疫苗史，图中左侧男子为开启了免疫治疗研究的先河的英国医生爱德华·詹纳（EdwardJenner）
编者按：
17世纪，显微镜技术的发展，让人们看到了一个梦幻般的微观宇宙，也从此开启了人类通往微生物研究的大门。然而，在科学巨人和科学巨著竞相涌现的18世纪，微生物研究进展缓慢，直到19世纪显微镜性能得到进一步改善，人类终于在细菌致病学说取得突破，其中做出突出贡献的是法国微生物学家和化学家巴斯德。正是因为有了巴斯德的贡献，德国的科赫、贝林和埃尔利希，以及其他国家的一些学者19世纪后半叶才能在微生物学领域建立一系列不朽的功绩。英国医生爱德华·詹纳从天花治疗中发现的疫苗疗法开启了免疫治疗研究的先河，迄今年来，疫苗研究不断迎接人类健康面临的重重挑战，挽救了全球无数人的生命。
文
周程（北京大学科学与社会研究中心教授）
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一
继英国学者罗伯特·胡克（RobertHooke,-）于年使用复合显微镜第一次观察到了软木组织中的蜂房结构，并将其命名为“细胞”之后，年荷兰的显微镜专家列文虎克（AntonivanLeeuwenHoek,-）使用自制的单透镜显微镜第一次观察到了水滴中的“小动物”（littleanimals），开启了人类通往微生物研究的大门。
左：年据相关描述绘制的罗伯特·胡克（RobertHooke）形象；
中：胡克用的显微镜；
右：胡克画的细胞结构图。
列文虎克（AntonivanLeeuwenHoek）和他的显微镜（右上）；右下为其绘制的血红细胞图。
列文虎克使用可以放大二百余倍的单透镜显微镜先后观察了霉菌、蜜蜂刺、动物的血液、植物的叶片以及人的胡须、口水和牙垢等，发现了一个梦幻般的微观宇宙，那里充满着各种各样的微生物。列文虎克和众多17世纪显微镜专家，通过不断收集新的事实、发现新的现象为人类打开了一幅新的令人激动的自然图景，并为人类加深对微生物世界的理解奠定了重要的基础。
18世纪是一个充满着激情和活力的时代，先后涌现出了一批科学巨人和科学巨著，但由于光学显微镜制造技术没有取得实质性的进步，有关微生物的研究进展缓慢。这一时期，除荷兰动物学家穆勒（OttoFriedrichMüller,-）使用显微镜对细菌进行过仔细观察，并用插图在著作中详细展示了他所看到的细菌形态外，我们很难看到其它有价值的微生物研究成果。
进入19世纪后，由于产业革命促进了机械制造技术的发展，加上光学理论的进步，显微镜的性能有了明显的改善，以致德国博物学家和动物学家埃伦伯格（ChristianGottfriedEhrenberg,-）得以于年根据所观察到的细菌形态尝试着对细菌进行了分类，他当时使用的“细菌”（Bacterium）和“螺旋菌”（Spirillum）等术语人们至今还在作为属名继续沿用。
众所周知，将细菌与疾病联系在一起，进而提出细菌致病学说的是法国微生物学家和化学家巴斯德（LouisPasteur,-）。但实际上，在巴斯德提出疾病可以通过细菌传染这一论断之前，匈牙利医生森梅尔外斯（IgnazPhilippSemmelweiss,-）已经意识到这一问题，并开始采取措施减少医疗过程中的疾病传播了。
年，森梅尔外医院工作时注意到：在医院里分娩的妇女由于产褥热而成批死去，但在家里分娩的妇女却很少得这种病。他意识到，有可能是医生加剧了这种疾病在病人之间的传播。于是，他要求手下的医生在换下一个病人时一定要用强化学溶液洗手。医生们对此颇有怨言，但他们还是按要求做了，医院里的产褥热发生率开始急剧下降。
左：森梅尔外斯（IgnazPhilippSemmelweiss）；
右：-年产褥热死亡率，年采取强化学溶液洗手措施后数据急剧下降。
