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第13章 生物医学篇(1)

病菌的发现

1865年,欧洲蔓延着一种可怕的蚕病。健康的蚕宝宝因感染上这种病,一夜之间就死掉了一大批。这种神秘的疾病也侵袭了法国阿莱省的蚕种。许多靠养蚕为生的法国农民心急如焚,他们联名给巴黎高等师范学校微生物学家、化学家巴斯德教授写信,恳求巴斯德研究出克服疾病的方法,救救他们的蚕宝宝。

巴斯德来到蚕区。通过观察后,他发现了一种椭圆形的微粒,这种微粒存在于病蚕和桑叶上。这就是病源,教授兴奋起来。他发现这些微粒是活的,并能很快地繁殖后代。蚕就是因为吃了这种含病源的桑叶,才会得病死去,这种微生物能大量吞食蚕宝宝。巴斯德为人类发现的致病的微生物,被称为“病菌”,这也是人类首次发现致病微生物。

巴斯德把病蚕带回了巴黎实验室,并细心研究,两年以后,他终于找到了答案:通过有病的蚕卵,蚕病被一代又一代遗传下去。只要消灭了有病的蚕卵,就可以培养出健康的蚕群。于是,巴斯德打死产完卵的雌蛾,并加水把它磨成糨糊,放在显微镜下观察,如果发现成糨糊的雌蛾体内有病菌,就把它产的卵烧掉;没有病菌,就把它产的卵留下,用没有病菌的蚕卵繁殖后代,这样蚕病就不会传染。

1869年,法国养蚕业采纳了巴斯德首创的检种方法。他的伟大发现和制止病菌的理论挽救了濒临危亡的蚕丝业,拯救了法国的工业,繁荣了法国的经济。

小小微生物可以织布吗

衣服和各种纺织品的原料,无非是棉、丝、麻、毛,以及各种化学纤维。

自然界还有没有别的天然纤维可以充当衣服的原料呢?早在19世纪的时候,法国生物学家巴斯德就已经发现,有一种胶醋酸杆菌能使酒变成醋,还会“吐”出一根根细丝。

美国科学家布朗对这种有趣的细菌作了进一步的研究,发现它的一种膜上有一些细孔,能把葡萄糖变成很细的纤维喷出来。尽管每个细菌一天只能生产三四毫米长的细丝,但这毕竟说明细菌也能生产出“棉花”纤维。

布朗在实验中发现,如果在胶醋酸杆菌的培养基里,滴入纺织、造纸工业中广泛使用的一种荧光增白剂,这种细菌受到刺激后,就会把许多细丝合并在一起,使纤维变粗,而且生产速度也会加快3倍。令人感兴趣的是,这种纤维长而坚实,质量比棉麻纤维还好。用这种纤维造出来的“纸”,薄而坚韧,质地柔软,犹如一张洁白的滤纸。后来,他利用胶醋酸杆菌收获了第一批“棉花”,它的纤维比天然棉花长,因而织出来的布更加结实。细菌的繁殖速度快,数量多,一旦大规模培养,就能生产出大量的细菌纤维。

英国科学家沙加尔别出心裁地用霉菌的菌丝体做原料,居然也制成了一种前所未有的新型纤维,用这种菌丝纤维也可以织布做衣服。霉菌的菌丝是怎样变成可以织布的纤维的呢?要知道,霉菌的菌丝纤维相互交叉黏合,缠绕在一起,会形成菌丝的纤维网络。科学家把这种菌丝纤维网络滤去水分,像造纸一样,经过湿法成网、干燥和化学增塑等工艺处理,便得到了一种菌丝布。

目前,菌丝织布还只是在实验室里进行小规模试验,然而这种新方法的优越性却已显现出来。制作这类菌丝布所需的时间很短:48小时就能在5升的培养罐中制成500克菌丝纤维,这比丝、棉、麻、毛等天然纤维的生产周期不知要快多少倍,甚至比化学纤维的生产周期还短。制作这种菌丝纤维的成本也非常低廉,只要给霉菌提供一定的温度和湿度,供应一些糖蜜,就可以大量繁殖、大批生产了。

