财新传媒

200年前,疫苗疗法是怎样诞生的?

2016年03月24日 10:23 来源于 财新网
英国医生爱德华·詹纳从天花治疗中发现的疫苗疗法开启了免疫治疗研究的先河,迄今220年来,疫苗研究不断迎接人类健康面临的重重挑战,挽救了全球无数人的生命

  二

  虽然至19世纪晚期,细菌致病学说已获得了很多证据支撑,而且人们还从不同的发酵由不同的微生物引起进一步类推,推测不同的疾病由不同的微生物引起,但是谁也没有完全证实这一推论。乡村医生出生的德国细菌学家罗伯特·科赫(Robert Koch,1843-1910)用事实给出的回答是,某些特定的传染性疾病确实是由某种特定的细菌引发的。

10

罗伯特·科赫(Robert Koch)

  19世纪七十年代,炭疽热在欧洲开始流行,导致牛、羊等家畜的死亡率急速攀升。科赫和巴斯德几乎同时启动了炭疽热研究。当时,科赫正在波森的沃尔夫施泰因(今波兰境内)担任乡村医生,因此他非常关心这种有可能传染给人的恶性疾病的防治,并对探明这种恶性疾病的成因抱有浓厚兴趣。他的妻子曾送给他一份生日礼物:哈内显微镜,希望能给远离大都会的科赫带来一些乐趣。科赫使用这个在当时已算相当先进的显微镜对患炭疽热致死的家畜血样进行了观察,并从这些患病家畜的血样中发现了一种非常特别的棒状体,但从健康的家畜血样中却找不到这种棒状体。科赫猜测这种棒状体就是炭疽热的病原菌。

  作为一名乡村医生,科赫当时既没有实验室,也没有饲养可供实验用的牛羊,因此只能买来一些小鼠做实验。科赫用注射器从患炭疽热死亡的家畜脾脏中抽血注射到健康的小鼠身上后发现,小鼠很快就出现患炭疽热症状,于是他抽出患病小鼠的血液,用显微镜观察后确认,小鼠血液中也出现了棒状体。但是,科赫并没有就此得出该棒状体就是炭疽热的病原菌的结论,因为它有可能不是引发炭疽热的原因,而是炭疽热导致血液破坏的结果。

11

科赫的小鼠实验

  科赫认为,要确认该棒状体就是炭疽热的病原菌,首先必须确认从患炭疽热的家畜血样中观察到的棒状体是能够生长繁殖的杆菌,而不是血液破坏的产物;其次要将这种杆菌分离到动物体外进行培养,获得纯系菌株后再注射到健康动物体内,如果健康动物出现了患炭疽热症状,才可以确认该杆菌乃炭疽热的病原菌。

  科赫在将患病小鼠血液中的棒状体分离到小鼠体外做繁殖实验时,采取了很多措施都没有成功,后来采用将牛眼球中的房水与实验小鼠的血液混在一起的方法,才使患病小鼠血液中的棒状体在小鼠体外繁殖获得成功。在做棒状体的繁殖实验过程中,科赫还对棒状体的活动情况进行了显微摄影。

  分析这些摄影照片时,科赫发现,这些棒状体在周围环境恶化时会变成可以抵抗恶劣环境的芽孢;周围环境变好后,芽孢又会转化为棒状体。这些事实表明,患炭疽热的动物血液中的棒状体确实是杆菌,而且这些杆菌会变成处于休眠状态的芽孢以增强对环境的适应性。之后,科赫将在动物体外培养出来的已繁衍多代的杆菌注射到健康的动物体内后发现,这些动物又出现了炭疽热症状。

  1876年,经过著名生物学家、德国细菌学的奠基人费迪南德·科恩(Ferdinand Julius Cohn,1828-1898)等人的严格审查,名不经传的乡村医生科赫得以在科恩主编的《植物生物学文稿》公开发表了这项研究成果。至此,某种特定的疾病是由某种特定的细菌引发的推论得到了一次严格的实证。

  巴斯德用显微镜进行观察后肯定了科赫的上述发现,同时他还指出,炭疽菌的芽孢有很强的耐热性,可以在地面上存活很长时间。动物吃了带有这种芽孢的草,芽孢就会在动物体内发芽,并渗入血液大量繁殖,最终使动物患炭疽热而死。死去的动物又将炭疽杆菌带到大地。失去营养后,炭疽杆菌又会变成芽孢。这样周而复始,使炭疽热不断地传染下去。因此,为隔断炭疽热的传播途径,必须杀死已感染的动物,并进行焚烧或深埋处理。