年，森梅尔外斯因匈牙利宣布独立被迫离开奥地利，于是，医院的医生略去了不愉快的洗手程序，以致病人中患产褥热的比例又开始上升。与此同时，森梅医院工作，都坚持用强化学溶液洗手，结果由他照顾的病人因产褥热死亡的不到1%。森梅尔外斯用实践证明了洗手对降低产褥热的发生率是有效的，但他不知道洗手之所以有效，是因为致病细菌在这一过程中被大量消灭了。当然，这一谜底后来是由巴斯德揭开的。
法国微生物学家和化学家巴斯德（LouisPasteur）
巴斯德原本是学化学出身，早期主要从事与酒石酸晶体有关的研究，年赴里尔大学担任新成立的理学院院长后不久，因当地的酿酒企业遇到了葡萄酒和啤酒变酸的问题，故应工业界的请求开始从事发酵研究。当时，法国和德国的一些学者已经意识到糖和酒精的发酵有可能是酵母引起的，但遭到了很多学者的质疑。德国著名化学家李比希（JustusvonLiebig,-）就认为，发酵是纯粹的化学反应过程，无须有机体参与。巴斯德使用显微镜对发酵过程进行仔细观察后发现，发酵乃微生物作用的结果，而且不同的发酵是由不同的微生物引起的，从而否定了微生物没有参与发酵或者只不过是发酵之产物的权威观点。
正在做实验的巴斯德
问题是，酒液中的微生物究竟是如何产生的？如果这些微生物确实如当时流行的“自然发生说”所言，是从它们所在的有机物或无机物中自然而然地形成的，无须上代，那么即便使用加热等方法将酒液中的乳酸杆菌全部杀死，也难保乳酸杆菌不再次出现从而使酒液变酸。年前后，巴斯德使用鹅颈瓶和直颈瓶做了一系列对比实验，结果显示，虽然对两种瓶子中的肉汁都进行了高温加热处理，但因空气中的微生物很容易侵入直颈瓶中，故直颈瓶中的肉汁很快就在侵入微生物的作用下变质了，但鹅颈瓶中的肉汁因在空气中漂浮的微生物被卡在了瓶颈的弯曲处，故存放了很长一段时间都没有发生腐败。
实验表明：
1、空气中的尘埃携带着各种各样的微生物；
2、既然微生物参与了发酵的整个过程，那么要改善发酵的结果，解决酒液变酸问题就不能不考察各种微生物在发酵过程中所起的作用。
经过深入研究后，巴斯德发现，在未变质的酒液中，通常只能观察到圆球状的酵母菌，但在变酸后的酒液中，除酵母菌外，还能观察到很多杆状乳酸菌。进一步研究表明，正是乳酸杆菌在酒液里大量繁殖，才使酒液变酸的。
这就证明了所谓“自然发生说”是错误的，生物只能来源于生物，非生命物质绝不可能随时自发地产生新生命。这意味着，只要把密封包装的酒液中的乳酸杆菌全部杀死，就可以有效防止葡萄酒和啤酒变酸。著名的“巴氏灭菌法”就是基于上述研究于年至年间开发成功的。
巴斯德用鹅颈瓶实验证明是空气中的某种物质而不是空气本身使液体腐坏变质，是细菌致病学说的有力证据。
年，因蚕微粒子病迅速蔓延，致使法国南部的蚕丝业陷入困境。在过去的老师、法国南部加尔省阿莱斯市出身的高官安德烈·杜马（JeanBaptisteAndreDumas,-）的请求下，对蚕一无所知的巴斯德最终决定亲赴蚕病重灾区阿莱斯开展蚕病的防治研究。
巴斯德很快就证实，当地的蚕病是由一种在显微镜下才能看得见的椭圆形棕色微粒子虫感染了桑叶和家蚕引起的。为了确证这种微粒子虫的传染性，巴斯德把桑叶涂上这种微粒，给健康的蚕吃下去之后，蚕很快就染病死去。而且，他还发现，放在蚕架上面格子里的蚕，可通过落下的蚕粪将这种病传染给下面格子里的蚕。因此，巴斯德建议彻底消灭已受感染的家蚕和桑叶，以阻止蚕微粒子病的蔓延。此项建议使法国的蚕丝业得以起死回生。巴斯德的上述发现使人们意识到，疾病确实是可以通过寄生的微生物进行传播的。
受巴斯德上述研究的启发，英国的外科医师约瑟夫·李斯特（JosephLister,-）认为，伤口化脓、术后感染很可能是由微生物从外界侵入引起的。因此，他除坚持洗手和清洗白大褂外，还从年开始使用一种叫做石炭酸的防腐剂清洗手术器具，并往手术室的空气中和墙壁上喷洒这种防腐剂消毒。此外，李斯特还使用外层夹有胶布，并消过毒的纱布给创口进行包扎，以隔绝创口与空气中的微生物之间的联系。结果，医院手术死亡率迅速从45%下降到15%。
