Les penicil·lines són antibiòtics del grup dels β-lactàmics que tenen un ús molt ampli per tractar infeccions provocades per bacteris sensibles. La primera fou descoberta el 1928 per Alexander Fleming, cosa que li valdria el Premi Nobel de Medicina del 1945, compartit amb els científics Ernst Boris Chain i Howard Walter Florey, que, independentment de Fleming, havien dut a terme els estudis necessaris per convertir la penicil·lina en un fàrmac. La penicil·lina G o benzilpenicil·lina va ser el primer antibiòtic emprat àmpliament en medicina. La majoria de les penicil·lines són derivades de l'àcid 6-aminopenicil·lànic, que difereixen entre si segons la substitució a la cadena lateral del seu grup amino.
No es coneix completament el mecanisme d'acció de les penicil·lines, tot i que la seva analogia a la D-alanil-D-alanina terminal, situada a la cadena lateral peptídica de la subunitat del peptidoglicà, suggereix que el caràcter bactericida deriva de la intervenció com a inhibidor del procés de transpeptidació durant la síntesi de la mureïna. D'aquesta manera, la penicil·lina actua afeblint la paret bacteriana i facilitant la lisi osmòtica del bacteri durant el procés de multiplicació.
Existeix una gran diversitat de penicil·lines. Algunes espècies de fongs del gènere Penicillium sintetitzen penicil·lines de manera natural, com el primer tipus aïllat, la penicil·lina G. Tanmateix, a causa de l'aparició de resistències, s'han desenvolupat altres famílies seguint bàsicament dues estratègies: l'addició de precursors per la cadena lateral al medi de cultiu del fong productor, fet que estimula la producció de penicil·lines biosintètiques; i la modificació química de la penicil·lina obtinguda per la fermentació biotecnològica, resultant en penicil·lines semisintètiques.
Les penicil·lines difereixen entre si segons el seu espectre d'acció. Per exemple, la benzilpenicil·lina és eficient contra bacteris grampositius com els estreptococs i estafilococs, així com els gonococs i meningococs, però s'ha d'administrar per via parenteral a causa de la seva sensibilitat al pH àcid de l'estómac. En canvi, la fenoximetilpenicil·lina és resistent a aquest pH i es pot administrar per via oral. L'ampicil·lina, a més de mantenir aquesta resistència, és eficient contra bacteris gramnegatius com ara Haemophilus, Salmonella i Shigella.
Tot i que les penicil·lines són els antibiòtics menys tòxics, és habitual que causin al·lèrgies. Fins al 10% dels pacients que reben tractaments amb beta-lactàmics en desenvolupen. Com que un xoc anafilàctic pot provocar la mort del pacient, cal interrogar-lo sobre aquest tema abans d'iniciar el tractament.
A més de les seves propietats antibacterianes, la penicil·lina és un antídot eficient contra els efectes de l'enverinament per α-amanitina, un dels aminoàcids tòxics dels fongs del gènere Amanita.
Història de les penicil·lines
Tot i que generalment s'atribueix a Alexander Fleming el descobriment de la penicil·lina, moltes cultures diferents d'èpoques diferents arribaren a conèixer i emprar les propietats bactericides de les floridures mitjançant l'observació i l'experiència. Se n'han descobert precedents entre els neandertals, els malalts dels quals mastegaven fongs amb penicil·lina. Més modernament també a la Grècia i l'Índia antigues, així com els exèrcits de Ceilan del . També ha estat present en les cultures tradicionals de regions tan diferents i distants com Sèrbia, Rússia o la Xina, així com els nadius nord-americans. Se solien aplicar aliments florits o terra del sòl que contingués fongs a les ferides de guerra. Com a mínim des del , els metges àrabs curaven infeccions untant les ferides amb una pasta blanca que es formava als arnesos de cuir amb què ensellaven els burros de càrrega. Al llarg del , alguns farmacòlegs i herboristes anglesos, com ara John Parkington, inclogueren el tractament amb fongs als registres de farmàcia.
miniatura|Hospital St. Mary de Londres, que allotjava a la seva cèlebre ala Clarence el departament d'inoculació d'Almroth Wright i Alexander Fleming, on tingué lloc el descobriment de la penicil·lina.
A final del , Henle (un dels grans científics de l'anomenada «generació intermèdia») suscità al seu deixeble Robert Koch, a la Universitat de Göttingen, l'interès pel treball d'Agostino Bassi i Casimir Davaine, que el portaria a investigar els microorganismes com a agents causants de les malalties. Això el dugué el 1876 a descobrir que el Bacillus anthracis era l'agent causant específic del carboncle (o àntrax maligne), en la línia de la teoria microbiana de la malaltia, i a enunciar els seus cèlebres postulats. Més endavant, Paul Ehrlich, que treballà amb Koch a Berlín, desenvolupà el concepte de les Magische Kugel o bales màgiques, que refereix als components químics que podien eliminar selectivament els gèrmens. Finalment, el 1909 reeixí a sintetitzar un compost (el número 606, més endavant conegut com a salvarsan) que es revelà eficient contra la sífilis. Aquest descobriment influí posteriorment en Alexander Fleming, fins al punt que existeixen caricatures del jove Fleming caracteritzat i motejat com a «recluta 606».
Al mateix temps o poc després, com se sabia que els bacteris podien provocar malalties, es produirien un gran nombre d'observacions –tant in vivo com in vitro– i es veié que les floridures exercien una acció bactericida. En són exemples els treballs de John Scott Burdon-Sanderson, Joseph Lister, William Roberts, John Tyndall, Louis Pasteur i Jules François Joubert, Carl Garré, Vincenzo Tiberio, Ernest Duchesne, André Gratia i Sara Dath.
