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读书随笔:法则奠基 科赫与细菌学(上)

 书虫小记 2022-11-30 发布于北京

朱石生默默地写了一整套医学大神,以纪传体方式回顾四百年医学探索,每个医学大神他都参考了二三十部有关资料,均是佳作。最早看他的文章,还是通过读库。

科赫是我在初中年代通过一本医学科普小册子知道的人物,读过就再也没有忘记这么一号德国人,比之康德更早了解,尤其是他那著名的培养基——琼脂,起源于厨房里的洋菜汤。

人类对事物的认知,真是一个漫长的过程。其实早在2500年前就有各种哲人、宗教人士提出了肉眼看不到的微生物存在的可能,2000年前的瓦罗还认为微生物可能是让人生病的东西,公元1546年的意大利医生弗拉斯斯特罗干脆认为流行病就是小生物造成的。

只不过整整两千多年时间里,大家都停留于哲学思辨和猜想。直到十七世纪七十年代的列文虎克通过自制的显微镜看到了这种小生物,人们才开始想到,比如巴斯德,是否可以通过某种手段来验证这种小生物与人类疾病之间的联系。

这个实验最早是1863年法国医生达文做的,他把得了炭疽病的羊的血,接种给了健康的羊,健康的羊生病了,然后从健康的羊的血里,看到了与炭疽病羊血里一样的小丝状体。

之后就来了科赫这么一个德国的乡村医生,他跟后来的康德一样,想把大家争论的事搞清楚。

18431211日,科赫出生于一个矿工家庭,家里都是普通人,只有舅舅是一名医生。没法子,唯独科赫显示出了不同的天性——喜欢琢磨,五岁的时候就自己读报纸学会了拼写,还成天拿着家里唯一的放大镜到处去看。舅舅发现这个外甥不简单,着力培养,于是科赫就拥有了比较强的自然科学底子和兴趣。

1862年中学毕业,科赫跟家族里的男孩一样,开始学徒,他的第一门手艺,是制鞋。好在老爹很厉害,当上了矿长,有钱了,于是把这个有灵性的儿子从鞋匠那叫了回来,送去了哥廷根大学念书。——从鞋匠到了哥廷根大学生。

科赫很幸运,当时在哥廷根有个生理系教授亨勒,也认为微生物是致病之源,他影响了科赫。亨勒第一个发现了肾小管,到今天人体组织里很多结构都以亨勒命名,亨勒之所以能走上生理学的路子,也是因为更早的前辈——生理学前辈缪勒的影响。就这么一代一代。

科赫跟随亨勒开始做研究——研究琥珀酸代谢问题。因为嫌实验挺麻烦,他为了体验脂肪对代谢的影响,就干脆自己大量吃黄油——纵观医学史,做出重大发现的医学大神,大多都是这种缺心眼

1866年科赫毕业了,毕业就订婚,为了能养家糊口,就到处考证——当时的德国已经有了相对完善的执业医生体制,必须通过规范的实习、考证才能执业。他考来考去,在朗根哈根智障儿童医院得到了住院医职位,接着就开了诊所。(我们这边刚平定了太平天国)

1867年,他终于用赚到的钱结了婚。成家立业了,科赫就有时间干他喜欢的事——其实还是童年的爱好,拿着显微镜看一切。后来他继续考证,又考上了拉克维茨的医官——从乡村执业医生,成了地区医官。可见这是个逢考必过的书呆子。

1870年普法战争爆发,他当了军医,在军营里历练了他的行医经验,尤其是传染病的临床经验。战争结束后,他又升任到了维尔斯泰因医官。维尔斯泰因接近法国,因此科赫就是从这里得知了巴斯德的学说,以及李斯特的消毒术。

科赫凭借临床直觉,认为巴斯德的微生物路子可能是对的。不过因为巴斯德是法国人,德国又刚跟法国干了一仗,所以科赫想着可不能让法国人在微生物领域取得领先,况且,巴斯德不懂医学,只是个化学家而已,微生物与疾病这件事,还得是医生来干

科赫选择的起点很聪明——既然此前法国的达文医生已经做了牛羊炭疽病的实验,那么就从牛羊炭疽病开始——毕竟,牧群得病的几率要大很多,病例多。科赫比达文进步,或者说有优势的地方,在于科赫拥有哥廷根大学的生理学理论基础,深通医学实验的严谨性,所以在他发现了达文所发现的炭疽病杆菌之后,他比达文更推进一点,就是要利用这种杆菌,大规模制造炭疽病病例。