约瑟夫·李斯特（JosephLister）
李斯特在手术中给患者喷洒石炭酸
年2月，李斯特在写给巴斯德的信中说道:“请允许我乘此机会向您表示衷心的谢意，感谢您以出色的研究向我证明了微生物和发酵理论的真实性，并给了我使灭菌法取得成功的唯一原理。”面对李斯特的热情赞颂，巴斯德显得相当冷静，他认为李斯特的方法还有进一步改进的必要。不久后，医院提出了蒸煮器具和给绷带消毒等多项建议，从而使李斯特外科消毒法朝着现代外科消毒法迈进了一大步。
二
虽然至19世纪晚期，细菌致病学说已获得了很多证据支撑，而且人们还从不同的发酵由不同的微生物引起进一步类推，推测不同的疾病由不同的微生物引起，但是谁也没有完全证实这一推论。乡村医生出生的德国细菌学家罗伯特·科赫（RobertKoch,-）用事实给出的回答是，某些特定的传染性疾病确实是由某种特定的细菌引发的。
罗伯特·科赫（RobertKoch）
19世纪七十年代，炭疽热在欧洲开始流行，导致牛、羊等家畜的死亡率急速攀升。科赫和巴斯德几乎同时启动了炭疽热研究。当时，科赫正在波森的沃尔夫施泰因（今波兰境内）担任乡村医生，因此他非常关心这种有可能传染给人的恶性疾病的防治，并对探明这种恶性疾病的成因抱有浓厚兴趣。他的妻子曾送给他一份生日礼物：哈内显微镜，希望能给远离大都会的科赫带来一些乐趣。科赫使用这个在当时已算相当先进的显微镜对患炭疽热致死的家畜血样进行了观察，并从这些患病家畜的血样中发现了一种非常特别的棒状体，但从健康的家畜血样中却找不到这种棒状体。科赫猜测这种棒状体就是炭疽热的病原菌。
作为一名乡村医生，科赫当时既没有实验室，也没有饲养可供实验用的牛羊，因此只能买来一些小鼠做实验。科赫用注射器从患炭疽热死亡的家畜脾脏中抽血注射到健康的小鼠身上后发现，小鼠很快就出现患炭疽热症状，于是他抽出患病小鼠的血液，用显微镜观察后确认，小鼠血液中也出现了棒状体。但是，科赫并没有就此得出该棒状体就是炭疽热的病原菌的结论，因为它有可能不是引发炭疽热的原因，而是炭疽热导致血液破坏的结果。
科赫的小鼠实验
科赫认为，要确认该棒状体就是炭疽热的病原菌，首先必须确认从患炭疽热的家畜血样中观察到的棒状体是能够生长繁殖的杆菌，而不是血液破坏的产物；其次要将这种杆菌分离到动物体外进行培养，获得纯系菌株后再注射到健康动物体内，如果健康动物出现了患炭疽热症状，才可以确认该杆菌乃炭疽热的病原菌。
科赫在将患病小鼠血液中的棒状体分离到小鼠体外做繁殖实验时，采取了很多措施都没有成功，后来采用将牛眼球中的房水与实验小鼠的血液混在一起的方法，才使患病小鼠血液中的棒状体在小鼠体外繁殖获得成功。在做棒状体的繁殖实验过程中，科赫还对棒状体的活动情况进行了显微摄影。
分析这些摄影照片时，科赫发现，这些棒状体在周围环境恶化时会变成可以抵抗恶劣环境的芽孢；周围环境变好后，芽孢又会转化为棒状体。这些事实表明，患炭疽热的动物血液中的棒状体确实是杆菌，而且这些杆菌会变成处于休眠状态的芽孢以增强对环境的适应性。之后，科赫将在动物体外培养出来的已繁衍多代的杆菌注射到健康的动物体内后发现，这些动物又出现了炭疽热症状。
年，经过著名生物学家、德国细菌学的奠基人费迪南德·科恩（FerdinandJuliusCohn,-）等人的严格审查，名不经传的乡村医生科赫得以在科恩主编的《植物生物学文稿》公开发表了这项研究成果。至此，某种特定的疾病是由某种特定的细菌引发的推论得到了一次严格的实证。
巴斯德用显微镜进行观察后肯定了科赫的上述发现，同时他还指出，炭疽菌的芽孢有很强的耐热性，可以在地面上存活很长时间。动物吃了带有这种芽孢的草，芽孢就会在动物体内发芽，并渗入血液大量繁殖，最终使动物患炭疽热而死。死去的动物又将炭疽杆菌带到大地。失去营养后，炭疽杆菌又会变成芽孢。这样周而复始，使炭疽热不断地传染下去。因此，为隔断炭疽热的传播途径，必须杀死已感染的动物，并进行焚烧或深埋处理。