El 2000, metges de l'Hospital San Juan de Dios de San José (Costa Rica) publicaren els escrits del científic i metge costariqueny Clodomiro Clorito Picado Twight (1887-1944). En el seu informe, expliquen les experiències que adquirí Picado entre el 1915 i el 1927 sobre l'acció inhibidora dels fongs del gènere Penicillium sobre el creixement d'estafilococs i estreptococs (bacteris causants d'una sèrie d'infeccions humanes). Aparentment, Clorito Picado informà del seu descobriment l'Acadèmia de Ciències de París, però no el patentà, tot i que la seva investigació havia començat uns quants anys abans que la de Fleming.
Alexander Fleming
miniatura|Alexander Fleming sostenint una placa de Petri en què s'observa una massa fúngica de Penicillium (a dalt a la dreta) i sis estries de bacteris (a baix a l'esquerra). Remarqueu la clapa d'inhibició en el creixement dels bacteris. El descobriment de la penicil·lina ha estat presentat com un exemple icònic de com funciona el mètode científic a través de l'observació, i de la singular habilitat d'Alexander Fleming a l'hora d'interpretar un fenomen casual. El mateix Fleming relatà aquesta versió en la seva conferència de recepció del Premi Nobel. Tanmateix, alguns autors revisen aquesta història oficial, i opinen que, sense restar mèrits, està distorsionada per mites, la necessitat de propaganda en la Segona Guerra Mundial i també una certa lluita pel prestigi d'institucions amb influències sobre àrees del poder i la premsa. George Wong, en considerar la versió d'un descobriment casual, destaca els antecedents següents: miniatura|Text manuscrit d'Alexander Fleming explicant el procés d'obtenció de la penicil·lina, ofert en ocasió de la seva visita a Montserrat. Coneixia gairebé tots els autors mencionats més amunt. El gran nombre ja n'és per si sol indicador que existia tot un corrent que investigava el camp amb un coneixement del treball dels altres. El mateix Fleming ho reconegué a la seva conferència del Premi Nobel. Buscava activament una substància bactericida; impressionat pels camps de batalla europeus a la Primera Guerra Mundial i les baixes per infecció de les ferides, feu proves amb el Salvarsan, descobrí el lisozim i constatà que no afectava cap dels organismes problemàtics de la penicil·lina, i això en contra de la línia marcada pel seu superior, Almroth Wright, més interessat en la immunització. En el seu primer treball compara l'espectre d'acció de la penicil·lina i el lisozim.
Segons Fleming, el descobriment de la penicil·lina es produí el matí del divendres 28 de setembre del 1928, quan estava estudiant cultius bacterians de Staphylococcus aureus al soterrani del laboratori de l'Hospital St. Mary en Londres, situat a l'Ala Clarence, actualment part de l'Imperial College.Kendall F. Haven, Marvels of Science (Libraries Unlimited, 1994) p. 182 Després de tornar d'un mes de vacances, observà que molts cultius estaven contaminats, i els llençà a una safata de Lysol. Afortunadament, rebé una visita d'un antic company i, en mostrar-li el que estava fent amb algunes de les plaques que encara no havien estat rentades, s'adonà que en una d'elles s'havia creat al voltant del fong contaminant un halo de transparència, cosa que indicava destrucció cel·lular. L'observació immediata fou que es tractava d'una substància difusible procedent del contaminant. Posteriorment aïllà i cultivà el fong en una placa en què disposà radialment diversos microorganismes, comprovant quins eren sensibles. La identificació de l'espècimen com a Penicillium notatum la feu Charles Thom. Publicà el seu descobriment sense rebre gaire atenció i, segons els seus companys, Fleming tampoc no s'adonà en un principi del potencial de la substància, sinó a poc a poc, en especial a causa de la seva baixa estabilitat. Al seu treball, obtingué un filtrat lliure de cèl·lules que injectà a conills, comprovant que mancava de toxicitat. També n'aprecia la utilitat per aïllar Haemophilus influenzae a partir d'esputs.Fleming, A. (1929). On the antibacterial action of cultures of a Penicillium, with special reference to their use in the isolation of B. influenzae. British Journal of Experimental Pathology. 10: 226-236.
Primeres aplicacions en medicina i aïllament miniatura|Aspecte al microscopi òptic de les hifes i els conidiòfors de Penicillium, fong del qual s'aïllà la penicil·lina. Fleming, per culpa del caràcter tímid que el caracteritzava, no aconseguia transmetre entusiasme sobre el seu descobriment, tot i que continuà treballant-hi durant molt de temps, fins que el 1934 l'abandonà per dedicar-se a les sulfamides. La primera demostració que la penicil·lina era útil per la medicina la dugué a terme el 1930 el patòleg anglès Cecil George Paine, antic alumne de Fleming, que intentà tractar la sicosi sense èxit, probablement perquè no administrà el medicament amb prou profunditat. Tanmateix, aconseguí reeixir aplicant el filtratge a nounats per al tractament de l'oftàlmia neonatal, aconseguint la seva primera cura el 25 de novembre del 1930, en un adult i tres bebès. Tot i que aquests resultats no foren publicats, influïren en Howard Walter Florey, que fou company de Payne a la Universitat de Sheffield.
Entre el 1928 i el 1938, Florey s'interessà primerament pel lisozim, i després pel segon descobriment de Fleming. A diferència d'aquest últim, que gairebé no tenia personal, formà un gran equip amb personalitats del calibre de Chain, Leslie Falk, Norman Heatley i fins a vint-i-dos altres col·laboradors, entre investigadors i tècnics, amb una gran quantitat de medis a l'escola de patologia Sir William Dunn d'Oxford, tot i que, segons Florey, no pel seu potencial farmacèutic, sinó per pur interès científic. La seva capacitat de processament superava els 500 litres de cultiu setmanals.