巴斯德:「微生物學之父」,現代疫苗科學的先驅

2020-12-05 聽科學說

路易斯·巴斯德,19世紀法國科學家,被稱為「微生物學之父」。巴斯德以發展疾病的微生物理論、創造巴氏滅菌過程(防止許多食品變質)和改變科學家製造疫苗的方式而聞名。

路易斯·巴斯德(1822-1895)受到他的生命科學繼承者和公眾的尊敬。事實上,他的名字是巴氏消毒法的基礎。

他的研究表明,微生物既能引起發酵,也能引起疾病,這在微生物理論的有效性仍受到質疑的時候為疾病的微生物理論提供了支持。在他不斷尋求疾病治療的過程中,他研製出了第一批雞霍亂疫苗;炭疽,一種主要的家畜疾病,近年來在細菌戰中被用來對付人類;還有可怕的狂犬病。

巴斯德的早期生活與教育

巴斯德出生在法國的多爾,在家裡的五個孩子中排行老二。年輕的巴斯德的天賦似乎更多的是藝術而不是學術,直到他在中學的最後幾年。在導師的鼓勵下,他進行了嚴格的學習,以彌補自己的學術缺陷,為進入巴黎著名的師範學院巴黎高等師範學院做準備。1845年他在那裡獲得了碩士學位,1847年獲得了博士學位。

在等待合適的預約時,巴斯德繼續在法國高等師範學院擔任實驗室助理。在那裡,他在博士論文的研究上取得了進一步的進展——研究某些晶體或溶液使平面偏振光順時針或逆時針旋轉的能力,即表現出「光學活性」。他能夠證明,在許多情況下,這種活動與化合物晶體的形狀有關。他還解釋說,這種化合物的分子有某種特殊的內部結構,這種結構使光線發生扭曲——這是一種「不對稱」的結構。這一假說在結構化學的早期歷史中佔有重要的地位。結構化學是研究分子三維特徵的化學領域。

發酵和巴氏滅菌法

巴斯德通過關於這個和相關研究的科學論文獲得了他的學術資格然後在1848年被任命為斯特拉斯堡的科學院院士1854年被任命為裡爾的科學院院士。在那裡,他開始了對發酵的研究。巴斯德站在與他同時代的少數人一邊,他認為每種類型的發酵都是由活的微生物進行的。當時,大多數人認為發酵是由一系列化學反應自發產生的,而在這些化學反應中,酶——它們本身還沒有被確定為生命——發揮了關鍵作用。

1857年,巴斯德回到法國高等師範學院擔任科學研究主任。在他被允許建立的簡陋的實驗室裡,他繼續研究發酵,並與自然生成理論進行了長期而艱苦的鬥爭。在這些爭論的早期回合中,最突出的是他的巴氏滅菌法的各種應用。他意識到這些都是由不想要的微生物引起的,這些微生物可以通過將葡萄酒加熱到60°到100°C之間來消滅。這個過程後來擴展到各種其他可腐敗的物質,如牛奶。

微生物理論

在巴斯德開始他的發酵研究的同時,他對疾病的起因採取了相關的觀點。他和其他一些科學家認為,疾病是由微生物-細菌理論的活動引起的。反對者認為,疾病,尤其是主要的致命疾病,首先是由於患者內在狀態和素質的虛弱或不平衡引起的。在19世紀60年代,巴斯德對特定疾病的起因進行了早期的研究,他能夠確定發生在蠶身上的毀滅性枯萎病的原因,而蠶是當時法國重要的絲綢工業的基礎。令人驚訝的是,他發現犯罪的是兩種微生物,而不是一種。

一個新的實驗室

然而,直到19世紀70年代後期,巴斯德才完全投入到疾病的研究中,在那之前,他和法國的生活經歷了幾次巨變。1868年,正在研究桑蠶的時候,他中風了,左半身癱瘓。此後不久,1870年,法國在普魯士人的手中遭受了恥辱的失敗,皇帝路易斯-拿破崙被推翻了。儘管如此,巴斯德成功地結束了他與皇帝開始的新的政府談判。政府同意為他建立一個新的實驗室,免除他的行政和教學職責,並給予他一筆養老金和一筆特殊的報酬,以使他能騰出精力來研究疾病。

減毒的微生物疫苗:家禽霍亂和炭疽(最早研發疫苗的方法)