因发现炭疽菌获得广泛认同，年，科赫应邀赴柏林的帝国卫生署任职。在这里他不仅拥有了设备先进的实验室，而且还拥有了两名能干的研究助手。当时，细菌研究热潮正在世界各地兴起，但由于有效培养纯种细菌的方法尚未确立，故很多有意义的研究根本就无法付诸实施。因此，“怎样才能把一个一个菌种从杂菌中分离出来?”几乎成了科赫每天都在思考的问题。
一天早上，科赫注意到实验室台子上有一块煮熟的马铃薯,其切口表面长满了五颜六色的霉斑。他将霉斑逐一挑出来，用纯水制成观察试样，然后用显微镜逐个检视，发现每一霉斑所含的都是同类细菌。这意味着马铃薯上的这些颜色不同的霉斑乃空气中的细菌掉下后长成的一个个纯种菌落！他马上意识到，分离纯种细菌，应该用固体培养基。经过不断试验，科赫和助手一起，终于在年找到了一种比煮熟的马铃薯更为理想的琼脂肉汤平板培养基，那是把从海藻中提取的琼脂和肉汤一起煮匀，再浇铸冷却后制成的。这种培养基的发明，被认为是细菌研究方法上的一次重大突破。
体现微生物四种不同代谢形式的琼脂培养基
有了高效分离培养纯种细菌的独门绝技，科赫于年开始向当时危害人类健康的头号杀手肺结核发起了冲击。但是，无论科赫如何努力，他都无法从结核患者的病变肺或肝组织中找到任何特殊的细菌。
科赫后来意识到引起结核的细菌有可能是无色的，即便使用放大倍率更高的显微镜也看不见。于是，他开始尝试着给结核组织染色。费尽周折，解决生物组织染色难题之后，他又遇到了疑似结核杆菌在肉汤培养基中不肯生长的难题，最后使用与动物体内成分极其接近的血清制作固体培养基才培养出了纯种疑似结核杆菌。科赫按照自己确立的最为严格的程序做完全部实验之后确认，它就是引起结核病的结核杆菌。
科赫绘制的结核杆菌
年，印度和埃及等地先后爆发霍乱，欧洲也面临着巨大的威胁。应埃及政府的请求，科赫亲自率队赴亚历山大港施救。尽管埃及的霍乱很快就自动平息了，但是经验丰富的科赫还是从霍乱病人身上找到了一种比结核杆菌更小、弯曲得像新月一样的弧状细菌。由于不能确定这种弧菌就是霍乱的病原体，所以科赫又冒着危险前往霍乱长年肆虐的印度，并用肉汤培养基培养出了纯种疑似霍乱弧菌。进一步的研究表明，这种弧菌就是引起霍乱的病原菌。它虽然可以借助饮用水和病人衣物进行传播，但在干燥条件下极易死亡，而且用普通的消毒剂都可以杀死它们。
年，科赫（右三）和同伴在埃及救治霍乱
科赫基于多年的研究实践，于年总结出了确认某种特定细菌为某种特定疾病的病原菌的四条原则：
1、在所有病例的发病部位都能发现这种细菌；
2、这种细菌可从病体中分离出来,并能在体外培养成纯菌种；
3、将这种纯菌种接种给健康动物后，能引起相同的疾病；
4、在接种纯菌种而致病的动物身上,仍能分离、纯培养出同种细菌。
在科赫的实践与理论的引领下，19世纪八、九十年代成了科学家发现病原菌的黄金时代。例如，年德国的克莱布斯（TheodorAlbrechtEdwinKlebs,-）和莱夫勒（FriedrichL?ffler,-）独立发现了白喉杆菌，年德国的加夫基（GeorgTheodorAugustGaffky,-）分离出了伤寒杆菌，年德国的埃希（TheodorEscherich，-）发现了大肠杆菌，年奥地利的魏克塞尔鲍姆（AntonWeichselbaum,-）分离出了脑膜炎球菌，年日本的北里柴三郎（-）分离出了破伤风杆菌，年法国的耶尔森（AlexandreYersin，-）发现了鼠疫杆菌，年日本的志贺洁（-）发现了痢疾杆菌等。年，科赫因发现结核杆菌并证明了其病原性而被授予诺贝尔生理学或医学奖。
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