1927年,弗莱明继续研究这些葡萄球菌。他在小碟里制成美丽的培养基,让葡萄球菌在里面生长繁殖,以便了解这些杀人犯有什么弱点。后来他去度假。临走前,他把这些培养基随便堆放在工作台上——他本是个既不整洁又无条理的人,再说,这十年来,他在实验室里一直忙得像个厨房里的杂务工或家庭主妇一样,这使他懒得再去收拾。“等休假回来再说吧。”他喃喃地说。过了一个月,弗莱明回到实验室,发现培养基已经长霉了。“我忘了盖上盖子,使空气中的微生物落到上面,把它污染了,我现在就来清理它们。”他大声说着,随手拾起一个小碟准备去刷洗。可是,且慢!这是怎么回事。他突然对着碟子里的培养基出起神来,在培养基的表面散布着几小块青绿色的斑点,这是霉菌的菌落,没有什么值得大惊小怪的。奇怪的是那些培养基,它们本来混合了大量的葡萄球菌,应该是混浊的、不透明的,可这会儿却变得清澈洁净,美丽无比,仿佛刚刚制作出来的一样。弗莱明灵机一动,他用白金丝挑出一星点儿培养基,放到显微镜下,调好焦距,开始观察。“这真是怪事!”他情不自禁地喊起来。原来他发现,培养基里的葡萄球菌已经不见了,它们被溶解了。“这些青霉菌一定能够分泌一种杀菌物质,它们在培养基里扩散,杀死了那些葡萄球菌。我一定要查个明白。”于是弗莱明立刻行动起来,他把青霉菌放在肉汤里培养,让它们生长繁殖,然后他把肉汤过滤,得到一小瓶清澄透明的滤液。他把这种滤液滴了一小滴在培养基上,几小时以后,原来长势茂盛的葡萄球菌就全部被杀死了。他又把这种滤液用水稀释,结果,只用1%的稀释液就可以杀死葡萄球菌,甚至008%的稀释液仍然具有杀菌能力!但是,这种具有强大杀菌能力的奇异物质,对人体是不是安全的呢?
弗莱明又进行了一个新的实验,他给一只豚鼠注射大量葡萄球菌,使它致病。然后他向这只豚鼠的血管里注射了一针滤液。豚鼠没有死去,也没有出现任何异常症状。这种物质是安全的,它具有医用价值。
弗莱明把青霉菌分泌出来的有强大杀菌能力的物质,叫做“青霉素”。但是由于青霉素性质不稳定,无法将液体培养基中的青霉素提取出来,因而无法在临床实践中运用。此后弗莱明便把这一发现写成一篇学术论文,发表在1929年英国皇家《实验病理季刊》上。这一时期,德国的埃利希发明了“606”的化学药剂,不久,杜马克又发现了磺胺,人们都将注意力放在探索合成药物的研究方面,所以弗莱明的论文并没有得到学术界的关注。
第二次世界大战的爆发,使人类对大量抗细菌感染药物的需求增加。这一客观要求促使人们去关心以往各种有关抗菌物质的报道,以便寻找高效的抗菌药物。1938年,英国牛津大学病理学家弗洛里和德国生物化学家钱恩从期刊的资料中找到了有关青霉素的文献。经过细菌学家和生化学家的共同努力,高纯度的青霉素终于诞生了。将其用于病员身上,效果非常显著。从此,这不起眼的青色霉菌变成了治病良药,轰动了全世界。
青霉素的发现及临床应用成功,开创了医疗科学的新纪元,被看做在第二次世界大战中堪与原子弹和雷达并驾齐驱的“武器”。为此,弗莱明同弗洛里、钱恩一起荣获了1945年的诺贝尔医学及生理学奖。
机遇是有利于成功的外部条件,但要想把握机遇,不仅需要有远大的志向,更需要孜孜不倦地去追求,所以机遇往往在偶然中显示着必然。虽然弗莱明谦虚地将青霉素的发现归结为偶然,但正因为弗莱明历来一丝不苟、认真细致的工作态度,才使这种偶然性变成了必然的伟大发现。
瓦克斯曼发明链霉素
20世纪40年代,人类有史以来第一种对抗细菌传染病的灵丹妙药——青霉素问世。遗憾的是,它对许多种病菌并不起作用,其中也包括肺结核的病原体结核杆菌。能不能发现一种类似青霉素的抗生素来治疗肺结核呢?不久后,对结核杆菌有明显抑制作用的抗生素——链霉素被发明出来了。它的发明者是美国人瓦克斯曼。
瓦克斯曼1888年出生在俄国。他家以务农为生,瓦克斯曼从小就与土壤结下了不解之缘。22岁那年,他随家人移居美国,进了大学攻读农学专业,依然与土壤结伴。大学毕业后从事大学土壤微生物教学和研究工作,并获得不少成就。
20世纪30年代初,医学家已经知道了一个事实,即结核杆菌在土壤中会很快遭到破坏。究竟是什么原因,医学家不清楚。如果能够知道原因,或许能够找到治疗结核病的方法。当时医生对于结核病只能采用静养的方法。于是美国防痨协会,在 1932年委托瓦克斯曼这位土壤微生物学家,研究一下结核杆菌在土壤中为什么会很快遭到破坏这个问题。
