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人类征服细菌之路
1.4.2 巴斯德和炭疽疫苗

巴斯德和炭疽疫苗

继科赫之后,法国微生物学家、化学家,近代微生物学的奠基人巴斯德在征服炭疽杆菌的路上走了更远的一步。

1822年12月27日,路易·巴斯德诞生在法国东部多尔城一座临近山区的破旧楼房里。他的父亲是一位勤劳能干的硝皮匠,自己文化水平不高,却对知识看得很重,他拼命干活赚钱,渴望把儿子培养成为一名教师。

巴斯德9岁那年,父亲把他送到阿尔波瓦中学附属小学里去念书。刚上学时,由于他胆子小,个子也矮小,成绩又不突出,并没能引起学校老师的重视。但在以后的日子里,老师们发现,巴斯德具有其他孩子没有的品格。比如,在读书时,他具有一股坚持到底的恒心和耐心。尽管胆小,他却喜欢提出问题,书上的知识,老师的讲解,似乎永远满足不了他的好奇心。

那时候,小学校实行分组教学法,教师把学生分成若干小组,由组长领读课文,其余同学跟着朗读。巴斯德多么希望当一名领读的同学啊,可是他始终没得到过这份光荣。为此,他常常在家里伤心地流泪。

小学毕业后,巴斯德升入了阿尔波瓦中学。校长罗马勒很注意培养学生的意志,指导他们确定奋斗的目标。他认为巴斯德在学业上虽没有出众的地方,可是他学习起来是那样的专心,无论周围如何喧闹,他的注意力是那么集中。最难能可贵的是,他在回答任何一个问题之前,总是认认真真地想一想,直到确定之后才把答案说出口。校长认为,这样爱思索的孩子是值得深造的,他对巴斯德的父亲说:“您的孩子一点不比别人差,您应该送他到巴黎上大学。”

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路易·巴斯德

1839年,年仅16岁的巴斯德只身来到巴黎,进入高师预备班听课。第二年,他按照自己的愿望,到贝藏松公学学习,预备投考高师的功课。他在贝藏松一边读书,一边当助理教员,用大量的时间孜孜不倦地读书。

在读书期间,巴斯德经常给家人写信。在信中,他多次对妹妹进行了鼓励。一次,他这样写给妹妹:“意志、工作、成功,是人生的三大要素。意志是事业的大门;工作是登堂入室的旅程;这旅程的尽头就有个成功在等待着,来庆祝你努力的结果。”这也不乏是对自己的一种激励。

1842年,19岁的巴斯德又到巴黎去读书,力行着“意志—工作—成功”的道路,终于在第二年,依靠他的勤奋和努力,以第四名的优异成绩,考取了巴黎高等师范学校。

勤奋好学的巴斯德一踏进大学的校门,就像一只蜜蜂钻进了花丛,拼命地吮吸着每一滴知识的甘露。他一步一个脚印地进取着,终于以优异的成绩获得了硕士学位,接着又一鼓作气,完成了博士论文。

巴斯德的才华得到了当时著名化学家巴拉尔教授的赏识,把他安排在自己的实验室工作,研究酒石酸的旋光现象。巴斯德如鱼得水,整天在实验室里和化学试剂为伍,终于发现了酒石酸旋光现象的秘密。这位青年化学家的发现震动了巴黎,并得到老化学家毕奥的赞扬,认为他应到一所大学担任教授。然而,教育部却委任巴斯德为国立第戎中学物理教员,巴斯德毫无怨言尽心尽力地去做了。

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试验中的巴斯德

1849年,巴斯德调任斯特拉斯堡学院化学教授。校长劳伦特对巴斯德很器重,常邀他到家里做客。在那里,他结识了聪明、美丽、性格活泼的校长的女儿——玛丽小姐,巴斯德的才华和高尚的心灵打动了玛丽小姐,他们很快便举行了婚礼。可就在婚礼那天,新郎却突然失踪了。最后,人们在实验室里找到了巴斯德,只好拿下他手中的试管,把他带回举行仪式的教堂。

