科赫-巴斯德的竞争和新疫苗

科赫：创建科赫法则及其在炭疽、结核和霍乱上做出重大贡献

罗伯特·科赫于1843年在德国出生。他的父亲是一位采矿工程师。他5岁起就可自己读书学习，很有天赋。在大学短暂学习自然科学后，他决定投身医学领域。科赫曾于普法战争时期及前后在波兰、德国的柏林和其他地方担任过不同职位的医生。科赫还对基础科学研究产生了浓厚的兴趣。今天，我们视他为“从事临床工作的科学家”——一个尝试利用基本的科学原理来理解疾病的临床专家。

炭疽病是一种影响动物和人类的疾病，在科赫所处的时代是个棘手的问题。科赫表示，对于很多动物来说，他可以通过将受感染动物的血液转移到健康动物身上，实现将疾病从一种动物转移给另一种动物。如此感染的所有动物都表现出相同的疾病症状，并且血液中具有相同的杆状细菌。这使科赫相信这种特定的细菌会引起炭疽病。科赫在炭疽方面的研究第一次将一种特定的微生物与特定的疾病联系了起来。

人们注意到，如果感染了炭疽病的牛在田野吃草，就算过了很长一段时间，健康的牛再来这片草地上吃草，这些牛也会生病。因为科赫已经证实，感染动物血液中的炭疽杆菌在几天后会失去传染性，所以这个现象在当时是未解的谜团。科赫做了一个决定：他计划长时间观察细菌，因此需要研究出在实验室培养出细菌的方法。科赫发明了让细菌持续数天生长的方法——“让细菌在培养基中生长”——培养基是指能使细菌在其中生长的基质。现在，这种方法每天在世界各地使用数百万次。当医生怀疑您有细菌感染时，会从疑似感染部位（如伤口）采集一小份样本，并将其中一小块送往病理科，另一部分送到检验科做细菌、真菌培养。如果样本含有细菌，它们会在培养过程中生长出来，从而可以得到鉴定。医生可以根据这样的阳性检测结果来指导治疗方案从而杀死被鉴定出来的细菌。

有了这种培养细菌的技术，加上仔细的观察，科赫注意到炭疽杆菌有时会变成不透光的球体。他发现可以干燥处理这些球体，然后在几周后通过将其浸入液体中再次复苏*。他怀疑，如果细菌转化成干燥的球体，或称作孢子，就可以多年保持休眠状态。事实确实如此，而且干燥状态下的孢子感染健康的牛后会引起细菌感染。一些读者可能还记得2001年9月11日美国遭受恐怖袭击后曾发生过“炭疽恐慌”，当时有人将炭疽孢子装入信封，寄给了美国国会议员。

*译者注：即重新恢复活力。

随着科赫在鉴定致病菌方面的技术变得越来越熟练，他的方法被命名为“科赫法则”：

1.特定微生物必须存在于某种疾病的每一次发病病例中。

2.这种微生物必须从患病的身体上分离出来并在培养基中生长。

3.在培养基中生长的这种微生物在注射进动物体内后必须引起同样的疾病。

4.试验发病的动物体内必须包含与最初患病的人相同的微生物。

应用以上法则，很多今天已知的传染病病原体被成功地鉴定出来。在鉴别出引起某些疾病的特定细菌的身份以后，科学家和制药公司就能开发出杀死对应细菌的抗生素，从而使患者得到治愈。在发明抗生素之前，皮肤上的一个小伤口就可能发生感染并导致患者的死亡。现在的我们生活在一个19世纪时的人无法想象的世界里，因为许多曾经致命的感染病现如今很容易就被治愈了。

科赫的其他重要发现包括引起结核和霍乱的细菌。结核病*是长期困扰世界各国民众的一种疾病，属于消耗性疾病。因为随着疾病的进展，它会使人显得苍白瘦弱。在歌剧中，《波希米亚人》中的咪咪和《茶花女》中的维奥莱塔都患有这种疾病，这反映了19世纪浪漫悲剧与这种疾病的联系。在19世纪，结核病造成了大量的死亡。由于它是一种传染性疾病，造成其流行的部分原因在于工业革命期间不断扩张的城市人口。在整个19世纪，纽约市每100人中就有1人死于结核，这一比例与2020年该市报告的新冠肺炎病死率大致相同，并且是平均每年死于流感人数的10倍。

*译者注：结核病在我国古代被称为“痨病”，中医指积劳损削之病为痨。

在科赫证明结核是一种由细菌引起的传染病之前，许多人认为结核是一种遗传疾病。1882年，根据科赫的假设，他发现了病原体，并称之为结核分枝杆菌。这一发现使得人们对结核的了解更加深入，并推动了针对结核的抗菌药物研发，再加上卫生条件不断完善，患病率和病死率均显著下降。然而，当下结核分枝杆菌仍然广泛传播，依旧在世界的许多地区为祸一方*。仅2018年，全球就有150万人死于结核病。此外，一个特别令人担忧的问题是近几年出现的耐药结核分枝杆菌**。世界各地生产的结核疫苗效果都相对有限。