瓦克斯曼经过三年的研究,确认进入土壤中的结核杆菌,最终在土壤中全部被消灭了,一株也不复存在。那么是什么东西消灭了结核杆菌呢?一系列的实验表明,估计是土壤中那些无毒性而又具有强大杀菌能力的微生物所为。可是,微生物是一个微观的“王国”,在这个王国里,有许多家族,在每个家族中又有成千上万个子子孙孙。想要在这个拥有10万种以上的“居民”王国里,寻找杀死结核杆菌的微生物,真像大海捞针一样。
瓦克斯曼的研究组面临的是一项十分繁复而又非常细致的工作。在一块土壤中常常有几千种细菌存在,而它们的生活习性又各自不同,研究人员必须一丝不苟地先将它们一种一种分离出来,再按它们的要求在不同的培养基里进行纯粹培养,获得分泌物以后,还要在病原菌或其他细菌中进行杀菌效能检验。
1940年,瓦克斯曼的研究组终于分离出第一种抗生素,定名为“放线菌素”,因为是由一种放线菌产生的,就把这种放线菌叫“抗生素放线菌”。放线菌素对很多种细菌有很强的抑制作用,但对结核杆菌却没有抑制作用,而且对实验动物的毒性也很大,根本没有希望应用于临床,于是他们决定扩大研究范围。1942年,他们又分离到一种链丝菌,它产生的抗生素既能抑制革兰氏阳性、阴性细菌,也能抑制霉菌,而且对实验动物的毒性也不大,它对结核杆菌也有抑制作用,还能耐热,耐酶的分解作用。但可惜的是在临床试验中,发现它的积蓄毒性太大。通过这些研究,他们进一步完善了研究方法。他们发现放线菌在液体培养基中更易产生抗生素,活性物质的分离方法中以活性炭吸附,然后用酸处理较好,用革兰氏阴性菌(包括结核杆菌)测定抗生素抗菌性能的方法也得到了完善。这就为他们进一步地研究发现新抗生素打下了基础。瓦克斯曼经过考虑,想到既然链丝菌能够产生抗结核杆菌的抗生素,就决定缩小寻找范围,专门从土壤中寻找新的链丝菌。土壤是霉菌的宝库,当时他们已经从土壤中研究了不下1万种霉菌。
1943年9月,他们分离出一种完全符合要求的灰色放线菌(后来命名为灰色链霉菌),并发现它可以对结核杆菌产生抑制作用。经过提炼研制成新的抗生素,并顺利地通过了对动物的实验和长期观察,确认这种新药物具有治疗结核病的特效,并对动物无害。几个月后,开始对人体进行临床试验,证实了它的医疗价值。于是,又扩大实验范围,证明对治疗结核性脑膜炎也有特效。就这样,瓦克斯曼和他的助手于1944年1月正式宣布这个新的抗生素——链霉素诞生了。链霉素是继青霉素之后第二种用于临床的抗生素,它的抗结核杆菌的特效作用,开创了结核病治疗的新纪元。
1952年10月,瓦克斯曼因发现链霉素荣获诺贝尔生理学和医学奖。此后,它继续研究抗生素,一生中与其学生一起发现了20多种抗生素,以链霉素和新霉素最为成功。
链霉素与青霉素杀菌原理不同。青霉素是“强攻”病菌的细胞壁,导致其缺损,从而使病菌失去保护屏障,继而破裂死亡。链霉素弃强攻而选择智取,它主要作用于病菌的核糖体,这种细胞器在细菌中的角色是蛋白质“加工厂”,细菌生长繁殖所必需的蛋白质都由这一加工厂出品。链霉素占领并破坏了加工厂后,病菌如同被掐住了七寸的毒蛇,除了乖乖送命别无他途。
福斯曼与心脏导管术
心脏导管术是用X线不能透过的尼龙导管,在患者的四肢静脉或动脉插入心脏各部,借以了解心脏血管系统动力改变的一种检查方法。它有助于明确先天性心脏病的诊断,并能准确提供血液动力学资料。这一医疗技术的发明者是德国著名的外科医生沃纳·福斯曼。
福斯曼于1904年生于柏林。18岁时,福斯曼考入柏林大学医学院。由于家境贫寒,福斯曼不得不一边工作,一边上学。1928年,福斯曼以优异的成绩通过了国家考试,并获得医学博士学位,受聘于柏林一家医院,当上了一名住院医生。当时,心脏病是所有疾病中死亡率最高的。福斯曼看到一个心脏病患者,因得不到及时、有效的治疗而死去,心里十分难过。他决心以最大的努力,寻求一种新的、有效的方法来治疗心脏病。
一天,福斯曼突发奇想:传统的心脏检查方法,诸如叩听诊法、X射线透视法、心电描记法等,对心脏外科的诊断和适应症来说都不够用,急需发明一种触及心脏内部的方法,用以测量压力、直接采血、便于检查氧气和二氧化碳含量、给有生命危害的病人使用速效药,以及使用X射线造影剂,查出心脏的解剖学情况和血流状态。