巴斯德对酒石酸的研究并没有结束,他还在不停地做着实验。有一次,他偶然发现酵母对酒石酸居然有选择作用。他十分惊讶于这个发现。他问自己,发酵究竟是怎么回事?当时连科学界的泰斗杜马教授都把发酵作用看得非常奇异而深奥,认为它的秘密很难揭破。巴斯德对发酵的原理产生了浓厚的兴趣,而兴趣往往是发明与创造的先导。

正当巴斯德将注意力放在发酵上的时候,1854年9月,32岁的他被任命为里尔理工大学教授兼院长。机遇偏爱有准备的头脑。里尔是酒精工业发达的地方,制作酒精的一道重要工序便是发酵,这对于巴斯德的新研究太有帮助了。正是在这里,巴斯德第一次闯入了奥秘无穷的微生物世界。

里尔的一家酒精制造厂在生产中遇到了困难,向巴斯德请求研究发酵的过程。他每天都要花很长时间去工厂,把各种用于制造酒精的甜菜根汁和发酵中的液体带回实验室,放在显微镜下观察。经过反复实验,他发现,发酵时所产生的酒精和二氧化碳都是酵母使糖分解得来的,而且这个过程在没有氧的条件下也能发生。因此,他确定发酵就是酵母的无氧呼吸过程,是酵母生命活动的结果。因此,选择适当的酵母并控制它们的生活条件,便是酿酒的关键。自此,神秘的发酵原理被化学家巴斯德揭示了,也正是由此开始,巴斯德成了一名杰出的伟大的生物学家和微生物学的奠基人。

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里尔是酒精工业发达的地方。正是在这里,巴斯德第一次闯入了奥秘无穷的微生物世界

里尔以酿酒业闻名全国。但在1857年,有好几家酒厂发生了怪事——原本芬芳可口的啤酒都变得酸得不可下咽。酒厂老板望着一桶桶发酸的啤酒,焦急万分。当时人们都认为化学是神秘万能的,于是,六神无主的酒厂老板们便写信给大名鼎鼎的化学家巴斯德,请求他的帮助。

优秀的科学家都善于举一反三,触类旁通。通过对酒精问题的认识,巴斯德断定,啤酒里有微生物在作祟。他凭借着显微镜找到了它们——一种像小细棍似的乳酸杆菌。巴斯德把酒厂老板们都叫来,告诉他们,正是这些显微镜下的小小乳酸杆菌,在营养丰富的啤酒里繁殖,使酒变酸了。“这样微不足道的小东西能使啤酒变酸?”老板们将信将疑。“是的!”巴斯德肯定地说,“现在,我只要用眼睛就能断定你们的酒是不是发酸了。”老板们听后更觉惊奇,他们拿来了各种各样的酒,想试试巴斯德是不是说大话。

巴斯德将一瓶瓶酒打开,逐一滴在玻片上,一个个地放在显微镜下观察,根据乳酸菌的有无来判定酒味是香的还是酸的。每当巴斯德作出一个判断,立刻由一位品酒师来尝味,作出鉴定。结果,巴斯德的判断全部正确,酒厂老板们心服口服。

那么,怎样有效地防止啤酒变酸呢?巴斯德把封闭的酒瓶放进铁丝篮子里,浸在水中加热到不同的温度,力图杀死乳酸杆菌而不把啤酒煮坏。最后,他发明了一个简单有效的方法:只要把酒放在50~60℃的环境中,保持半个小时,便能杀死里面的乳酸杆菌。这就是沿用至今的著名的“巴氏消毒法”。我们现在喝的消毒牛奶就是用这种方法消毒的。

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巴斯德发明了一个简单有效的消毒方法

正当巴斯德为能使全国都享受他发明的利益而欲进行深入的研究时,忽然受到老教授杜马的恳求:希望他能研究正在法国南方蔓延的可怕的蚕瘟疫,以拯救濒于毁灭的法国蚕丝业!

