Louis Pasteur: biografia, vaccino e altre scoperte

Louis Pasteur: biografia, vaccino e altre scoperte A cura di Redazione Studenti.

Louis Pasteur e la scienza: vita e scoperte del chimico francese che diede un contributo fondamentale alla microbiologia moderna, grazie al vaccino e agli studi sulla fermentazione

1Louis Pasteur: biografia

Louis Pasteur
Louis Pasteur — Fonte: ansa

Louis Pasteur (Dole, 27 dicembre 1822 – Marnes-la-Coquette, 28 settembre 1895) nacque in una famiglia di modeste condizioni economiche. Conseguì la licenza liceale nel 1842 e la laurea nel 1847 con due tesi: una di Chimica (“Ricerche sulla capacità di saturazione dell’acido arsenioso”) e l’altra di Fisica (“Studio dei fenomeni relativi alla polarizzazione rotatoria dei liquidi”). 

Louis Pasteur si dedicò inizialmente con molto interesse allo studio della cristallografia, disciplina che si occupa dello studio dei materiali cristallini.  Nel 1848, come dettagliato in seguito, osservando i cristalli dell’acido tartarico (composto che si forma durante l'invecchiamento del vino), si accorse che essi si presentavano in due forme che avevano la stessa struttura cristallografica ma erano speculari e le loro soluzioni interagivano differentemente con la luce polarizzata.     

Laboratorio di Louis Pasteur
Laboratorio di Louis Pasteur — Fonte: getty-images

Nello stesso anno, Louis Pasteur fu nominato professore di Fisica al Liceo di Digione e l’anno successivo supplente alla Cattedra di Chimica dell’Università di Strasburgo. Sposò la figlia d’Auguste Laurent, Rettore di quell’Università, dalla quale ebbe tre figli, Jeanne, Jean Baptiste e Marie Louise. 

Nel 1854 Pasteur fu nominato professore alla Facoltà di Scienze di Lille dove diede inizio agli studi sulle fermentazioni che proseguì anche in seguito quando, dopo tre anni, si trasferì alla Scuola Normale Superiore.  

Il 3 giugno 1861 Pasteur presentò all’Accademia delle Scienze di Parigi la Memoria relativa agli studi sulla generazione spontanea che descrivevano le osservazioni microscopiche realizzate su campioni d'aria raccolta attraverso filtri di cotone. I risultati ottenuti gli valsero, nel 1864, un importante riconoscimento.

Louis Pasteur riceve un riconoscimento dalla Sorbona
Louis Pasteur riceve un riconoscimento dalla Sorbona — Fonte: getty-images

Nel 1863 Louis Pasteur ottenne la Cattedra di Geologia, Fisica e Chimica nella Scuola di Belle Arti e nel 1864, sulla base di una Memoria conclusiva sulla fermentazione acetica pubblicò gli “Studi sull’aceto, la sua fabbricazione, le sue malattie e i mezzi per prevenirle” avviando così le ricerche sulle malattie del vino. Si dedicò a pieno a questo ambito a partire dal 1863 concludendo che le alterazioni dei vini erano dovute a produzioni microscopiche dei fermenti. Nel 1867 fu nominato professore di Chimica alla Sorbona.

Successivamente, l’impegno di Pasteur fu indirizzato alla malattia del baco da seta che affliggeva il sud della Francia di quegli anni, con gravi ripercussioni a livello economico.

Bachi da seta
Bachi da seta — Fonte: ansa

Gli studi condotti e i risultati ottenuti nell’ambito delle malattie del vino e del baco da seta lo indirizzarono verso lo studio delle malattie infettive: nel 1877 pubblicò il primo studio sul carbonchio, cui seguirono quelli sul colera dei polli. Proprio questi ultimi lo indirizzarono, come vedremo, alla scoperta dell’immunizzazione per mezzo delle colture attenuate.

Pasteur ebbe una visione molto ampia della microbiologia e fu il primo a riunire tutti gli aspetti della vita microbica, dalla fermentazione, alla putrefazione e al contagio. Per quanto ai medici del tempo risultasse difficile accettare l’idea che la causa di malattie che interessavano l’uomo e gli animali potesse essere ricercata in agenti microscopici come i batteri, nel 1868 fu proclamato dottore in Medicina dall’Università di Bonn. 

Infezione batterica
Infezione batterica — Fonte: istock

Nel 1871 per protestare contro il bombardamento tedesco del Museo di Storia Naturale, Louis Pasteur restituì a Bonn e alla Germania il diploma ricevuto e, a partire dallo stesso anno, riprese gli studi sulle fermentazioni e sulla birra. Nel 1873 fu eletto membro dell’Accademia di Medicina e nel 1874, fu costretto dalle sue precarie condizioni di salute a lasciare la Sorbona. 

