Penicilina: Usos, mecanismo de acción y efectos secundarios

Descubrimiento de la penicilina

El bacteriólogo Alexander Fleming descubrió en el año 1928 que el moho Penicillium notatum producía una sustancia que impedía el crecimiento de bacterias. Después de haber dejado por error placas de Petri bacterianas cerca de una ventana abierta, Fleming notó zonas claras alrededor del moho que contaminaban las placas de Petri donde no las bacterias podrían crecer. Como científico que estudia las bacterias, Fleming entendió que esta observación significaba que el moho estaba produciendo una sustancia que mata las bacterias. Fleming se interesó mucho en P. notatum y trató de identificar qué sustancia específica estaba produciendo el moho que podría inhibir el crecimiento bacteriano.

Desafortunadamente, Fleming no tenía un laboratorio de química ni experiencia en bioquímica y no pudo aislar la penicilina del moho que mata las bacterias. Entonces, publicó un artículo científico sobre su descubrimiento en una revista revisada por pares en 1929, donde pasó desapercibido durante casi diez años. En 1939, Norman Heatley, Ernst Chain y Howard Florey, que eran investigadores de Oxford en un laboratorio de bioquímica avanzada, se interesaron mucho en P. notatum después de leer el artículo de Fleming. Pudieron lograr lo que Fleming no pudo al aislar la penicilina del moho P. notatum, purificarla para que pudiera administrarse de manera segura a los humanos y producirla en masa a partir de un moho relacionado, llamado P. chrysogeum, a principios de la década de 1940.

Estructura de la penicilina

Las moléculas de penicilina tienen tres partes químicamente significativas, que son (1) su anillo betalactámico, (2) una cadena lateral variable y (3) un anillo de tiazolidina. Las propiedades antibióticas de la penicilina provienen de su anillo betalactámico, y la cadena lateral determina cómo el cuerpo metaboliza el fármaco y también puede afectar en qué tipos de bacterias el antibiótico es más eficaz.

¿Cómo se usan las penicilinas?

La penicilina es una herramienta farmacéutica invaluable que ha salvado innumerables vidas en todo el mundo desde que fue producida en masa en la década de 1940. Antes del descubrimiento de la penicilina, las infecciones menores podían propagarse fácilmente a la sangre, convertirse en sepsis y resultar fatales. La penicilina está disponible tanto en forma oral como intravenosa y mata las bacterias que causan infecciones.

Algunas infecciones que la penicilina puede tratar incluyen:

• Neumonía
• Otis medios
• faringitis estreptocócica
• Osteomielitis
• Endocarditis
• Impétigo
• Gonorrea
• Sífilis

¿Cómo actúa la penicilina?

Entonces, ¿cómo mata la penicilina las bacterias? Las bacterias están protegidas por una pared celular de peptidoglicano compuesta de proteínas y azúcar. Molecularmente, el peptidoglicano parece una red cruzada de dos azúcares unidos a péptidos, llamados N-acetilglucosamina (NAG) y ácido N-acetilmurámico (NAM). Los péptidos son cadenas proteicas cortas; En las bacterias, los enlaces de peptidoglicano son facilitados por una enzima bacteriana llamada transpeptidasa. Si hay alguna interferencia en los procesos conectivos entre estos dos azúcares, la pared celular bacteriana se debilita y comienza a romperse. Cuando el peptidoglicano se rompe, las diferencias de presión osmótica entre el interior de la bacteria y el exterior hacen que los componentes internos de la bacteria se filtren. Cuando los componentes internos de la célula se filtran al medio ambiente, las bacterias mueren mediante un proceso llamado lisis.

