Senza dubbio molti conoscono la storia della scoperta della penicillina, il primo antibiotico, avvenuta nel 1928 grazie ad Alexander Fleming. Forse però è meno noto il percorso che portò alla scoperta della nistatina, considerato il primo antimicotico (o antifungino).
Una storia avvincente, che merita di essere raccontata. Anche perché alla fine permetterà di riflettere sui segreti del successo millenario dei microrganismi.
Elizabeth Lee Hazen: una microbiologa
Tutto ha inizio negli Stati Uniti, negli anni Trenta del secolo scorso.
Subito dopo aver completato un dottorato di ricerca, la microbiologa Elizabeth Lee Hazen inizia a lavorare presso la Division of Laboratories and Research (la “Divisione”) del New York State Department of Health, a New York City.
Elizabeth dimostra fin da subito grande competenza e nel 1944 è scelta per condurre uno studio sulle patologie causate dai miceti e sull’interazione di questi microrganismi con i batteri. Approfondisce lo studio della micologia e inizia a raccogliere numerosi campioni di terreno che vengono inviati alla Divisione da tutti gli Stati Uniti.
Attraverso una ricerca sistematica condotta su questi campioni di suolo, giunge in pochi anni a identificare diversi batteri capaci di inibire la proliferazione di miceti patogeni per l’uomo, finché nel 1948 la sua attenzione è attirata dalle proprietà antimicotiche mostrate da alcune specie di Actinobacteria.
Rachel Fuller Brown: una biochimica
Per isolare e identificare queste particolari sostanze dagli estratti grezzi delle colture, il capo della Divisione incarica Rachel Fuller Brown, una biochimica che presta servizio presso il laboratorio di Albany, a 250 km di distanza da New York City.
Inizia così una collaborazione a distanza tra Elizabeth e Rachel, anche grazie all’efficienza del sistema postale degli Stati Uniti negli anni Quaranta.
Per prima cosa, nel suo laboratorio di New York City, Elizabeth esegue le colture dei microrganismi isolati dai campioni di suolo, testandone in vitro l’efficacia contro due miceti, Candida albicans e Cryptococcus neoformans. Ogni volta che un certo batterio manifesta attività antifungina, Elizabeth ne spedisce la coltura a Rachel (ad Albany) all’interno di un contenitore di vetro tramite un pacco postale.
A questo punto, la biochimica effettua l’estrazione del principio attivo dalla coltura ricevuta attraverso l’utilizzo di uno speciale solvente. Quindi, Rachel lo invia ad Elizabeth (a New York City, sempre tramite un pacco postale), dove la microbiologa provvede a testarne la tossicità in vivo sugli animali.
La scoperta della nistatina
Purtroppo, quasi tutti i principi attivi efficaci in vitro contro i miceti si rivelano altamente tossici negli animali.
La svolta arriva nel 1949. Ironia della sorte, tra le centinaia di campioni di suolo inviati alla Divisione da tutti gli Stati Uniti, il terreno che porta alla straordinaria scoperta proviene da una fattoria di amici di Elizabeth, gestita dalla famiglia Nourses. Per questo motivo il micete isolato dalla coltura viene denominato Streptomyces noursei.
Rachel estrae due principi attivi: il primo si dimostra ancora tossico negli animali da laboratorio, al contrario del secondo che sembra promettente, avendo anche una notevole azione antifungina. Inizialmente chiamano la sostanza fungicidin, poi però decidono di optare per nystatin (nistatina, in italiano), in omaggio alla struttura dove prestano servizio, il NY (New York) State Department of Health.
Nel 1950, la comunità scientifica viene informata della scoperta del primo farmaco antifungino: la nistatina.
Un antifungino… prodotto da un batterio
Oggi gran parte degli antibiotici e degli antifungini utilizzati deriva da fonti naturali. Questo non deve sorprenderci.
Pensiamo alla scoperta del primo antibiotico. Alexander Fleming notò che un terreno di coltura era stato contaminato da una muffa di colore blu-verdastro. Attorno ad essa si era sviluppato un alone, all’interno del quale le colonie batteriche erano inspiegabilmente assenti. La penicillina, infatti, una sostanza prodotta da una muffa del genere Penicillium, era in grado di distruggere le colonie di Staphylococcus aureus, un batterio.
Riflettiamo ora sulla scoperta del primo antifungino. La nistatina era una sostanza prodotta dallo Streptomyces noursei, un batterio, capace di “attaccare” Candida albicans e Cryptococcus neoformans, due miceti.
Miceti contro batteri. Batteri contro miceti. Nel corso di milioni di anni di evoluzione, tutti i microrganismi hanno partecipato e tuttora sono impegnati in una continua “corsa agli armamenti”. Infatti, la produzione di antimicrobici offre loro un vantaggio competitivo per la sopravvivenza, addirittura permette loro di prosperare in un certo ambiente, adattandosi a condizioni talvolta anche estreme attraverso variazioni genetiche.
Per questo la ricerca e lo sviluppo di nuove molecole antimicrobiche da fonti naturali deve continuare, per evitare la minaccia di una “era post-antibiotica”, uno scenario in cui anche infezioni batteriche di lieve entità potrebbero diventare non trattabili con gli antibiotici a disposizione a causa della diffusione della resistenza a questi farmaci.
Ce lo insegnano i microbi. Loro lo sanno bene: è il segreto del loro successo da milioni di anni.
Fonti
- Science History Institute. Museum & Library. Elizabeth Lee Hazen and Rachel Fuller Brown. Disponibile a: https://sciencehistory.org/education/scientific-biographies/elizabeth-lee-hazen-and-rachel-fuller-brown/ Accesso: 10 luglio 2023.
- Encyclopedia of World Biography. Rachel Fuller Brown Biography. Disponibile a: https://www.notablebiographies.com/Br-Ca/Brown-Rachel-Fuller.html. Accesso: 10 luglio 2023.
- Vij R, Hube B, Brunke S. Uncharted territories in the discovery of antifungal and antivirulence natural products from bacteria. Comput Struct Biotechnol J. 2021 Feb 11;19:1244-1252.
- Vanreppelen G, Wuyts J, Van Dijck P, Vandecruys P. Sources of Antifungal Drugs. J Fungi (Basel). 2023 Jan 28;9(2):171.
Fonti immagini
Figura in evidenza e Figura 1. Coltura di Streptomyces spp. in tap water agar [Fonte: Public Health Image Library (PHIL). Centers for Disease Control and Prevention. CDC/ Dr. David Berd. 1972]. Disponibile a: https://phil.cdc.gov/Details.aspx?pid=2983
