“PLANTEL CUAUTITLÁN” HISTORIA DE LA INGENIERÍA QUÍMICA

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Las Penicilinas

La penicilina es uno de los antibióticos más importantes. Su descubrimiento inicial fue en gran parte fortuito, pero su desarrollo y su aplicación terapéutica representan el resultado de un programa bien planeado y ejecutado que produjo uno de los principales progresos de la terapéutica médica. Aunque muchos otros agentes antimicrobianos se han producido desde que se conoció la penicilina, todavía es un antibiótico de primer orden muy usado, y cada año se producen nuevos derivados del núcleo básico de la penicilina. Muchos de ellos poseen ventajas únicas, de modo que los miembros de este grupo de antibióticos son actualmente las drogas de elección para gran número de enfermedades infecciosas.

Descubrimiento de la penicilina de Alexander Fleming

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La penicilina supuso el nacimiento de la era de los antibióticos. Antes de su introducción no había tratamiento eficaz para las infecciones, como la neumonía, la gonorrea o la fiebre reumática. Los hospitales estaban llenos de personas con envenenamiento de la sangre contratados a partir de un corte o un rasguño, y los médicos no podían hacer mucho por ellos, solo esperar y tener esperanza.

Los antibióticos son compuestos producidos por las bacterias y hongos que son capaces de matar, o inhibir, compitiendo especies microbianas. Este fenómeno ha sido conocido; puede explicar por qué los antiguos egipcios tenían la práctica de aplicar una cataplasma de pan mohoso a las heridas infectadas. Pero no fue hasta 1928 que la penicilina, el primer antibiótico cierto, fue descubierta por Alexander Fleming, el profesor de Bacteriología del Hospital St. Mary de Londres.

Al volver de vacaciones el 3 de septiembre de 1928, Fleming comenzó a ordenar a través de placas de Petri que contenían colonias de Staphylococcus, bacterias que hierve causa, dolores de garganta y abscesos. Se dio cuenta de algo inusual en un plato. Fue salpicado de colonias, excepto por un área en donde una mancha de moho fue creciendo. En la zona inmediatamente alrededor del molde, identificó más tarde como una cepa de Penicillium notatum rara que estaba clara, como si el molde se había secretado algo que inhibe el crecimiento bacteriano.

Fleming descubrió que su "jugo de molde" era capaz de matar a una amplia gama de bacterias dañinas, como el estreptococo, el meningococo y el bacilo de la difteria. Luego puso a sus ayudantes, Stuart Craddock y Frederick Ridley, la difícil tarea de aislar la penicilina pura del jugo en el molde. Se demostró que es muy inestable, y sólo fueron capaces de preparar soluciones de material en bruto para trabajar. Fleming publicó sus hallazgos en la revista British Journal of Experimental Pathology en junio de 1929, con sólo una referencia de pasada a los posibles beneficios terapéuticos de penicilina. En esta etapa parecía que su aplicación principal sería en el aislamiento de las bacterias a la penicilina insensible de bacterias sensibles a la penicilina en un cultivo mixto. Esto, al menos, era de beneficio práctico para los bacteriólogos, y se mantiene el interés en ir a la penicilina. Otros, entre ellos Harold Raistrick, catedrático de Bioquímica de la Escuela de Londres de Higiene y Medicina Tropical, se trató de purificar la penicilina, pero fracasaron.

Fabricación industrial de la penicilina

El hongo utilizado industrialmente para la producción de penicilina es Penicillum chrysogenum y es especialmente activo contra estafilococos, estreptococos, neumococos y la mayoría de las bacterias Gram positivas. A la penicilina producida comercialmente se la llama penicilina G (bencil-penicilina), aunque el mismo hongo produce varios tipos más. Estos compuestos son ácidos fuertes inestables y por eso se los comercializa como sales de sodio, calcio, aluminio, etc.

El primer sistema de producción de penicilina fue el conocido como método de superficie, donde el hongo crecía en la superficie de una capa de medio de cultivo, en bandejas. Pero después de 1944, el desarrollo del método de fermentación sumergida permitió disminuir los requerimientos de espacio y, consecuentemente, los costos de producción. Los fermentadores para la producción de penicilina alcanzan los 20.000 a 115.000 litros de capacidad. El inóculo constituye casi el 10% del cultivo total y se prepara a partir de un cultivo (starter) del hongo preparado de esporas liofilizadas.

El medio de cultivo para la fermentación se compone básicamente de un caldo de maíz, con el agregado de lactosa y compuestos inorgánicos. Después de ajustar el pH (4,5-5,0), el medio de cultivo se pasa al fermentador equipado con un agitador vertical y con un sistema de inyección de aire estéril y serpentinas para mantener la temperatura entre 23 y 25 ºC. El hongo se introduce estérilmente y se inicia la fermentación, durante la cual el aire estéril permite el crecimiento del hongo y la agitación facilita su distribución en el fermentador.

Después de unas 50 a 90 horas la tasa de crecimiento del hongo disminuye, el fermentador se enfría a 5 ºC para prevenir la desestabilización del antibiótico y el micelio (hongo) se separa por filtración. La penicilina se extrae posteriormente empleando solventes (acetato de amilo y cloroformo), se concentra y se trata con bicarbonato de sodio para formar la sal sódica. La esterilización de hace por filtración y luego el producto se cristaliza y se envasa en polietileno o frascos de vidrio.

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*Diagrama de flujo de la fabricación de la penicilina.

Estructura Química

La estructura básica de las penicilinas, consiste en un anillo de tiazolidina (A) unido a un anillo beta-lactàmico (B) al que está unida una cadena lateral (R) . El núcleo de penicilina en sí es el principal requerimiento estructural para la actividad biológica; la transformación metabólica o la alteración química de esta porción de la molécula causa la pérdida de toda actividad antibacteriana significativa. La cadena lateral (R) determina muchas de las características antibacterianas y farmacológicas de un tipo determinado de penicilina.

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Clasificación de las penicilinas y resumen de sus propiedades farmacológicas

Es útil clasificar las penicilinas de acuerdo a su espectro de actividad antimicrobiana.

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