Nel 1881 fu eletto membro dell’Accademia delle Scienze e seguirono altri riconoscimenti ed onori, per le scoperte fatte. La comunità di Dole, nel 1883, volle una lapide commemorativa sulla sua casa natale. Alla scoperta delle basi della profilassi antirabbica avvenuta nel 1885, seguirono le comunicazioni sotto il titolo “Metodo per prevenire la rabbia dopo la morsicatura” all’Accademia delle Scienze e della Medicina. 

Pasteur osserva la fermentazione della birra
Pasteur osserva la fermentazione della birra — Fonte: getty-images

Louis Pasteur fondò l’omonimo istituto di ricerca il 4 giugno 1887, grazie ad una sottoscrizione internazionale inaugurato poi il 14 novembre del 1888. Alla sua morte (28 settembre 1895) lo scienziato venne tumulato nell’Istituto a lui intitolato.

2I contributi scientifici di Pasteur

2.1La chiralità

Come accennato prima, Pasteur si dedicò allo studio della formazione di cristalli di varie sostanze. In particolare gli studi che condusse sulle proprietà cristallografiche, chimiche e ottiche dell'acido tartarico posero le basi della stereochimica. Tale disciplina studia la struttura delle molecole nelle tre dimensioni, e le relative proprietà quali la simmetria e la chiralità, ovvero la proprietà di una molecola di non essere sovrapponibile alla sua immagine speculare. 

Pasteur all'interno di un laboratorio dell'istituto omonimo
Pasteur all'interno di un laboratorio dell'istituto omonimo — Fonte: getty-images

Le molecole che sono immagini speculari non sovrapponibili l’una sull’altra sono dette enantiomeri. Gli enantiomeri hanno le stesse proprietà chimiche e fisiche e pertanto, per essere individuati, vanno sfruttate le differenze in termini di rotazione del piano della luce polarizzata: le molecole che ruotano il piano della luce polarizzata (otticamente attive) sono molecole non sovrapponibili alla loro immagine speculare. 

Nel 1848 Pasteur osservando al microscopio i cristalli di un sale dell’acido tartarico si accorse della presenza di due tipi di cristalli, l’uno l’immagine speculare dell’altro e riuscì per primo a separare manualmente i due enantiomeri cristallizzati. Analizzando le loro soluzioni con il polarimetro poté concludere che di fatto ruotavano il piano della luce polarizzata in verso opposto.   

In questo modo Pasteur poté confermare la correlazione tra la morfologia dei cristalli e il potere rotatorio. Inoltre notò che una soluzione contenente quantità uguali dei due enantiomeri (miscela racemica) non presenta attività ottica: i contributi dei due enantiomeri si annullano infatti a vicenda dato che il loro potere rotatorio è uguale in valore assoluto, ma opposto in segno. 

Oggi sappiamo che la maggior parte delle molecole biologiche sono chiraliche e l’importanza della stereochimica si riflette ad esempio anche nel settore farmaceutico poiché molti farmaci sono miscele racemiche di composti sintetizzati chimicamente e in cui spesso uno solo degli enantiomeri è biologicamente attivo mentre l’altro è inerte (es. ibuprofene).  

Due microscopi presentati dal Whitbreads Brewery a Louis Pasteur
Due microscopi presentati dal Whitbreads Brewery a Louis Pasteur — Fonte: getty-images

2.2Pasteur e la microbiologia

Pasteur è universalmente riconosciuto come il padre della microbiologia: partendo dai contributi di predecessori illustri, pose infatti le basi della microbiologia moderna

2.3Le fermentazioni

Louis Pasteur fu uno dei maggiori studiosi delle fermentazioni (se ne occupò soprattutto tra il 1850 e il 1860) e, in particolare, si interessò ai processi di produzione del vino poiché spesso interessato da deterioramenti che avevano gravi ripercussioni sull’economia francese.

Per quanto di origini antichissime, la produzione di bevande alcoliche era ancora sconosciuta dal punto di vista scientifico, tanto che il processo di trasformazione dello zucchero in alcol era ritenuto frutto di una semplice combinazione chimica.

Pasteur riconobbe invece il ruolo dei microrganismi in questo ambito. Dimostrò infatti che le fermentazioni, definite da lui stesso come la “vita in assenza di ossigeno”, sono il risultato dell’attività metabolica dei microrganismi (il materiale di partenza in questione subisce un cambiamento tale da acquistare nuove caratteristiche fisiche ed organolettiche).