当时巴斯德还没有很多的生物学知识,甚至不能十分准确地区分蚕和蚯蚓,要去研究治疗蚕病,自然困难重重。但对于前辈的敬重和对国家的责任感,使他毅然挑起了这副重担。

带着妻儿和三个精力充沛的助手,巴斯德来到法国南部的蚕业灾区阿莱。

巴斯德发现,得病的蚕身上都有棕黑色的斑点,像撒过一层胡椒,当地人称它为“胡椒病”。得了病的蚕,都难免一死,极少数结成了茧子,可用钻出的蚕蛾产的卵孵蚕,全都是患病的后代。当地人绞尽脑汁,用尽了各种方法来对付蚕病,可都失败了。巴斯德想,与其盲目地尝试各种无济于事的办法,不如找出病的根源,他决定用显微镜来探寻蚕的病因。他把病蚕用水磨成糊汁,吸一滴放在玻片上,放到显微镜下观察,经过多次仔细的检验,终于发现病蚕体内都有一种棕黑色的椭圆形微粒存在,而在健康的蚕身上是绝对找不到这种微粒的。他设想,这种微粒可能就是使蚕得病的真正原因。

工作进行到第二年,许多养蚕户开始怀疑了,他们抱怨说:“政府应该派个动物学家或养蚕专家来,至少也派个兽医来,怎么选了个化学家!他整天用显微镜看,难道能把蚕病看好吗?”巴斯德默默忍受着冷嘲热讽,心里想着:“让时间来证明吧。”

在阿莱的日子里,他失去了他尊敬和热爱的父亲,他赶回家乡时,只见到了父亲的棺材。在继长女和幼女不幸得伤寒去世之后,他年仅12岁的次女在此期间又得了伤寒症,没有见到父亲就死去了。巴斯德抑制住内心的悲痛,更加专心于研究,他觉得:“只有工作可以使我的思想脱离深深的悲哀”。

巴斯德呕心沥血地进行实验,终于发现,细菌不仅存在于病蚕身上,同样存在于雌蚕蛾体内。根据这一发现,他发明了一种既简单又准确的检种方法:把交配过的雌蛾放在一小块麻布片上产卵,然后将产完卵的蛾缝在麻布的一角,等它干枯后,取一部分捣烂加水稀释,用显微镜检查。如果有微粒或微粒的痕迹存在,就连麻布一起烧掉;如果没有,则它的卵就是健康的,可留作明年的蚕种。

接着巴斯德便四处奔波为农民传播挑选好蚕的方法。由于过度疲劳,46岁的他终于病倒了。他得了中风,开始半身不遂。在人们送他到海湾去疗养的途中,他还念念不忘给蚕治病。巴斯德同蚕病奋斗了6年,终于使法国的养蚕业从困境中解脱了出来。

通过对蚕病的研究,巴斯德认识到,微生物是可以控制的。

在那个时候,狂犬病是一种非常可怕的传染病,它是由于被疯狗咬伤或抓伤而引起的。这种病在当时几乎是无药可救的,病人出现烦躁、恐怖、口渴异常而又恐水等症状,最终难免一死。

为了征服狂犬病,巴斯德和助手们进行的第一步工作就是要弄清楚究竟是什么样的微生物在起作用。他们提取疯狗的唾液稀释后给兔子注射,兔子很快死去而并非死于狂犬病,那是怎么回事呢?祸根会不会在血液里呢?巴斯德将疯狗身上抽出的血注入健康的狗体内,并未使之得病。众所周知,狂犬病从被咬伤到发病需要经过一段潜伏期。经过细心观察和研究狂犬病的发病症状,巴斯德终于发现,引起狂犬病的微生物(病毒)是经过神经系统发生作用的,它从伤口到达中枢神经系统的过程就是狂犬病的潜伏期。

