第3章
以微毒攻剧毒
微生物研究在十九世纪有了突破性的进展,人类终于知道细菌的存在。延续琴纳对预防接种的实验与微生物的发现,疫苗也连带有了新的发展。巴斯德成功研发出低活性疫苗,奠定了疫苗研发的基础,也为后来的科学家铺好了一条可以顺畅前行的研究之路。
十九世纪时,流传着一个很奇怪但颇受民众欢迎的说法。民间相信动物尸体之所以会腐烂,是由于动物的体内会自动产生有生命的物质来侵蚀动物尸体,使其腐烂。
这个“自动产生生命”的理论在当时成为一种真理,连学者、专家都相信。但有一小部分学者不信这个理论,他们认为动物尸体腐烂是外来的、肉眼看不见的微小生物引起的。这个理论当时并没有受到注意。
微生物研究的突破性进展
科学家路易斯·巴斯德(Louis Pasteur)不相信“自动产生生命”这个理论。为了推翻这个说法,他发明了一个新方法证明空气或土壤中存有微生物,这些微生物会经由发酵作用引起动物尸体腐烂及食物败坏。他以化学实验提出证据,奠定当时少数学者“微小生物”的理论,因此他被后人尊称为“现代微生物之父”。
巴斯德出生于法国东部离巴黎四百千米的一个小城,年轻时读书成绩并不优秀,但他很用功,并具有强烈的决心想要进入巴黎高等师范学校。他花了比别人多得多的时间准备,终于考入这所最好的学府。从他求学的精神上,可以看出他最大的特色,就是坚毅的心。他从化学系毕业后,取得化学博士学位,起初从事化学结构研究已有卓越成就,被法国北部的里尔大学聘为理学院院长。里尔市是当时法国的造酒中心,里尔大学相当注重这方面的研究。
巴斯德搬到里尔后,将他的化学专长转向与制酒工业有关的方面。有一次,他和朋友们去喝啤酒,其中一位是啤酒公司老板。这位老板最近为啤酒变酸感到头痛,啤酒放久后变酸便得倒掉,每年造成很大的损失。巴斯德听了,对此事相当关心。他发现不只啤酒放久会变酸,红酒及牛奶放久了也会,这造成了很大的经济损失并给人带来不便。
他花了很长时间思考这个问题,想出一个理论。他认为啤酒或葡萄酒放久变酸,是由于空气中的微小生物跑进酒内引起发酵。要证明这个想法,就必须找出空气中的“微生物”,将其破坏,然后测试酒的味道。他从变酸的酒缸中取出样本,在显微镜下观察,发现了很多微生物。下一步则要找出方法,杀死这些微生物。
他想出以高温杀死“微生物”的方式,但温度太高会影响酒的原味,因此要找到适当的温度让微生物失去活性,但酒的原味保持不变。他做了不少实验,发现以适当温度处理过的酒,放久了不会变酸,还能保持原来的味道。牛奶经此处理后,也同样可以保存较久。
这种食物消毒杀菌法,是以短暂高温(七十二摄氏度到七十五摄氏度,十五秒)灭菌,不只对保存牛奶有帮助,更预防了牛奶带给人的疾病。牛奶中含有牛感染的细菌,这些细菌不会让牛产生严重的疾病,但进入人体后可能引发严重感染。使用巴斯德发明的这个方法可以除菌,免除人感染的风险。这个方法被称为“巴斯德处理法”,时至今日仍用于牛奶或果汁的杀菌处理上。
巴斯德的研究结果不只对酒及牛奶的保存有实际帮助,对基础的微生物观念也有巨大的贡献。他的研究成果推翻了当时盛行的“自动产生生命”的观念,并奠定了“病菌”(germ)理论,也使十九世纪末的细菌学研究有了辉煌的成就。
但在当时并没有多少学者接受这个理论,因为巴斯德所说的“病菌”是看不见的微小生物,无法直接证明;有的人还对他提出的学说讽刺讥笑。巴斯德不太理会外界的批评,仍然埋头苦干,努力以实验证明“病菌”的理论。他把研究工作转向动物疾病。他的想法是,“病菌”也会引起疾病。
他选择以鸡的霍乱病为研究对象。他从病鸡身上取得样本,经过培养处理后,注入健康鸡的体内,然后观察健康鸡是否得霍乱。他发现果然所有接受病鸡样本注射的鸡都得了霍乱!这个实验证明了病鸡的病是由“病菌”引起的,而且病鸡体内的“病菌”还具有感染的活力。