可是他毕竟也没有多少钱,不可能买来一群牛羊做实验,当时德国也没有自科基金、重大规划项目基金这类社会主义国家才有的东西(这就是我们的优越性了,只是有一点搞不懂,今天这些基金支持下,我们仍然无法突破“卡脖子”和基础性发现,而医学乃至科学史上的所有重大发现,没有一例是国家基金支持出来的)

于是他把目光放到了便宜得多的小白鼠身上,做了第一例人工感染小白鼠炭疽病的实验模型,成功地让小白鼠染病。科赫的严谨性体现在下一步——光是用感染了炭疽病的羊血来做病源还不够,无法派出羊血中其他因素的干扰,所以,他接着用这个感染了炭疽病的小白鼠的血,做下一步实验的病源体,连续接种了30代小白鼠,无一例外感染了炭疽病死亡。

这样的实验方式,基本上完全排除了羊血其他毒素的干扰这个怀疑。

接着,科赫要证明巴斯德所说的,这种小微生物是活的,能够自我增殖。他开始观察一代代死亡的小白鼠的脾脏,发现每一代小白鼠身上的炭疽病杆菌都很多,说明杆菌在繁殖。

到此,换做任何其他人,就会迫不及待发表论文来公布自己的发现了。科赫没有,他还在纠结——所有伟大发现、发明创造的创始人,都有这个特质,不急于公开自己的发现,而是做足工作,让发现或者发明能经得起来自各方的质疑和质询,而且这个要求往往都是他们的自我设定

科赫想要解决的问题是:要亲眼看到杆菌的生长过程。

那就需要在活体上观察,这怎么弄?这个培养杆菌的东西,既要有营养,还得能透明。科赫实验了几十种材料,最后发现牛眼玻璃体最好——天知道他是怎么想到这种东西的。把杆菌放到牛眼玻璃体里,很快就观察到了杆菌的分裂生殖。

不过在观察过程中,又出现一个新问题——随着时间推移,总会出现其他的杂菌混到牛眼玻璃体里。这些杂菌当然就是空气中来的,怎么避免这种情况出现呢?科赫又精心设计了玻璃片憩室——在一片玻璃上挖出个小pit坑,把培养基放到里面,然后盖上另一片玻璃,密封起来,这样就隔绝了空气。

科赫又想到——这人的纠结程度!——还是会有人说,那不一定是杆菌自我分裂,也可能是羊血里有什么其他东西把杆菌撕裂造成的。那好,科赫就不从血液里提取杆菌,而是直接从牛眼培养基中提取杆菌,继续观察,连续观察了八代增殖。这就证明了杆菌是活体。

接着再拿这些他亲自培养提纯的杆菌,来感染小白鼠,继续造成炭疽病例;接着再又用牛眼玻璃体来感染小白鼠,证明,牛眼玻璃体不可能让小白鼠染病,这样才能真正确证他的杆菌是造成小白鼠炭疽病的唯一原因。

科赫还没有下结论——他觉得要排除小白鼠这种动物的独特性,扩大感染范围。他的杆菌感染下,动物们无一幸免,于是他才确信杆菌就是病原体。

以上其实还只是一个阶段——实验室。科赫的强悍在于,他能跳出实验室和自己的成果本身,再次回到日常生活中来反思——这就是我们常说的临床思维。

他这么一想就想到了一个要命的问题——健康的牛羊是怎么感染上炭疽病的呢?当然只能是吃牧草吃出来的。可是,在他实验的过程中,他发现炭疽杆菌非常脆弱,阳光照射下很快就分解死亡了,这玩又怎么可能躲在草里一年半载的呢?

因为当时一旦出现牛羊病例,人们倾向于认为那片草场有“邪气”或者是我们中医说的“瘴气”,就会让草场空置一段时间,一般是过个冬。第二年牛羊再去,结果还是会犯病。科赫想,这么脆弱的杆菌,怎么度过的冬天?