巴斯德在他對抗疾病的研究活動中,首先致力於擴展對炭疽的了解,但是他的注意力很快被家禽霍亂吸引了。這次調查使他發現了如何通過減弱或弱化相關微生物來製造疫苗。巴斯德通常每隔幾天就「更新」他所研究的實驗室培養物;也就是說,他通過將它們重新引入實驗室雞中,從而導致疾病和雞的死亡,從而使它們恢復毒性。在實驗的幾個月裡,巴斯德讓家禽霍亂的培養物閒置著,而他去度假了。當他回來,並嘗試了同樣的程序,雞沒有像以前一樣患病。巴斯德推斷出這個培養物已經死了,不能再復活了,但是相反,他被啟發給實驗雞接種了一種有毒的培養物。令人驚訝的是,這些雞活了下來,沒有生病;他們被一種隨時間逐漸減弱的微生物所保護。

意識到他已經發現了一種可以擴展到其他疾病的技術,巴斯德回到了他的炭疽研究。巴斯德從減弱的炭疽桿菌中製造疫苗,確實可以保護綿羊和其他動物。1881年5月5日和5月17日,在Pouilly-le-Fort舉行的公眾示威活動中,24隻綿羊、1隻山羊和6頭牛分別接種了新疫苗。與此同時,一個由24隻綿羊、1隻山羊和4頭奶牛組成的對照組仍然沒有接種疫苗。5月31日,所有的動物都接種了烈性炭疽桿菌,兩天後,6月2日,人群重新聚集。巴斯德和他的合作者贏得了熱烈的掌聲。疫苗的效果是不可否認的:接種過疫苗的動物都是活的。在對照組中,所有的羊都死了,只有3隻搖搖欲墜的羊在一天結束時死去,另外4隻沒有受到保護的牛腫脹發熱。那隻山羊也死了。

狂犬病疫苗的研製和巴斯德研究所的開始

巴斯德隨後想要進入人類疾病的更困難的領域,在這個領域中,倫理問題更加重要。他尋找一種既折磨動物又折磨人類的疾病,這樣他的大部分實驗就可以在動物身上進行,儘管在這方面他也有強烈的保留意見。他所選擇的狂犬病,長期以來一直使民眾感到恐懼,儘管事實上它在人類中相當罕見。直到巴斯德的疫苗出現之前,治療狂犬病動物咬傷的一種常用方法是用燒紅的鐵塊燒灼,希望能消滅這種疾病的未知病因。

狂犬病為 研製成功的疫苗帶來了新的障礙,主要原因是導致這種疾病的微生物無法得到明確的鑑定;它也不能在體外培養(在實驗室而不是動物體內)。與其它傳染性疾病一樣,狂犬病可以注射到其它物種中並減毒。狂犬病的減弱首先是在猴子身上,後來是在兔子身上。1885年7月6日,巴斯德成功地保護了狗,甚至那些已經被瘋狗咬傷的狗,他同意治療他的第一個人類病人約瑟夫·邁斯特,一個9歲的孩子,否則他就註定要瀕臨死亡。這個案例的成功以及其他成千上萬的案例說服了全世界心懷感激的公眾為巴斯德研究所做出貢獻。

於1888年巴斯的研究所正式成立,並繼續作為世界上最重要的生物醫學研究機構之一。其發現和生產疫苗的傳統今天由賽諾菲巴斯德製藥公司繼續發揚光大。

巴斯德一個偉大的實驗家和創新理論家

巴斯德的職業生涯表明他是一個偉大的實驗家,比起疾病理論和免疫反應,他更關心通過創造新疫苗來直接處理疾病。不過,在比較抽象的問題上,還是可以看出他的見解的。在早期,他將免疫反應與相關微生物的生物學需求,尤其是營養需求聯繫起來;也就是說,在第一次入侵時,疫苗中的微生物或減毒微生物耗盡了它的食物來源,使得下一次入侵對微生物來說很困難。後來,他推測微生物可能產生對自身有毒的化學物質,這些化學物質在體內循環,因此,疫苗中使用了毒素和抗毒素。他支持了另一種觀點,歡迎巴斯德·埃利·梅切尼科夫研究所和他的理論,即血白色小體中的「吞噬細胞」清除體內的外來物質,是免疫的主要媒介。

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  • 安萬特·巴斯德公司歷史
    1857: 巴斯德證明傳染病同微生物有關。微生物學誕生。  1877: 巴斯德提出他的細菌理論和發現細菌在厭氧環境生長。  1880: 巴斯德發明狂犬病疫苗。  1894: 馬塞爾h 梅裡厄加入巴斯德研究院,作為艾米爾 羅教授的助理,同巴斯德共同工作。
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    巴斯德一生進行了多項探索性的研究,取得了重大成果,是19世紀最有成就的科學家之一。他用一生的精力證明了三個科學問題:(1)每一種發酵作用都是由於一種微菌的發展,這位法國化學家發現用加熱的方法可以殺滅那些讓啤酒變苦的惱人的微生物。很快,「巴氏殺菌法」便應用在各種食物和飲料上。
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  • 狂犬病疫苗發明人路易·巴斯德
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