*译者注：尤其在部分发展中国家。

**译者注：其治疗成本及治疗难度较普通结核分枝杆菌都有所升高。

霍乱是一种经水传播的疾病，会导致严重的腹泻和呕吐。现在，霍乱暴发仍然在部分发展中国家造成巨大破坏，最近一次霍乱暴发是在2019年的苏丹。另一次影响颇大的霍乱暴发在2010年海地发生毁灭性的地震之后。

科赫因发现霍乱的致病菌而享誉全球，实际上霍乱的致病菌最早是由意大利医生菲利波·帕西尼（Filippo Pacini，1812——1883年）首次记录的，远远早于科赫。从19世纪初期到19世纪60年代初，起始于印度孟加拉地区的霍乱在全世界范围内发生了大流行。当其蔓延到意大利佛罗伦萨时，帕西尼利用显微镜检测了霍乱死者尸检时收集的人体组织，发现了引起霍乱的霍乱弧菌。可惜的是，包括科赫在内，几乎没有什么人知道他的发现，部分原因可能是在帕西尼发表他的成果时，疾病的细菌学说并未被广泛接受。现如今，在发达国家中，良好的卫生条件已经使霍乱销声匿迹。

科赫于1910年去世，他的努力及研究成果获得了许多重量级奖项的认可，其中包括1905年获得的诺贝尔生理学或医学奖。现在我们来谈谈他的竞争对手路易斯·巴斯德的贡献。

巴斯德：发明巴氏灭菌法及发明生产疫苗的新方法

路易斯·巴斯德（Louis Pasteur）于1822年出生在法国，他的父亲是一名皮革匠，青年时期的巴斯德在学术上并没有很突出。在1840年获得哲学学士学位后，他专攻科学和数学。像今天一样，在巴斯德时代，法国只有最优秀的学生才可以被巴黎高等师范学校录取，巴斯德第一次参加入学考试时的名次并不好，但他最终于1843年被录取。这个在他早期科学生涯的小挫折并没有阻止巴斯德今后做出变革性的发现。

当他在法国斯特拉斯堡大学任教时，巴斯德对于“手性”的数学概念有了一个非常重要的发现，镜像不可叠加的两个相似物体是具有手性的*。最简单的例子是我们的左右手，在镜子中看看您的左右手，您将明白我们的意思。在研究某些盐的晶体时，巴斯德证明分子也可以是手性的，要么是“右手”要么是“左手”。他发明了一种方法检测这种所谓的“旋光异构体”的手性。一个很好的例子是糖，它是一种右旋分子，而代糖可由它的左旋异构体组成。我们体内用于代谢糖的分子不会作用于这种左旋异构体，因此我们也不会代谢这种糖。但是，我们的味蕾无法分辨左右旋分子之间的区别，因此代糖对我们来说应该与糖有相同的口感，这就是所谓的“不劳而获”。

*译者注：如果你注意观察过你的手，你会发现你的左手和右手看起来似乎一模一样，但无论你怎样放，相同的一面方向一致（都朝上或都朝下）的话，它们在空间上却无法完全重合。如果你把你的左手放在镜子前面，你会发现你的右手才真正与你的左手在镜中的像是完全一样的，你的右手与左手在镜中的像可以完全重叠在一起。实际上，你的右手正是你的左手在镜中的像，反之亦然。

巴斯德的另一个重大成就是发明了一种被后人称为“巴氏灭菌法”的技术。巴斯德的一名学生是葡萄酒商人的儿子，他令巴斯德对研究“防止葡萄酒变质”产生了兴趣。当时人们普遍认为葡萄酒会变质，因为它会自发分解出味道像醋的成分。巴斯德证明事实并非如此，而是有一种叫做酵母的微生物发生了作用，产生了这些化学变化。巴斯德还证明，葡萄酒被多种其他微生物污染也会导致其变质。他发明了一种防止葡萄酒变质的方法：利用了微生物在高温下死亡的原理，将酒加热到48.9～60℃，然后密封并冷却。尽管巴氏消毒法的发明最初是为了防止葡萄酒变质，但如今很少用于此目的，如今巴氏灭菌法在全世界范围内主要用于防止牛奶变质。