El mecanismo de acción de la penicilina es bactericida porque mata las bacterias al inhibir la construcción de sus paredes celulares de peptidoglicano. ¿Cómo actúa la penicilina para alterar la pared celular bacteriana? El anillo betalactámico de la penicilina se une a la transpeptidasa, que crea los enlaces peptídicos que unen NAG y NAC. Cuando la penicilina se une a la enzima, ya no es funcional y se detiene la formación de nuevos enlaces peptídicos que conectan NAG y NAC. Por su mecanismo de acción, la penicilina se clasifica como un antibiótico betalactámico, que son antibióticos que matan las bacterias inhibiendo la síntesis de sus paredes celulares.

Espectro de actividad de la penicilina

A pesar de su método altamente eficaz para matar bacterias, la penicilina sólo puede alterar las paredes celulares de las bacterias Gram positivas. La diferencia entre bacterias Gram positivas y Gram negativas es estructural. Ambas bacterias tienen membranas plasmáticas rodeadas por una pared celular de peptidoglicano. Sin embargo, en las bacterias Gram-positivas, la pared celular de peptidoglicano es su capa protectora más externa y está expuesta al ambiente externo. En las bacterias Gram-negativas, hay una membrana externa lipídica protectora adicional que cubre completamente la pared celular de peptidoglicano.

Para algunas especies bacterianas, los antibióticos tipo penicilina suelen ser eficaces contra:

• Especies de estafilococos
• Especies de estreptococos
• Neisseria gonorrhoeae
• Treponema pallidum

Dado que sólo las paredes celulares de las bacterias Gram positivas están expuestas, la penicilina sólo puede inhibir la síntesis de la pared celular de las bacterias Gram positivas. Las bacterias gramnegativas están eficazmente protegidas de los efectos de la penicilina. Debido a su capacidad limitada para matar únicamente bacterias grampositivas, los antibióticos de penicilina se clasifican farmacéuticamente como antibióticos de espectro reducido.

Efectos secundarios de las penicilinas

Aunque el antibiótico penicilina sólo actúa sobre las paredes celulares bacterianas, sigue siendo un fármaco metabolizado por el cuerpo humano y puede provocar reacciones adversas. Los efectos secundarios más comunes de tomar penicilina incluyen erupciones cutáneas, diarrea y dolor de cabeza. Otros dos efectos adversos graves de los antibióticos de penicilina incluyen hipersensibilidad alérgica e infección por Clostridium difficile. Con alergia a la penicilina, pueden producirse urticaria, hinchazón, angioedema, dificultad para respirar y anafilaxia, según la gravedad de la alergia. En una infección por C. difficile, la penicilina mata las bacterias grampositivas competidoras, dejando que otra bacteria llamada C. difficile prolifere. C. difficile causa una enfermedad diarreica mediada por toxinas que puede ser fatal. Aunque C. difficile también es una bacteria Gram positiva, es completamente resistente a los antibióticos de penicilina.

Resumen de la lección

La penicilina es un antibiótico derivado de ciertos mohos Penicillium que producen una sustancia química bactericida. Fue descubierto en el año 1928 cuando un bacteriólogo llamado Alexander Fleming encontró colonias de moho creciendo en sus placas de Petri. La penicilina se clasifica como un antibiótico betalactámico porque tiene la capacidad de matar bacterias al inhibir la síntesis de sus paredes celulares de peptidoglicano. Cuando se altera la integridad de la pared celular bacteriana, el contenido interno de la célula comienza a filtrarse al ambiente exterior debido a la presión osmótica, y eventualmente estalla y mata la célula en un proceso llamado lisis.

Desafortunadamente, la penicilina no actúa en todas las bacterias, aunque casi todas las bacterias tienen paredes celulares de peptidoglicano. Las bacterias gramnegativas son naturalmente resistentes a la penicilina porque tienen una membrana externa lipídica adicional que cubre y protege sus paredes celulares de peptidoglicano, haciéndolas inaccesibles a las moléculas de penicilina. Debido a que la eficacia de la penicilina se limita a una gama estrecha de determinadas bacterias grampositivas, los antibióticos de penicilina se clasifican farmacéuticamente como antibióticos de espectro reducido.