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奠基细菌学的双雄——科赫与巴斯德

已有 2156 次阅读 2020-3-24 17:37 |个人分类:外国人物|系统分类:人物纪事| 科赫, 巴斯德, 微生物学, 细菌学

 

0125科赫在实验室

0126科赫肖像

0127路易·巴斯德

0128巴斯德研究所 


作者 高关中(德国汉堡) 2020/3/21

在抗击新冠肺炎的关键时刻,3月21日晚德法联营的电视台ARTE放映了一部纪录片《科赫和巴斯德》(Koch und Pasteur)。说是纪录片(Dokumentarfilm),很多场景还是由演员来演,这样更直观,更生动,效果很不错,给人的印象很深刻。这部纪录片介绍两位在细菌病毒研究领域的大科学家,一位是法国人巴斯德,另一位是德国人科赫,他们相互竞争,力争上游,都为微生物学、为抗击传染病做出了巨大的贡献,被誉为“微生物学的奠基人”。所以纪录片有个副题叫“微生物研究的决斗”(Duell im Reich der Mikroben。如今法国有巴斯德研究所(Institut Pasteur),德国有罗伯特·科赫研究所(Robert Koch-Institute,简称RKI),都是所在国研究细菌病毒等微生物防治传染病的最高机构,德国科赫研究所的所长就是德国联邦政府的首席防疫顾问,在抗击新冠肺炎方面发挥着至关重要的参谋作用。本文通过电影内容,结合他们的传记,对两位大科学家的人生和功绩做一些介绍。

 

巴斯德由化学转攻微生物学

影片先介绍路易·巴斯德(Louis Pasteur),他1822年12月27日生于法国汝拉省的小镇多勒(Dole),是拿破仑军队一名职业士兵(后为皮鞋匠)的儿子。四岁那年,全家迁往不远的阿尔布瓦(Arbois)。说来奇怪,巴斯德在学校里并不是优秀生,但是,他确实具有在科学上取得成功所必需的两点品质——好奇心和耐性。他在十几岁时写道:“词典中最重要的词是决心、工作和成功”。他考进了巴黎师范学院,25岁获博士学位。1848年起相继担任第戎中学、斯特拉斯堡和里尔大学等高校的化学教授,45岁转任法国最高学府巴黎大学(索邦)教授。

巴斯德是一位著名的化学家和微生物学家。他有一句名言:“在观察领域里,机遇总是偏爱那些有准备的人”。他的科学发现正是如此。1854年他在里尔大学任教授,把兴趣放在研究发酵方面。他听到一位酒厂老板说,葡萄酒和啤酒存放时间长了,酒质就会变酸,造成数百万法郎的损失。巴斯德就用显微镜进行观察,找原因。他把未变质的葡萄酒的沉淀物和变酸葡萄酒的沉淀物进行了比较,从而发现了存在一种使葡萄酒变酸的特殊酵母。他做了新的实验,取了几瓶葡萄酒,将其中一些加热,另一些不加热,三个月后打开酒瓶一看,加过热的酒质量很好,而没有加过热的酒却发酸了。这一实验,解决了酒变酸的问题。现在牛奶低温杀菌,正是采用了用缓慢加热(60-65摄氏度)杀死微生物的“巴氏消毒法”。通过研究酒变酸的实验,巴斯德得出结论:发酵和腐烂都是微生物的作用。

1860年代,法国南部闹蚕病,每年造成生丝产业一亿法郎的损失。巴斯德迎战这个棘手的问题,他在显微镜中观察到桑叶上有一种寄生虫。他忠告养蚕人要抛弃有病的桑叶,去除病卵,使用健康的蚕和桑叶,蚕病就不会发生了。果然,这个办法挽救了法国的养蚕业。

巴斯德的研究成果对医学界也产生了影响。这些重要的发现,为近代消毒、防腐提供了科学根据。英国外科医生、手术消毒创始人利斯特就是根据巴氏消毒法用石炭酸对伤口进行消毒,首创“无菌手术”。手术后死亡率下降了2/3。

巴斯德的成就为他带来了世界性的学术声誉,1862年被选为法兰西科学院院士,后来还当选为英国皇家学会会员。1871爆发了普法战争(又叫德法战争),法国一败涂地,皇帝拿破仑三世投降,被德国人俘虏。最后法国割让了阿尔萨斯等大片土地。巴斯德的儿子也在战争中丧生。国事家事使巴斯德忧心忡忡,再加上疾病缠身,遂萌生退意,50多岁的他申请提前退休。正在这时传来了一个消息,使巴斯德顿时退意全消,精神抖擞,进入新的研究领域。

 

科赫:乡村医生首战炭疽告捷

新的消息来自德国的一位乡村医生,叫罗伯特·科赫(Robert Koch),比巴斯德年轻21岁。科赫1843年12月11日生于汉诺威附近的克劳斯塔尔。父亲当过矿工,热爱大自然。科赫幼年喜欢收集植物、矿物标本。就读哥廷根大学后,先学了一年半自然科学,然后转而学医,23岁获博士学位。就在那年,他在汉堡当见习医生,亲眼看到了传染病霍乱造成的危害。在普法战争时期,他曾到野战医院作军医。1872年29岁的科赫来到普鲁士沃尔施泰因(Wollstein今波兰波兹南以西75公里的沃尔什滕)乡村医院工作。