想不通,只好继续不发表结果,继续观察。观察什么呢?他也不知道了。

碰巧有一天他正在做实验观察新的培养杆菌样本,来了几个病人,他随手一放样本,就去门诊了。一忙一天,忘记了。到第二天才想起来那个样本,赶紧跑去看,一看就惊奇地发现,在杆菌周围出现了一些新东西——小圆点,很小

他首先怀疑是污染,接着又自我否定,样本是自己做的,不可能有污染,唯一的问题,就是放了一夜,也就是时间。于是他开始继续制作这种样本,都放置二十四小时再观察,果然都发现了小圆点。

围绕小圆点继续观察,科赫发现这玩就是杆菌自己产生的。他继续按照他那可怕的实验思维,要排除是小白鼠血液的关系,利用其他动物的感染样本来观察,同样也发现,只要放置一天以上,就会出现小圆点。这就确证,小圆点确实是杆菌自己产生的。

这个时候,这个神奇的人居然又冒出来一个想法——第一次发现小圆点的那个样本,过了快一个月自己还没有处理掉,会发生什么?他赶紧找出来那块玻璃片继续观察,发现那些小圆点仍然在,没有动。

天才的灵光出现——他又想到,把这小圆点放回培养基——牛眼玻璃体里,看看会发生什么——果然如他所想,小圆点开始生长发芽——变成了炭疽杆菌!

1876年,科赫做出了医学和生物学上一个重大发现——细菌的芽孢状态

科赫继续攻关!他想到了一个毛骨悚然的问题,既然这些芽孢能挺这么久,那能不能杀死它们?于是他开始用当时所能用到的各种杀菌方法——曝晒、酒精、肥皂水、煮沸来对付芽孢,结果是——全都没有什么卵用。只要遇到合适的条件——牛眼、活的血液,芽孢就能发育为杆菌,造成炭疽病。

所以,这就是为什么过了一个冬天,草场仍然能让牛羊感染炭疽病——因为感染了炭疽病死亡的牛羊,身上的杆菌变成了芽孢,芽孢随风扩散,藏在草场各处,直到被牛羊吃下去,遇到合适环境,就马上发育为杆菌

科赫把这种芽孢也直接注射到小白鼠体内,结果就是小白鼠的染病死亡。

不得不说,芽孢这玩真是大自然的杰作——细菌在遇到无法生存的环境时,就会抛弃掉自身大部分结构,只留下最少量的DNA信息和材料,塌缩为一个点,细胞壁顺势层层包裹这个点,形成一个极为坚固的包裹层

这个包裹层,绝大多数外部物理和化学力量都无法攻破!细菌进入芽孢状态后,几乎不消耗能量,进入到一个无欲无求的境界——什么叫无欲则刚

现代科学还发现,一般而言,任何膜或者壁等结构,都有一个特定的空间结构,只要有结构,就一定有弱点,可以被攻击。唯独芽孢外壳这个东西——肽聚糖皮层,没有任何结构!所以也就没有弱点——什么叫无就是刚

这下他才能把巴斯德和达文的猜想,形成一个完整的解答——致病原就是炭疽杆菌,这种杆菌通过自我增殖让动物染病死亡,同时,杆菌还能产生可以抵御严酷环境的芽孢,芽孢只要遇到合适的环境,就能重新发育为杆菌。

同时,他还给出了解决牛羊炭疽病的办法——把染病死亡的牛羊焚化为灰烬,或者深埋——让芽孢无法扩散。

这时,距离他锁定炭疽病为研究对象,已经过去了三年时间。

18764月,科赫把他的研究方案和结论,战战兢兢提交给了德国细菌学的第一人——临床医生科恩教授,让他帮助检验一下。

科恩一看就知道,这个发现要是真的,那就是划时代意义的发现。科恩非常重视研究的方法论、逻辑的清晰以及过程的严谨,所以他也没有怠慢,召集了布列斯劳几位重量级学者共同检验。

1876430日,科赫被邀请到了布列斯劳植物研究所,演示他的整个实验过程。科赫一动手,几个在观看的行家就纷纷叫手下通知自己的学生——赶紧过来看科赫的实验操作!一大波学生从附近各个学校和实验室奔来看科赫的操作,其中就有一个叫埃尔利希的青年,他后来成了德国细菌学和药学的大宗师。

实验结束后,大家对科赫的评价是:完美。这就是牛人之牛的地方——他们会给自己设定目标,自己给自己加压,力求把手头的事情做到极致。

这一年,科赫33岁。他的论文成为医学史上的里程碑——第一次证明了微生物与疾病的关系。

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