Esistono diversi tipi di fermentazione e in ciascuna tipologia sono coinvolti specifici gruppi microbici. Ad esempio, nel lievito la fermentazione (degradazione anaerobica) del glucosio ad etanolo e CO2 è stata utilizzata per secoli nei processi di vinificazione e panificazione. 

2.4Cenni di biochimica

Pasteur lavora, nel suo laboratorio, agli esperimenti sui conigli
Pasteur lavora, nel suo laboratorio, agli esperimenti sui conigli — Fonte: getty-images

Glicolisi = sequenza di 10 reazioni enzimatiche che convertono una molecola di glucosio in due molecole di piruvato con produzione netta di 2 ATP e la riduzione di 2 NAD+ a 2 NADH. 

ATP= molecola che distribuisce all’interno della cellula l’energia necessaria 

NAD+ = coenzima che funge da trasportatore di elettroni e coinvolto quindi nelle reazioni di ossido-riduzione 

In condizioni anaerobiche il piruvato viene ridotto per rigenerare il NAD+ necessario per la glicolisi. Nella fermentazione omolattica il piruvato viene ridotto a lattato. Nella fermentazione alcolica (caratteristica del lievito) il piruvato viene decarbossilato e l’acetaldeide che si ottiene viene ridotta con la formazione di etanolo. 

2.5Effetto Pasteur

Busto di Pasteur davanti all'Istituto omonimo
Busto di Pasteur davanti all'Istituto omonimo — Fonte: ansa

Con la fermentazione si ha la produzione netta di 2 ATP per ogni molecola di glucosio. Rispetto alla fosforilazione ossidativa (dove l’ossigeno funge da accettore di elettroni da parte del NADH) che ha una resa di 38 ATP, risulta quindi “inefficiente” in termini di utilizzo di glucosio. Questo giustifica l’osservazione di Pasteur che il lievito consuma molto più glucosio quando cresce in assenza di ossigeno (effetto Pasteur).  

2.6La teoria della generazione spontanea

Pasteur era già un chimico famoso in Francia quando, intorno al 1859, iniziò a dedicarsi al problema dell’origine delle contaminazioni dei liquidi usati in alimentazione. La teoria della generazione spontanea, accettata in quegli anni a partire dai tempi di Aristotele, sosteneva la possibile formazione di esseri viventi da materia non vivente, ritenendo quindi possibile che la contaminazione si generasse dal nulla. 

Pasteur fotografato nel laboratorio dell'Ecole Normale di Parigi
Pasteur fotografato nel laboratorio dell'Ecole Normale di Parigi — Fonte: getty-images

La confutazione dell’origine spontanea dei microrganismi risultava tecnicamente più complicata rispetto a quella di organismi più “grandi”. I primi studi di Pasteur erano basati su osservazioni microscopiche realizzate su campioni d'aria raccolti attraverso un filtro di cotone e che presentavano sempre corpuscoli la cui forma e struttura faceva pensare a microrganismi.   

Per dimostrare che i corpuscoli presenti sui filtri di cotone erano germi in grado di contaminare le infusioni quando lasciate a contatto con l’aria, Pasteur contaminò infusioni sterili (rese tali mediante una prolungata ebollizione in recipienti chiusi) con batuffoli di cotone precedentemente esposti all’aria e osservò che dopo alcuni giorni il liquido mostrava una grande presenza di microrganismi. 

Illustrazione di strumenti chimici antichi
Illustrazione di strumenti chimici antichi — Fonte: istock

Effettuò quindi gli esperimenti conclusivi riempiendo bottiglie di vetro con brodo di carne bollito, poi riscaldò il collo del contenitore così da piegarlo ottenendo le famose bottiglie con il collo di cigno. 

In questo modo andava a restringere e a rendere tortuoso il canale di accesso per l’aria tanto che dopo tre giorni il brodo risultava incontaminato, poiché nessun germe riusciva a risalire lungo il collo fino al contenuto della bottiglia. 

Al contrario, infusioni organiche conservate in fiaschi il cui collo veniva rotto, si popolavano rapidamente di microrganismi. Con questo esperimento, nel 1861, Pasteur confutò definitivamente la teoria plurimillenaria della generazione spontanea. Tra i sostenitori di Pasteur ricordiamo il fisico inglese John Tyndall. 