巴斯德从一只疯狗的脑颅里取出一点脑髓,再将一只健康的狗麻醉后锯开脑盖,把疯狗的脑髓注射进去,再缝起来。狗醒来后行动如常。但过了14天,它发病了。实验证实疯狗脑髓里也存在狂犬病病毒,从而论证了他的推断。

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巴斯德正从一只疯狗的脑颅里取出脑髓

经过一段时间的研究,巴斯德发现,狂犬病病毒可以通过连续的猴体培养而减弱毒性,如果制成疫苗,便可用于预防狂犬病的发作。同时他还发现,在被疯狗咬后的短期内,以减弱毒性的狂犬毒液作为疫苗进行接种,仍然具有预防效果。

接着,他又找到了一种配制疫苗的最佳方法。他把疯狗的延髓用线吊起来,放入清洁的放有干燥剂的玻璃瓶中,它的毒性便一天天减弱,到第十四天,完全失去了毒性。然后把干缩了的延髓研碎加水稀释,便可以用来注射。

巴斯德在动物体内注射了这种疫苗,实验结果表明,注射过疫苗的动物获得了对狂犬病的抵抗能力。

1885年,正当巴斯德准备开始拿自己做试验品来进行人体的预防试验时,7月间,一个9岁的小男孩墨斯特被带到了巴斯德面前。可怜的男孩手脚被疯狗咬得鲜血淋淋,他的母亲乞求巴斯德给予治疗。巴斯德开始感到有些为难,因为疫苗治疗狂犬病在人类还没有先例。他检查了墨斯特,发现伤口有14处之多,他注定要得狂犬病了。假如对他进行注射疫苗的治疗,或许有可能死里逃生。

科学家的职责使巴斯德不再犹豫,当晚他就给墨斯特注射了用干燥了14天的延髓液制作的疫苗,次日注射13天的,然后是12天的,11天的……孩子天天在实验室里同小动物玩得兴高采烈,而巴斯德却度过了忐忑不安的2星期,以至每晚都要失眠和发烧。治疗终于获得了成功,墨斯特挣脱了狂犬病的魔爪,回到了他的小学校。

消息很快传了出去,不仅是法国全国,世界各地的病人蜂拥而至,要求巴斯德为他们治疗。不到10个月,巴斯德的实验室就接受了1726名被疯狗或疯狼咬伤的病人,除了10名以外,其余1716人都战胜了死神,获得新生。这种治疗方法也很快在全世界得到普及。

巴斯德一生进行了多项探索性的研究,取得了重大成果,是19世纪最有成就的科学家之一。他用一生的精力证明了3个科学问题:

(1)每一种发酵作用都是由于一种微菌的发展,这位法国化学家发现用加热的方法可以杀灭那些让啤酒变苦的恼人的微生物。很快,“巴氏杀菌法”便应用在各种食物和饮料上。

(2)每一种传染病都是一种微菌在生物体内的发展:由于发现并根除了一种侵害蚕卵的细菌,巴斯德拯救了法国的丝绸工业。

(3)传染病的微菌,在特殊的培养之下可以减轻毒力,使它们从病菌变成防病的药苗。他意识到许多疾病均由微生物引起,于是建立起了细菌理论。

路易·巴斯德被世人称颂为“进入科学王国的最完美无缺的人”,他不仅是个理论上的天才,还是个善于解决实际问题的人。他于1843年发表的两篇论文——“双晶现象研究”和“结晶形态”,开创了对物质光学性质的研究。1856~1860年,他提出了以微生物代谢活动为基础的发酵本质新理论,1857年发表的“关于乳酸发酵的记录”是微生物学界公认的经典论文。1880年后又成功地研制出鸡霍乱疫苗等多种疫苗,其理论和免疫法引起了医学实践的重大变革。

