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鉴别传染病病原生物的“科赫法则” 精选

已有 3131 次阅读 2020-2-25 21:32 |个人分类:科学与历史|系统分类:科普集锦| 科赫, 科赫法则

2020年初,科学家经过病原学鉴定,终于发现“武汉不明肺炎”的病原生物是一种新型的冠状病毒。国际病毒分类学委员会将这一病原体正式命名为SARS-CoV-2.

众所周知,不同的传染病是由不同的病源生物引起的。然而,这一现在看来几乎是常识的道理,却直到19世纪末、20世纪初才得到认可。在科学发展水平相对较低的古人看来,传染病要么是由神秘莫测的力量控制的,要么就是由相同的病源所导致的。观念的转变并非易事,这还要归功于传染病学家、细菌学家科赫等人。

 


图1 实验中的科赫

 

罗伯特·科赫(Robert Koch),1843年出生于德国的克劳斯特尔。他的父亲是采矿工程师,家里共有十几个兄弟姐妹。科赫5岁时就能借助报纸自己读书,这让他的父母感到惊奇。他在高中读书时就对生物学产生了浓厚兴趣。1862年,科赫进入哥廷根大学攻读医学,四年后获得博士学位,时年只有23岁。科赫还有一位贤惠的妻子,在他30岁生日的时候送给了他一架显微镜。

博士毕业后的科赫曾先后在几家医院工作。1870年法国与普鲁士之间爆发了普法战争,科赫志愿到军中服役。从战争中回来后,他在沃尔斯坦因担任地方卫生官员,并建立了一个简陋的实验室,早期的实验研究就是在这个小地方展开的。当时,炭疽病在该地牲畜中流行,科赫对患病牛的血液进行仔细观察,找到了病原体炭疽杆菌。他还注意到,这种细菌可以形成孢子,能够存活很长时间。这项研究使科赫初步形成了传染病由病原菌引起的观点。在沃尔斯坦因期间,他还进一步完善了细菌固定、照相和染色的技术,这些工作与他对炭疽杆菌的研究一起,成为后来传染病研究的基础性工作。

1880年,科赫被任命为柏林帝国卫生局的成员,他终于有了正式的实验室及助手。在妻子的协助下,他发明了琼脂培养基和细菌纯培养法,他的同事则发明了专门装琼脂培养基的培养皿。同时,科赫还发明了细菌染色的新方法,使得对于细菌的观察更加容易。这一整套技术创新可以简单容易地实现细菌的纯培养,从而为病原菌的鉴定提供保障。

 


2 1982年中国人民邮政发行纪念科赫发现结核杆菌100周年的邮票

 

在研究中,科赫提出了鉴定传染病病原菌的基本原则,被称为“科赫法则”:

1.能够从患病生物体内分离出致病菌;

2.该致病菌能够在体外实现纯培养;

3.将纯培养的致病菌感染健康个体,能够使健康个体患同种疾病;

4.在新患者体内也能分离出原来的致病菌。

科赫是按照这一套法则来指导自己的研究工作的,而“科赫法则”也成为后来被普遍接受的传染病学基本准则,指导了无数科学家发现了一种又一种致病微生物。

此后,科赫致力于结核病的研究。通过改变染色技术,他在患者的肺部发现了结核杆菌。然后他将结核杆菌感染健康的豚鼠,豚鼠也得了肺结核,并在一个月之后死亡。1882年,科赫在柏林生理学会上报告了自己关于结核杆菌的研究成果。后来他又采用巴斯德研制狂犬疫苗的办法研制结核疫苗,并将其命名为“结核菌素”,但是遗憾地失败了。不过科赫的努力为后来人的研究提供了借鉴,最终细菌学家卡尔梅特和介兰制成了疫苗,他们用的是在牛胆汁中培养的减毒的牛结核杆菌,他们制成的疫苗即是我们现在所熟知的“卡介苗。”

除了炭疽和结核病的研究之外,科赫还发现了霍乱弧菌,指出淋巴腺鼠疫的传播媒介是一种虱子,昏睡病是由采蝇传染的……以至于当时有人说,世界上哪里有传染病,哪里就有科赫的身影。鉴于他在传染病学方面的杰出成就,1905年他被授予诺贝尔生理学或医学奖。

“科赫法则”为人类的传染病研究与防治起到了不可估量的作用。然而,这一法则也有解决不了的问题。比如,有的人虽然携带了病原体,但却没有表现出患病的症状;没有细胞结构的病毒也不能像细菌或真菌那样在体外培养。比如引发这次“肺炎”的病原体就是一种RNA病毒,无法简单通过“科赫法则”来鉴定。

不过不必担心,我们现在有了更有力的武器!科赫之后,生命科学持续获得飞速的发展,尤其是20世纪中叶分子生物学的诞生和发展,让人类对病原生物的认识也深入到分子水平。进入基因组时代以后,通过核酸序列的检测,可以更准确地鉴定生物类别,而包括聚合酶链式反应(PCR)、微芯片等在内的生物技术,通过仪器自动运行,可以帮助人类更高效地鉴别病原生物。大家都注意到了2月份以来有关检测试剂盒的新闻,这些试剂盒大部分都是通过检测被试的核酸序列来鉴别其是否为携带者或患者的。

时代发展了,科技进步了,当年科赫采用的技术也更新了。然而,“科赫法则”的基本精神仍然是不可违背的。要想确定某种传染病的病原生物,就需要从患者或疑似患者体内鉴别出病原生物,并且要证明这种病原生物确实能够导致该种传染病。只不过,此前的体外培养技术被核酸检测技术所取代了。今天,我们仍然要怀念和感谢传染病学家科赫及其不朽贡献!



注:本文2020-2-24首发于“京师生物圈”微信公众号.




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