细菌、病毒与疾病:寻找传染病的“幕后元凶”
每一次人类与病毒的对抗无疑都在推动着人类文明的进步。

人类的历史,从某种意义上讲就是同各种疾病和瘟疫斗争的故事。

在科学思想不发达之时,人类面对很多的疾病和瘟疫都束手无策。中世纪时,黑死病的爆发让欧洲人至今心有余悸,可谓明证。到了17-18世纪,人类终于迎来科学的启蒙时代,并借助科学的力量在工业革命的进程中极大地改善了生产和生活条件。

反映黑死病时期惨状的绘画

尽管如此,19世纪的人们在面对许多疾病仍然毫无头绪。那时的科学发展中,生物科学是相对而言取得突破较晚的学科,医生们对许多疾病的治疗依旧是依靠着诸如放血之类的传统疗法,对于“究竟是什么导致了疾病”这个问题,不仅一无所知,也没有系统的研究方法。而这一切在19世纪下半叶开始得到改变,德国科学家罗伯特·科赫的研究工作为人们找到许多疾病的源头指明了方向,并且促进了微生物学的诞生

在这之后,人类面对疾病时有了严格的筛查疾病原因的方法,在同疾病的战斗中第一次有了科学的武器。

罗伯特·科赫

1843年,罗伯特·科赫出生于德国的克劳斯特尔。他从小就热爱生物学,传说,科赫7岁那年,当地一位牧师因病去世了,科赫在去悼念的路上不断问母亲:“牧师得了什么病?”“绝症治不好吗?”母亲当时无法回答他的问题,这也坚定了他以后从医的志向。

高中毕业后,科赫考入了哥廷根大学,4年后以优异的成绩毕业。毕业那年,普法战争爆发,科赫进入军队,成了一名军医。战争结束后,他选择到东普鲁士的一个小乡村当外科医生。但这段从医的经历让他无比沮丧,因为当他的患者被传染病折磨甚至生命被吞噬的时候,他却无能为力,虽然这只是当时最常见的情况。

科赫并不甘心这种现状,于是在乡村里建立了一个简陋的实验室,并开始了自己关于病原微生物的研究。科赫的实验室里没有什么大型的科研设备,科赫本人也没什么途径同外界进行学术交流,他唯一拥有稍微像样点的研究工具是妻子送给他的显微镜。

实验室中的科赫

当时,炭疽病(Anthrax)在他所驻扎地区的农场家畜中广为流行。早在1850年,法国医师卡西米尔·达韦纳等人就已经成功分离出了炭疽杆菌,但尚未证明这就是造成炭疽病的元凶。科赫偶然中看到达韦纳的论文后,决定以炭疽病为突破口进行研究。为了研究炭疽病的起因,科赫整夜整夜地在实验室里待着,甚至几个星期都不迈出房门一步,像着了魔似的废寝忘食。因为他对事业过分执着而忽视了家庭,妻子终于忍受不了离开了他。

家庭生活的不幸并没有动摇科赫的研究热情,他在局促的实验室中发明了染色细菌,培养细菌的技术。科赫发现由于病原体无法长时间在宿主体外存活,因此炭疽病原会形成一种抵抗力强的内孢子。这些存于土壤中的内孢子,就是造成过去无法解释之炭疽大流行的罪魁祸首。这一发现首次记录了人类发现微生物能够致病的事实

炭疽杆菌

1876年,科赫终于将他的研究成果发表,这在当时引起了巨大轰动。四年后,科赫应邀到柏林的德国皇家卫生署工作,在更好的工作条件下,科赫又陆续研究出了结核病霍乱的致病微生物。在取得这些成就的同时,他为微生物研究这一全新的领域制定了沿用至今的工作规范,直到今天,很多实验室中也都能看到由科赫发明的各种常见的微生物培养器皿。这其中,琼脂培养基是由科赫的第二任妻子协助发明的,而玻璃培养皿的德文称呼是Petrishale,这是为了纪念科赫的助手Petri。可以说,科赫以一己之力奠定了微生物学的基础,而他本人也因为这些卓越的贡献获得1905年的诺贝尔生理学或医学奖。

科赫法则的四步骤示意图

科赫不仅为微生物学提供了许多操作的规程和实用的实验器材,也为“确定疾病的来源”制定了严格的标准,这个标准就是至今通行的“科赫法则”。科学研究的重要课题是寻找因果关系,而科赫确立的科赫法则,就是因果关系在疾病和病原体之间的联系,代表了一套在理论上十分完美的判定标准。目前,虽然科赫法则的应用已经有一定的修改,但科赫法则的基本原则是不能违背的。

这个法则主要分为四个步骤:

1.病体罹病部位经常可以找到大量的病原体,而在健康活体中找不到这些病原体。

2.病原菌可被分离并在培养基中进行培养,并记录各项特征。

3.纯粹培养的病原菌应该接种至与病株相同品种的健康植株,并产生与病株相同的病征。

4.从接种的病株上以相同的分离方法应能再分离出病原,且其特征与由原病株分离者应完全相同。

中国人民邮政1982年发行的邮票,纪念微生物学的奠基人科赫

科赫法则是医学界寻找病原体时至今通用的原则。2003年的非典型肺炎和2020年的新型冠状病毒爆发,科学工作者都是通过科赫法则找到了病原体。

科赫作为现代细菌学的鼻祖,其姓名被用来命名德国奖金最高的学术奖——科赫奖,其以杰出的微生物学、免疫学、医学研究为奖励对象。这在微生物学和医学界被认为是仅次于诺贝尔奖的荣誉。

而科赫法则在100多年的发展中也屡经变更。比如科赫法则的第一条后半句,事实上健康的潜在携带病原体者是存在的,比如著名的伤寒玛莉以及小儿麻痹病毒,都是如此;第三条原则也同样不尽完美,科赫本身也在1884年发现霍乱、结核等疾病未必能在不同个体产生相同表现。即使如此,科赫法则在经过发展之后,依然以其严谨的科学性指导着今天的医务工作者。

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