巴斯德被认为是医学史上最重要的杰出人物。巴斯德的贡献涉及几个学科,但他的声誉则集中在保卫、支持病菌论及发展疫苗接种以防疾病方面。

巴斯德并不是病菌的最早发现者。在他之前已有基鲁拉、包亨利等人提出过类似的假想。但是,巴斯德不仅热情勇敢地提出关于病菌的理论,而且通过大量实验,证明了他的理论的正确性,令科学界信服,这是他的主要贡献。

另外,在征服炭疽病的道路上,巴斯德也做出了突出的贡献。

当时在法国的许多牧场,绵羊得了一种病,死亡率几近一半,损失惨重。人们把一些草地称为“瘟场”、“瘟山”,因为羊群经过那里,仅仅几小时后,就一批批四肢颤抖着倒下去,连牧羊人都没看清它们是怎么死的。死尸立刻膨胀起来,稍微撕开一点皮,就有发黑的黏血流出来,所以人们称之为炭疽病。

1878年,巴斯德受法国农业部的委托,正式开始了防治炭疽病的研究。经过实验他发现,炭疽病的病原体是一种杆状细菌——炭疽杆菌。他和助手到农场仔细观察绵羊染病死亡的过程。他们在草地上撒下大量的杆菌培养液,奇怪的是,这里的羊并不得病死亡;而那些在“瘟场”、“瘟山”吃过草的羊,却死得特别多。巴斯德非常精明,他在撒下含杆菌培养液的同时,让羊吃些带芒刺的植物,使羊的口舌受微伤,杆菌从伤口进入血液,羊就染病死亡。那些“瘟场”、“瘟山”正是长着带芒刺的植物,才使绵羊吃草后染病死亡的。于是巴斯德告诫人们:把病羊尸体埋在干燥的砂石质的深土中,那里是不长草的,同时要注意不使羊吃到带芒刺的草,这样,羊就可以幸免于难。

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巴斯德努力研制炭疽疫苗

巴斯德在发明了给鸡注射疫苗的方法来防止鸡得霍乱病后,他又想,是不是也可以采用同样的方法来预防牲畜的炭疽病呢?巴斯德认为,问题的关键在于必须制造出毒性减弱的炭疽病疫苗。

用延长存放时间的方法是不行的,因为炭疽杆菌不怕氧气,否则便不会有什么“瘟场”、“瘟山”了。巴斯德想起,他曾经将炭疽杆菌的培养液注入母鸡的体内,而母鸡却出乎意料地没得炭疽病。经过再三思索,他认为,可能是因为母鸡的体温要比绵羊等畜类高好几度,所以它能抑制炭疽杆菌。果然,将注射过菌液的母鸡浸在冷水里,它就抵抗不住,也得炭疽病了。

巴斯德就用适当温度培养菌液的方法,成功地制得了炭疽病的疫苗。再依次把毒性由弱到强的疫苗给绵羊注射,绵羊就再也不会得炭疽病了。经过试验,这种方法也同样可以用于牛。

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巴斯德研究所

实验的成功使人们非常钦佩巴斯德,人们把做实验的农场改名为“巴斯德农场”,以表达对这位科学家的敬意和感激。法兰西第三共和国政府要授予巴斯德勋章,他提出希望将勋章一同授予不辞辛苦帮助他实验的青年助手。当他们同时得到政府的授勋时,激动得相互拥抱起来。

1882年,法国有60多万只羊和8万多头牛注射了他发明的疫苗。法国在农牧业连同养蚕业、制酒业中得到了很大利益,正如英国著名博物学家赫胥黎所说的:“1870年普法战争使法国赔偿了50亿法郎的巨款,但是巴斯德一个人的发明就足够抵偿这个损失了。”

巴斯德的巨大成功使法国人民欣喜若狂,人们筹集资金建立了巴斯德研究所。直到今天,研究所还以其雄厚的科研力量和卓越的科研成果,在世界微生物学领域占据着领先地位,每天,这里都要接待数以百计的各国访问者,这也是对巴斯德这位为人类征服微生物而奋斗了一生的伟大科学家的最好纪念。