巴斯德发现了病鸡“病菌”感染后,联想到琴纳以牛痘脓汁预防天花的报告。要是可以用病鸡样本做预防剂该有多好,这样可以避免鸡霍乱感染,对鸡农及经济有多大的助益啊!但是要使用从病鸡身上取出的样本当疫苗却办不到,因为这种“病菌”致病率太高,打入健康鸡的体内,鸡全都得病而死。但没想到,因为他的实验助手的疏忽,他发现了一条新的疫苗发展之路。
首支实验室培养出的疫苗
有一次,他的助手身体不舒服,没法去实验室工作。在家休息几天后他的助手回到实验室,从已得病多天的鸡身上取出样本放入培养液,然后把带病鸡“病菌”的培养液接种到健康的鸡体内。实验助手很讶异地发现鸡并没有发病;更让实验助手疑惑的是,这些鸡再接种从新的病鸡身上取出的带病鸡“病菌”的培养液时,也安然无恙。这位助手对这些结果感到沮丧,他认为是自己把实验搞砸了。没想到巴斯德听了他的报告,反而觉得很兴奋,巴斯德认为由旧样本培养出来的病毒可能毒性已经减少,因此不会致病,但仍然能在鸡的体内产生抵抗力。
巴斯德设计了一套实验,把鸡分为两群,一群打了旧样本的培养液,另一群没打,然后再给这两群鸡打病鸡的新鲜培养液。没有事先接种旧样本培养液的鸡都死了,而接种的鸡都没事。
这些简单明了的实验提供了疫苗的新观念,也就是说,把病菌的毒性减少,然后以低毒性的病菌作为疫苗接种,既可产生抵抗力,又不会得病。这就是去活性疫苗的开端,也就是以小毒攻剧毒的医学剧本。往后大部分的疫苗开发都是根据这个原理。具体原理如图2所示。
巴斯德的鸡霍乱疫苗也是世界上首次在实验室培养出的疫苗,从此不必依靠天然的疫苗来源。他接着又以相似方法开发出预防牛炭疽病的疫苗。牛炭疽病是相当严重的牛传染病,死亡率高,对农民的经济影响很大。十九世纪末,法国牛炭疽病广泛流行。巴斯德有了鸡霍乱疫苗的经验,便试着在实验室培养低活性的牛炭疽病菌,然后把低活性的病菌接种到健康牛的身上。果然接种过低活性病菌的牛就不会得病了。
巴斯德实验获得的低活性炭疽病疫苗在法国农场大规模使用,后来传到全球,终于解除了这个疾病的威胁。炭疽病菌也会感染人,引起严重的疾病,而且死亡率很高。巴斯德的疫苗可说是替人类解除了一大危机。
奠定了疫苗研发的基础
巴斯德进一步证明他的疫苗观念可适用于预防人的疾病,他选了狂犬病作为实验对象。当时法国正流行狂犬病,受感染的人与日俱增。他在实验室内制造低活性狂犬病菌疫苗。事实上,当时并不清楚狂犬病是不是由病菌引起,但他相信与病菌有关。在研究疫苗的初期他就面临一个大问题:要从何处取样本做疫苗?由人体直接取样很难,因此他从得了狂犬病的狗开始。他发现狂犬病的病原体会侵入脊椎神经及脑部,于是取出得了狂犬病死后十四天的狗脊椎神经做处理,之后打入健康的狗体内。他的理论是,死后十四天的狗的脊椎神经中的病原体活性已经很低了。他以狗做的实验取得良好结果,便希望能够做人的预防实验。
有一天,八岁的约瑟夫·迈斯特(Joseph Meister)被狗咬了,于是家人带他去找巴斯德。巴斯德与两位医生一起看了这个孩子,确定是被感染狂犬病的狗咬伤,便做了疫苗接种。接种后观察三个月,约瑟夫平安无事,由此证明狗的低活性疫苗也可以预防人的狂犬病。巴斯德成功地研发出狂犬病疫苗。
巴斯德的狂犬病疫苗成功后,名声大噪,法国人推崇他为法国的大英雄。一八九九年,他开始募款筹划建立一所研究院,就是闻名国际的巴斯德学院。这个学院继承了巴斯德的研究精神,以创新思考、严谨实验为原则,继续在免疫学及疫苗研发方面发展并做出卓越的成就。
琴纳及巴斯德在疫苗研发上奠定了很坚固的基础,而且铺了一条宽阔的路,让之后的科学家可以顺畅地往前走。但当时他们尚不清楚疫苗为何可以预防疾病。几年后,德国的埃米尔·冯·贝林(Emil Adolf von Behring)教授在白喉及破伤风的基础研究及疫苗开发中,才开始对疫苗的作用有更多了解。