巴斯德在改变人们固有观念方面也发挥了重要作用。固有观念认为，许多生物是由非生物自发产生的。当人们看到面包发霉，烂肉生蛆时，就会理所当然地认为这些生物是从无生命的物体上直接产生的。虽然其他科学家也曾经多次反对这种所谓的自然发生说，但是科赫法则和巴斯德在1859年所做的优雅而明确的实验最终终结了这种误解。巴斯德将煮沸（巴氏灭菌）的水储存在有两个弯曲的鹅颈烧瓶中。将水煮沸可确保在实验开始时没有微生物混入其中*。鹅颈烧瓶的结构原理是将其竖直放置时，空气中的微生物会被管壁阻碍，而不会到达水中。巴斯德将一个烧瓶竖直放置，另一个倾斜**。随着时间的流逝，立式烧瓶中的水没有显示出任何生物膜形成的迹象（当您将食物长时间放置在冰箱中并有微生物生长时，您一定看到过这种恶心的生物膜）。然而倾斜烧瓶中的水中形成生物膜，这是因为空气中的微生物可以到达水中，所以这一论证终结了自然发生说。

*译者注：即完成微生物清零的状态。

**译者注：若将鹅颈烧瓶倾斜，那么空气中的微生物就会到达瓶中。

大多数科学家可能梦想与巴斯德一样发现旋光异构体、发明巴氏灭菌法或者终结微生物的自然发生说，但殊不知巴斯德做出的最大贡献是发明了生产疫苗的新方法，这对人类产生了重大而又深远的影响，其价值之高远超上述成就。

巴斯德在疫苗研发方面取得的颠覆性成果，是他在研究鸡霍乱时偶然发现的。有一次，巴斯德给鸡注射引起鸡霍乱的细菌后*，鸡却没有患病。在进一步寻找原因的时候，巴斯德发现他注射的那批多杀性巴氏杆菌已经变质了。他并没有购买新的鸡，而是向这批没有患病的鸡中又一次注射了新培养出的未变质的细菌，令他惊讶的是，这批鸡仍没有生病。巴斯德有一句名言：“对于观察者而言，机会总是倾向留给有准备的人。”巴斯德显然已经准备好了，因为他立即意识到自己的偶然发现背后具有重大意义：从此人们可以通过接种活性弱化过的微生物来保护动物，使其免受活性正常的同种致病微生物的感染。

*译者注：即“多杀性巴氏杆菌”。

与以前应对天花的种痘术相比，这是一个颠覆性的改变，因为前者在操作过程中涉及使用真正对人类有害的病原体。詹纳对牛痘的应用，是发现了一种与致病相关但对人类无害的病原体。巴斯德的新方法不是寻找相关的无害病原体，也不是冒着生命危险应用对人类有害的病原体，而是想办法使病原体弱化或减毒*。值得注意的是，种痘术是将天花患者的痘痂研磨成粉，等待几天后再使用。这些过程很可能会在无意之中降低了病原体的毒性。巴斯德在1879——1880两年间制定了利用减毒病原体制备疫苗保护人体的标准化流程，这一方法最终沿用至今。巴斯德将这种对抗多种传染病的新方法命名为“疫苗”（vaccination），以纪念詹纳利用牛痘（vaccinia）来预防天花。随后，巴斯德还利用这一新方法，给禽类接种疫苗以预防（鸡）霍乱，给绵羊接种疫苗以预防炭疽。

*译者注：如此就可安全有效地实现疫苗接种。

巴斯德还发明了一种预防狂犬病的疫苗。狂犬病是一种由狂犬病毒引起的人兽共患的中枢神经系统急性传染病，多在被病犬咬伤后发生。不过现在更常见的是被感染的蝙蝠咬伤后发生感染**。感染了狂犬病病毒的患者往往表现出瘫痪、恐水等症状（这也是为什么狂犬病又被称为“恐水症”），一旦出现相关症状，几乎所有患者都会不治身亡。巴斯德是一个化学家，而不是一个医生，但是却成功地发明了两种动物疫苗，他非常热衷于利用他的知识与技能来治疗疾病，或帮助人类预防疾病。今天，我们知道狂犬病是由一种病毒导致的，但是在当时，病毒这个概念并不为人所知。因此，巴斯德既无法遵循科赫法则来识别可能的病原体，也无法利用适用于细菌的方法来做微生物的培养，但是当时的人们知道，狂犬病的感染物质存在于狗的唾液之中，巴斯德大胆无畏，据说他曾经用自己的嘴来吸玻璃管，收集病犬的唾液（危险举动，请勿模仿）。