John Tyndall, il fisico sostenitore del lavoro di Pasteur
John Tyndall, il fisico sostenitore del lavoro di Pasteur — Fonte: ansa
  • Tindalizzazione: tecnica di sterilizzazione frazionata messa a punto da Tyndall per uccidere tutte le forme presenti nelle infusioni, comprese le spore. Tale tecnica è basata sul riscaldamento a 100 °C per alcuni minuti alternato con il raffreddamento a temperature che permettono la germinazione delle spore in cellule vegetative che verranno uccise dal riscaldamento successivo.  
  • Pasteurizzazione: procedura ideata da Pasteur per distruggere microrganismi presenti nel vino e nella birra, che permette di eliminare solo alcune forme di microrganismi poiché basata su temperature di 60-65 °C. Attualmente viene impiegata per la conservazione di alimenti poiché non altera troppo le caratteristiche organolettiche.  
Batteri osservati al microscopio
Batteri osservati al microscopio — Fonte: istock

Complessivamente, i risultati di Pasteur e Tyndall possono essere utilizzati per concludere che i microrganismi non hanno origine spontanea in infusioni organiche adeguatamente sterilizzate.

2.7Malattie infettive e vaccini

Gli studi sulla fermentazione e sulla generazione spontanea permisero a Pasteur di intuire il ruolo dei microrganismi anche nell’origine e nello sviluppo di alcune malattie: intuì infatti che come i contaminanti del brodo, anche i microrganismi responsabili delle infezioni non originano dal nulla nel corpo dell’ospite ma vi penetrano dall’esterno. 

Robert Koch, lo scienziato tedesco che scoprì l'agente eziologico della tubercolosi
Robert Koch, lo scienziato tedesco che scoprì l'agente eziologico della tubercolosi — Fonte: getty-images

Gli studi di Pasteur erano ormai noti in tutta Europa ed ebbero importanti ripercussioni in medicina, costituendo il punto di partenza di lavori importanti, quali quelli condotti da Joseph Lister e Robert Koch

2.8Dallo studio del colera dei polli ai germi attenuati

Pasteur si interessò a malattie infettive che interessavano gli animali e l’uomo e, nel 1879, si dedicò in particolare allo studio del “colera dei polli”, malattia che causava in quegli anni una vera e propria moria di pollame. 

Louis Pasteur in un dipinto di Albert Edelfelt
Louis Pasteur in un dipinto di Albert Edelfelt — Fonte: ansa

Pasteur isolò una gran quantità dei batteri responsabili di questa malattia e notò che, quando li iniettava nei volatili, ne determinavano la malattia e la morte tranne in un caso. L’eccezione era rappresentata da batteri isolati in laboratorio ma lasciati senza nutrimento per un periodo relativamente lungo. 

Questi batteri indeboliti non erano in grado di scatenare la malattia quando iniettati nei polli e vennero (e sono tutt’ora) definiti attenuati. Inoltre Pasteur notò che quegli stessi polli, infettati in seguito con batteri freschi (non attenuati) non si ammalavano. L’infezione con batteri attenuati ottenuti in laboratorio ne aveva evidentemente determinato l’immunizzazione

Questa osservazione in particolare aprì la strada a tutte le immunizzazioni che sono state largamente effettuate nel corso del Novecento

2.9La rabbia: studio e vaccini

Nel 1885, in collaborazione con il suo assistente Emile Roux, Pasteur mise a punto il primo vaccino per combattere la rabbia, malattia virale trasmessa all’uomo dal morso di un animale infetto.

Emile Roux, l'assistente con cui Louis Pasteur mise appunto il vaccino contro la rabbia
Emile Roux, l'assistente con cui Louis Pasteur mise appunto il vaccino contro la rabbia — Fonte: ansa

Il vaccino antirabbico fu sperimentato per la prima volta sull’uomo il 6 luglio 1885 su Joseph Meister, un bambino di nove anni che arrivò al laboratorio di Pasteur accompagnato dalla madre dopo essere stato morso da un cane rabbioso. 

Roux aveva disponibile il vaccino contro la rabbia, sviluppato infettando alcuni conigli ed estraendo tessuto infetto dalla spina dorsale degli animali. L’attenuazione dei patogeni destinati a diventare vaccini veniva effettuata in laboratorio anche tramite essiccazione e Roux aveva dimostrato che i virus responsabili della rabbia, pur venendo addirittura uccisi da questa pratica, mantenevano la capacità di generare immunità.

Fino a quel momento i risultati erano stati ottenuti provando il vaccino sui cani. Quello di Pasteur su Joseph Meister fu quindi un vero azzardo, fortunatamente finito bene: il vaccino funzionò e il caso rappresentò l’inizio dell’era dei vaccini per uso umano.

“Il famoso microbiologo e chimico francese Louis Pasteur ha aperto la strada all'uso di vaccini batterici per la prevenzione delle malattie infettive negli animali e nell'uomo”

Yale Journal Of Biology And Medicine 75 (2002)