科赫始终对科学研究充满强烈兴趣,即使到乡间工作也不改初衷。他在诊室专门隔出一间小实验室,还倾其所有,买了一台显微镜。一边行医,一边研究细菌学。科赫在研究工作中表现出非凡的天才,他像巴斯德一样,对调查研究工作的兴趣也是在遇到困难时激发出来的。当时炭疽热(MilzbrandAnthrax)在他工作的普鲁士部分地区蔓延,牛羊大批死亡,而且反复发生。炭疽热是一种出现在牛羊身上的传染病,可通过感染动物的皮或肉传染给人类,因此炭疽对人类也有很大的危害。科赫于是深入研究,并成功地在病羊血液中发现了该病菌。他对该病原微生物进行培养。观察其生命周期,而且弄清楚了关于炭疽热发作及持续的有关问题。1876年,科赫分离出炭疽热的杆菌,证明它是炭疽热的元凶。他发现炭疽杆菌能形成休眠的孢子,干燥孢子在外界可保持多年活力,在适当条件下再发育成杆状菌而致病。因此他建议农民要及时处理因炭疽致死的病畜,以免炭疽反复发生。这年科赫应邀在布雷斯劳大学宣布并图示了炭疽菌的生活周期,首次证明了某种微生物与相应疾病的确切因果关系。

一石激起千层浪。科赫的成功刺激了巴斯德,他是微生物学的权威,决不甘心让一个乡村医生超过,况且那人是与法国敌对的德国人。

于是1877年巴斯德开始观察研究炭疽热和鸡霍乱。1879年偶然发现,在一定条件下生长的鸡霍乱菌不复致病,但可诱发免疫力。不久他制备出减毒炭疽疫苗,即先把病原菌加热到42度,降低其发作的毒性,然后给羊接种,之后再给羊注射有毒的病原菌时,炭疽热便不会发作。他用牛羊实验证明效力甚好。1881年春天,巴斯德邀请记者和公众,当众演示了这个实验。该实验用了48只羊,其中24只已被注射低毒菌株而获得免疫,而另外24只羊没有免疫。然后给所有羊注射毒性炭疽热菌。48小时后,没有免疫的羊群中有22只死亡,而所有免疫羊都存活完好。这是巨大的成功。在1881年伦敦举行的国际会议上,巴斯德介绍了自己研制炭疽病疫苗的成果,但丝毫未提及科赫的研究。与会的科赫极为生气,没有与巴斯德深入交流就打道回国。

 

科赫主攻结核菌,巴斯德巧治狂犬病

巴斯德和科赫都憋了一口气,要做出更大的成绩来证明自己,为自己的国家争光。

1880年37岁的科赫进入柏林的帝国卫生署工作。有了国家的支持,他建立了一个设备良好的细菌研究室,并有几位能干的助手帮助,研究工作更上层楼。

这次,他把研究重心放在结核病(Tuberkulose)上。当时每7人就有一人死于此病。而中古世纪的欧洲,结核病更是造成了三分之一以上人口死亡的可怕传染病。19世纪的欧洲,人们普遍认为结核病是遗传性疾病,但科赫坚信结核病是由某种病原体引发的传染性疾病。为此首先要设法分离培养出纯的结核菌。然而结核菌与其他细菌不同:它拥有光滑的外壳,很难被染色,同时又不易培养。科赫不但发明了染色的新方法,使人们可以在显微镜下更清楚地看到细菌的模样;而且引入了用固体培养基培养细菌的新方法,从而使细菌学的发展向前推进了一大步。早先科赫用肉汤培养细菌,在这样的液体中长出的细菌很杂,要想分离成单一的菌种非常困难。这确实是一个大难题,科赫苦思冥想,总是没有结果。有次忽然听到妻子在厨房里尖叫:“真奇怪,土豆上怎么长出这么多红点和白点来了!”科赫跑进厨房一看,大喜过望。在显微镜下,科赫发现红色的圆点内全是球形细菌,白色的圆点内全是杆状细菌。这确实是一种分离单一纯种细菌的好方法。但是土豆上的营养太少,很多细菌不能在它上面生长。这下难住了科赫,吃不下饭,睡不着觉。“也许做一点可口的饭菜会引起他的食欲。”妻子于是做了一盘洋菜胶,摆到桌上。科赫呆呆地望着,忽然来了灵感。就用带肉汤的洋菜胶(Agar也叫琼脂,是从海藻植物中提取的胶质),作为固体培养基,科赫第一次培养出单一纯种的细菌菌落。直到今天,世界上还有许多细菌试验室仍在应用这种“固体培养基”。1882年,科赫成功分离培养出结核菌,还把他的观察结果写出一篇名为“科赫假想”的论文,发表在《柏林生理协会》上。他认为结核病由结核杆菌引起,肺结核患者的痰可传播结核菌。后来他培养出结核菌素,可用来诊断结核病。这些成果是对结核病防治的重大贡献。

