giulia Pilla. “Penicillin’s Discovery and Antibiotic Resistance: Lessons for the Future?” Yale Journal of Biology and Medicine, vol. 90, no. 1, Yale Journal of Biology and Medicine Inc., Mar. 2017