  因发现炭疽菌获得广泛认同,1880年,科赫应邀赴柏林的帝国卫生署任职。在这里他不仅拥有了设备先进的实验室,而且还拥有了两名能干的研究助手。当时,细菌研究热潮正在世界各地兴起,但由于有效培养纯种细菌的方法尚未确立,故很多有意义的研究根本就无法付诸实施。因此,“怎样才能把一个一个菌种从杂菌中分离出来? ”几乎成了科赫每天都在思考的问题。

  一天早上,科赫注意到实验室台子上有一块煮熟的马铃薯, 其切口表面长满了五颜六色的霉斑。他将霉斑逐一挑出来,用纯水制成观察试样,然后用显微镜逐个检视,发现每一霉斑所含的都是同类细菌。这意味着马铃薯上的这些颜色不同的霉斑乃空气中的细菌掉下后长成的一个个纯种菌落!他马上意识到,分离纯种细菌,应该用固体培养基。经过不断试验,科赫和助手一起,终于在1881年找到了一种比煮熟的马铃薯更为理想的琼脂肉汤平板培养基,那是把从海藻中提取的琼脂和肉汤一起煮匀,再浇铸冷却后制成的。这种培养基的发明,被认为是细菌研究方法上的一次重大突破。

12

体现微生物四种不同代谢形式的琼脂培养基

  有了高效分离培养纯种细菌的独门绝技,科赫于1881年开始向当时危害人类健康的头号杀手肺结核发起了冲击。但是,无论科赫如何努力,他都无法从结核患者的病变肺或肝组织中找到任何特殊的细菌。

  科赫后来意识到引起结核的细菌有可能是无色的,即便使用放大倍率更高的显微镜也看不见。于是,他开始尝试着给结核组织染色。费尽周折,解决生物组织染色难题之后,他又遇到了疑似结核杆菌在肉汤培养基中不肯生长的难题,最后使用与动物体内成分极其接近的血清制作固体培养基才培养出了纯种疑似结核杆菌。科赫按照自己确立的最为严格的程序做完全部实验之后确认,它就是引起结核病的结核杆菌。

13

科赫绘制的结核杆菌

  1883年,印度和埃及等地先后爆发霍乱,欧洲也面临着巨大的威胁。应埃及政府的请求,科赫亲自率队赴亚历山大港施救。尽管埃及的霍乱很快就自动平息了,但是经验丰富的科赫还是从霍乱病人身上找到了一种比结核杆菌更小、弯曲得像新月一样的弧状细菌。由于不能确定这种弧菌就是霍乱的病原体,所以科赫又冒着危险前往霍乱长年肆虐的印度,并用肉汤培养基培养出了纯种疑似霍乱弧菌。进一步的研究表明,这种弧菌就是引起霍乱的病原菌。它虽然可以借助饮用水和病人衣物进行传播,但在干燥条件下极易死亡,而且用普通的消毒剂都可以杀死它们。

14

1884年,科赫(右三)和同伴在埃及救治霍乱

  科赫基于多年的研究实践,于1884年总结出了确认某种特定细菌为某种特定疾病的病原菌的四条原则:

  1、在所有病例的发病部位都能发现这种细菌;

  2、这种细菌可从病体中分离出来, 并能在体外培养成纯菌种;

  3、将这种纯菌种接种给健康动物后,能引起相同的疾病;

  4、在接种纯菌种而致病的动物身上, 仍能分离、纯培养出同种细菌。

  在科赫的实践与理论的引领下,19世纪八、九十年代成了科学家发现病原菌的黄金时代。例如,1883年德国的克莱布斯(Theodor Albrecht Edwin Klebs,1834-1912)和莱夫勒(Friedrich Löffler,1852-1915)独立发现了白喉杆菌,1884年德国的加夫基(Georg Theodor August Gaffky,1850-1918)分离出了伤寒杆菌,1885年德国的埃希(Theodor Escherich,1857-1911)发现了大肠杆菌,1887年奥地利的魏克塞尔鲍姆(Anton Weichselbaum,1845-1920)分离出了脑膜炎球菌,1889年日本的北里柴三郎(1852-1931)分离出了破伤风杆菌,1894年法国的耶尔森(Alexandre Yersin,1863-1943)发现了鼠疫杆菌,1897年日本的志贺洁(1871-1957)发现了痢疾杆菌等。1905年,科赫因发现结核杆菌并证明了其病原性而被授予诺贝尔生理学或医学奖。

15

诺贝尔奖官网截图

 

责任编辑:崔筝 | 版面编辑:张柘
财新传媒版权所有。
如需刊登转载请点击右侧按钮,提交相关信息。经确认即可刊登转载。
推广

财新微信