**译者注：在特定条件下，如炎热潮湿且聚集大量蝙蝠的洞穴中，狂犬病病毒或可通过气溶胶传播。在中国，绝大多数狂犬病仍由病犬传播。

巴斯德利用他的同事埃米尔·鲁（Emile Roux）所创造的方法，降低了感染物质的毒性，并将其注射到健康犬类的身体中，证明了数次接种疫苗可以保护犬类免于狂犬病毒的感染。巴斯德非常希望将这种疫苗用到人体上，他知道狂犬病往往在被病犬咬伤一个月后发作，因此，他提出来让遭到咬伤的患者立即接种这个疫苗，以期疫苗的保护机制能够尽快发挥治愈作用，当时他们并不知道这种保护机制是什么，但你可以在学习了第4章免疫力以后有所了解。最开始的两个患者是在病程的后期接种的，他们还没来得及接受第二剂疫苗就病逝了。但是巴斯德依然坚持着自己的想法。

1885年，住在阿尔萨斯的9岁男孩约瑟夫·美斯特（Joseph Meister）被狂犬病病犬数次咬伤，随后这只病犬便被警方击毙。男孩的家庭医生听说巴斯德发明了一种可以应对狂犬病的疫苗，为了挽回注定死亡的结局，他将约瑟夫一家带到了巴黎，并在到达巴黎的第二天向巴斯德寻求了帮助。巴斯德的同事埃米尔担心这种疫苗目前仍然不适用于人体，而且对一个尚且没有任何症状的孩子进行接种过于危险，便拒绝了对约瑟夫进行接种；巴斯德便找了另外一名医生给男孩接种，而且产生了效果——男孩被治愈了。接下来，便出现了很多相似的成功案例，而巴斯德则成为了一名英雄。许多年后，约瑟夫这个男孩，因为对巴斯德的崇拜，成为了巴斯德研究所的一名护理人员。

在这一段时间里，巴斯德开始了炭疽疫苗的研发，与此同时，发现了炭疽杆菌的科赫同样也将精力放到了这种细菌的疫苗研发上，这引发了两位声名显赫的科学家之间非常激烈的论战。科赫和他的学生认为巴斯德连如何培养纯化的细菌都不知道，巴斯德同样发起了反击。在普法战争时期，这些争辩变得更加激烈。在1868年，巴斯德被授予了德国波恩的一个荣誉奖项，由于两国交战的大背景，巴斯德将奖章连同一封愤怒的信函一同寄回，这导致了德法两国的免疫学家之间长达数十年的分裂，这对科学的发展来说是个损失。巴斯德最终在1881年的公开试验上成功地接种了数只绵羊、奶牛和山羊，保护它们免于炭疽的感染，他随之宣布这是法兰西伟大的胜利。讽刺的是，炭疽疫苗在这不久前便被法国的让·约瑟夫·亨利·图森（Jean Joseph Henri Toussaint 1847-1890）研制出来。巴斯德和图森使用了相同的方法，但是巴斯德坚持宣称自己生产的途径是不同的。

巴斯德逝世的时候，他将自己的实验记录本留给了他的长子，他的遗嘱要求这些笔记须要在家庭内部由其男性继承人一代代传承下去。1964年，他最后的直系男性后代将这些实验记录本捐赠给了位于巴黎的法国国家图书馆。学者们在研究这些笔记的时候发现，巴斯德经常在工作的时候走捷径，有些时候并没有很详细地描述试验是如何完成的，也没有坚持公开透明地报道这些结果。这些游走在伦理边界的行为，甚至于更严重的欺骗行为，在现代的科学界是会被严肃惩罚的，因为科学的大厦是基于对科学家们诚实描述研究的信任之上的，失误可以发生，但欺骗不能容忍。

尽管巴斯德的研究存在伦理上的争议，但是不能否认他的这些开创性成果有着革命性的影响。用他的方法制造的疫苗比其他的医学方法拯救了更多人的生命，给儿童接种能帮助他们抵御疾病的疫苗极大程度削减了他们的病死率。今天，我们在尝试研发针对新冠肺炎的疫苗，而且我们有希望拥有一支成熟的疫苗，巴斯德的工作就是这种希望的基石*。

*译者注：事实上，截至2020年12月底，灭活疫苗和RNA疫苗已经成熟并投入使用，我们已然看到了新的曙光。

巴斯德因为他的成就收获了很多荣誉和奖项，全世界很多条街道都是以他的名字命名的，而且巴黎的巴斯德研究所就是由巴斯德亲自建立的一个非常著名的医学研究实验室。他在1895年，也就是他72岁的时候去世了。随后，他被埋葬在了巴斯德研究所最早的那幢大楼，在那里，游客们可以看到他的坟墓和他生前最后居住的公寓。然而他并没有被授予诺贝尔奖，因为这份奖项在1901年才第一次颁发。

科赫和巴斯德的工作主要集中在细菌感染，但是其他的生物也可以导致疾病，比如真菌、寄生虫和病毒。病毒给人类造成了非常特殊的威胁，近年的数次疾病大流行都是由病毒所引起的，因此，在下一章以及接下来的大部分内容，我们将专注于这种非常微小的生物。