1883年,埃及爆发大范围霍乱(Cholera)传染。法德等国都派人到疫区调查疫情。巴斯德年迈体弱,派他最能干的助手,代表法国去埃及调查,这位助手不幸受到霍乱感染牺牲。较巴斯德年轻20多岁的科赫则亲自率领医药专家,作为德国霍乱调查委员会的成员来到埃及调查。他们了解到霍乱来源于印度,于是科赫又亲赴印度研究霍乱病理。当时,印度霍乱猖獗,科赫不惧危险,深入到灾区,发现了致病的微生物,即霍乱弧菌。他还研究了霍乱通过水、食物和衣服用品的传播感染途径及预防方法。现在霍乱的预防方法就是他首先提出来的。从此,科赫又成了热带传染病研究权威。1885年他受聘为柏林大学卫生学、细菌学教授。

其间,尽管身体衰弱,巴斯德仍然继续他的研究工作。他的最后一项重大科研成果就是发现了一种能够治疗狂犬病(Tollwut)的方法。1881年他着手研究狂犬病。对患病的狂犬做观察后他发现,狂犬病毒不仅存在于唾液中,在患病动物的神经系统中也有活动。他还发现可以通过脊髓干燥法降低其毒性。他用染病犬的神经组织悬浮液给健康动物注射,使这些动物获得了狂犬病免疫力。但这种方法还有待于人体实验,以检验其效果。正在这时,即1885年的夏天,一位妇人带着她九岁的儿子来找巴斯德就诊,她的儿子两天前被狂犬咬伤。如果不治,在3-6星期内必死无疑。孩子妈恳求他注射尚未进行临床试验的疫苗,这是最后的希望。经反复考虑后,7月16日,也就是孩子前来就医的第11天,巴斯德开始给孩子注射疫苗。那个孩子终于健康地活了下来。巴斯德的这个成就轰动了全世界。连美国的狂犬病患者都闻讯越洋赶来巴黎求救。

 

微生物学两位奠基人各有千秋

巴斯德攻克了治疗狂犬病的难题,在世界上引起很大的反响,人们增强了科学能战胜各种疾病的信念,纷纷捐款支持他的科研事业,1887年在巴黎成立了巴斯德研究所,专门供他继续开展防治疾病研究工作,以寻找并培养更多种类的病原菌剂,生产更多的新抗病疫苗。巴斯德在该研究所不知疲倦地工作,培养了一批知名的学生。该所在19世纪至今的微生物学发展中起到了重大的作用,如今在全世界有32家分支机构。共有8位科学家于巴斯德研究所获得诺贝尔生理医学奖。

1895年9月28日,73岁的巴斯德在巴黎郊区离开了人世,法国为他举行了国葬。他先后在化学、微生物学和免疫学中做出卓越贡献,他对科学和人类的贡献得到了世界范围的广泛承认和尊重。科赫对这位科研对手也是惺惺相惜,发来了唁电表示沉痛的悼念。

巴斯德深信,一切传染病都是由于细菌引起的,这无疑是历史上最伟大的发现。只有这样,人类才能对疾病进行有组织的讨伐,人类寿命才能不断地延长。他为战胜各种传染病指出了研究方向,从而奠定了工业微生物学和医药微生物学的基础。

看到法国成立了巴斯德研究所,德国也不甘落后,1891年成立了柏林传染病研究所,由科赫担任所长。以后,科赫指导他的学生们进行了各种实验,研究了疟疾、麻风、牛瘟、鼠疫以及其他热带疾病。19世纪末,欧洲牛瘟闹得厉害,科赫和助手们深入南非研究牛瘟病原和病理,终于扑灭牛瘟病,被世人誉为“绝症克星”。这个研究所,就是今天的科赫研究所。以他命名的罗伯特·科赫奖是德国医学最高奖。

科赫和巴斯德一样,是细菌学、现代微生物学的奠基人。他是第一个从结核病的传染和隔绝来研究结核病的治疗方法的专家,因研究结核病,发现结核杆菌与结核菌素于1905年获得诺贝尔生理学及医学奖。他奠定了许多细菌学研究的原则,设计了多种技术:悬滴标本检查法、显微镜新光源,显微镜新光源和油渍法、显微镜摄影术、组织切片染色法,琼脂培养基等。他为讨伐病菌而奋斗到生命的最后一刻。1910年5月27日科赫在巴登巴登去世。

微生物学这两个主要奠基人,各有所长。发明纯培养法的科赫生物学造诣深,在微生物的形态研究及其分类方面贡献很大。他还提出三条准则,即“科赫准则”,作为判断某种微生物是否为某种传染病的准则。这三条准则是:微生物应在所有同类病例中出现;所有症状应能用体内微生物的分布和数量解释;每例创口感染应有形态特征明显的微生物存在。巴斯德毕生献身科学,为人固执自信,好与人争发明先后,但他却是个优秀的实验工作者,在具体工作中头脑清晰,坚毅顽强。巴斯德原学化学,他更重视由功能角度研究研究微生物,在免疫学上迈出了主要的一步。两人长处的互补,使此后的微生物学得以沿着平衡的道路发展下去。



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1 郑永军

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