不久,福斯曼产生一个大胆设想:用一个可弯曲的细软管从肘部通向心脏。负责医院管理事务的卫生委员是福斯曼父母的好友,他被福斯曼这个大胆的设想吓坏了,认为此法“亵渎神灵”,因为当时心脏手术是违禁之事,他更不同意福斯曼用自己的身体做此实验。于是,福斯曼只得自己在暗中行事。在福斯曼的一再请求下,他的朋友和同事罗迈斯在他肘部做静脉血管穿刺,然后把毛线般粗的软导管涂抹了经过消毒的橄榄油后,将软管小心翼翼地朝福斯曼的心脏部位推进。当导管推至锁骨部位时,刺激了福斯曼,他咳嗽起来,罗迈斯不顾福斯曼阻拦,立即把导管退到体外,第一次实验失败了。
一周过后,福斯曼再次进行实验。他在自己的左肘窝局部麻醉下切开肘前静脉,自己把导管插入静脉,并沿着静脉血管向前推进,然后借助于身边的X光荧光屏前面的一面镜子观察,终于将导管推进了自己的右心房,还摄下了X线照片。在整个实验中,他没有感到痛苦,只有些温暖的感觉,就如同注射钙剂后的感觉一样。自此之后,福斯曼先后在自己身上做了九次类似实验,用尽了所有的周围浅静脉,并曾将浓碘化钠溶液注入导管内,拍摄到极淡的右心造影照片。随后,福斯曼撰写了题为《右心导管检查术》的论文,报告了他的心脏导管术及其在诊断治疗上的作用。然而,福斯曼冒死得出的研究成果,并没有得到应有的重视,反而招来了一系列的指责和非难。一些思想保守的医学权威,甚至讽刺福斯曼的试验是“马戏场上的技艺”,是违反伦理和不人道的。还有一些不明真相的人,更把福斯曼看成是可怕的“疯子”。直至1941年,才引起了美国医学家库南德和理查兹对福斯曼的心脏导管术的重视,他们改进并应用此技术进行血流动力学及循环呼吸生理学方面的研究,并将获得的诸多成就公之于众。从此,福斯曼的心脏导管术才引起医学界的广泛兴趣和重视。到了1945年,他们已累积了1200次心脏导管术方面的经验,为心脏手术开辟了前进的道路。20世纪50年代以来,福斯曼的心脏导管术在临床上应用更为广泛,日趋成熟,它可帮助测定心内和血管各部分的压力及血液含氧量,对进行直接心血管造影术以及研究心、肝、肾的代谢机能,均有很大临床价值;对心脏外科的开展也日益显示出它非凡的功劳。
福斯曼发明了心脏导管术,并勇敢地在自己身上做实验,证明此术于人体无害,却可诊断心脏病变,第一个为研究循环系统病理变化开辟了新路;库南德和理查兹两位医学家重视改进福斯曼的心脏导管术,并取得重要成果,为此,他们三人于1956年共同被授予诺贝尔医学奖。
人类的历史其实就是一部与疾病作斗争并不断战胜疾病的历史,这其中离不开医学工作者坚持不懈的探索与实验,正是他们以无私的献身精神推动了医学的进步。回顾福斯曼创造心脏导管技术的历程带给我们一些启示:科学研究需要强烈的探索欲为动力,需要无畏的探索精神为保障。
“死亡天使”门格勒
在第二次世界大战中,惨无人道的德国法西斯建立了许多集中营。其中,坐落在波兰南部的奥斯维辛集中营是德国法西斯最大的杀人工厂。执掌这里生杀大权的是一名本该治病救人的医生——门格勒。
门格勒生于1911年,他的家庭在德国有比较显赫的地位,他父亲所经营的农业机械公司在当时是德国三大享有盛名的生产企业之一。这种生活背景,不但使门格勒受到完整的教育,而且也从小就助长了他的表现欲。作为长子,他注定要继承父业,可约瑟夫却不甘于只当一名当地绅士,他从小学习极其刻苦,数学、拉丁文和法文异常优异,经常获得在全校集会上发言的殊荣。
1927年4月,门格勒以全校第一的成绩从高中毕业。此后,他决定从事人类学和遗传学研究方向的医学。他对同学称,他的志向是希望载入世界大百科全书。当年10月,门格勒来到巴伐利亚首府慕尼黑城学习哲学,后又在法兰克福主修医学。1935年,他分别获得了医学、哲学两个博士学位。随后,门格勒申请成为纳粹党党员并于1938年加入了纳粹党卫队被派往苏联前线。
1942年,门格勒在苏联前线受伤,并被部队宣布不适合继续服役。后来,他被调到奥斯维辛集中营,成为奥斯维辛集中营医学和实验科研处的处长。在这里,他执掌着所有“犯人”的生杀大权。被送进集中营的犹太人是被送进劳动营从事劳动,还是被送进毒气室毒杀都是由门格勒决定的,他也因此被人称为“死亡天使”。