眼下科学家正设想,借助遗传工程,将细菌控制菌丝纤维的基因转移到光合细菌的细胞内,让这种细菌在阳光下大量生产菌丝纤维,以便织出又好又多的菌丝布。

细菌可以成为人类的大夫吗

有些细菌不会使人生病,反而能给人治病,因而被人们称为细菌大夫。

在进行皮肤和脏器移植时,人体的排异作用常会使手术功亏一篑。在这方面,细菌大夫成了外科医生的得力助手。科学家在霍乱菌的分泌物中,发现了一种能抑制人体排异反应的蛋白质,只要在移植手术前一天,给患者注射这种蛋白质,手术后患者就不会发生排异反应。如今,在细菌大夫的帮助下,排异作用最强的皮肤移植已获得了成功。

白血病是血液系统的恶性肿瘤。科学家找到了一种可以用来治疗白血病的细菌大夫——白细胞细菌。这种细菌分泌的毒素,能一举杀死动物体内的白血病细胞,使动物霍然而愈。进一步的研究表明,这种细菌毒素对人体的白血病细胞,也有很强的杀伤作用;不仅如此,它对肺癌和子宫癌细胞也有良好的杀伤效果。

日本的微生物学家在红球菌中,发现了两种有抗癌作用的新物质:一种是从土壤菌的脂肪成分中提取的,另一种存在于土壤菌的细胞表层部分。这两种物质能促使肿瘤细胞坏死,将在治疗癌症时大显神通。

细菌大夫的发现,为人类提供了一种新的治病手段。随着研究工作的不断深入,一定会有更多的细菌大夫相继问世。

蜘蛛与消肿药

那是一个夏天的傍晚,华佗在院中乘凉。在一棵枣树的树杈上,一只大蜘蛛刚结完了网,停在网边休息。就在这时候,不知从哪儿飞来了一只大马蜂,一下子撞到了蜘蛛网上。

华佗对这只蜘蛛产生了兴趣,想看它如何对付一只会蜇人的马蜂。他看见马蜂为了挣脱蛛网的束缚而死命挣扎着。这时,蜘蛛正守候在网边,它见状飞快地爬了过去,想把挣扎的马蜂用蛛丝缠住,却被马蜂狠狠地蜇了一下。蜘蛛的身体当即肿胀了起来,因此它不得不往后退去。最后,蜘蛛竟从网上掉了下去,落在草丛里。挣扎着爬起来的大蜘蛛迅速朝一棵叫芦荟的植物爬了过去,接着竟然在那棵芦荟上撕咬打滚儿,不停地滚来滚去。奇怪的是,打了几个滚儿的大蜘蛛身子马上变得灵活起来。紧接着又回到网上继续攻击马蜂。

那棵帮助蜘蛛消肿解毒的芦荟引起了华佗的注意,他走过去观察,并做了记录,画了图样。通过反复试验和研究,华佗用它制成了消肿药。

一日,华佗来到广陵(今扬州)行医。他在路上碰到一个小孩,这个小孩被大马蜂蜇肿了脸,正痛苦地捂着脸叫嚷。华佗在安慰他的同时,掏出自制的消肿药敷在小孩肿疼的脸上。一会儿,孩子的脸上就露出了笑容。

回去后,华佗又对药方进行了研究,进一步改进了配方,最终制成了我们今天仍在使用的消肿药。

青霉素的发明

1928年夏季的一天,弗莱明像往常一样,在伦敦大学圣玛丽医学院的实验室里,从事着有关机体中防御因子(特别是白细胞)抵抗葡萄球菌致病因子的作用机理的课题研究工作。为了研究葡萄球菌,他全身心地扑在实验室,对这些细菌在培养过程中的变化进行仔细观察,研究影响这些变化的条件。每次当他将培养皿的盖子打开,取出里面的细菌,放在玻璃片上,准备拿到显微镜下观察时,飘浮在空气中的细菌或霉菌,常常“乘机”飘落到培养皿里,这些外来的微生物在培养皿中繁殖,经常妨碍实验的正常进行,对于这些“不速之客”,弗莱明真是讨厌极了。但是在这一天,那些“不速之客”却引起了他的注意。当弗莱明正准备用显微镜观察从培养皿中取出的葡萄球菌时,一个特殊现象引起了他的注意,在原来长了很多金黄色葡萄球菌菌落的培养皿里,有一种来自空气中的青绿色的霉菌菌落长了出来,并已开始繁殖。使他更为惊讶的是,在这个青绿色的菌落周围,原来培养的葡萄球菌落全被溶解了,而离得较远的葡萄球菌则依然如故。弗莱明推测这个青绿色的霉菌可能分泌了一种能够裂解葡萄球菌的自然抗菌物质,而这种物质可能正是他多年来寻求的。这种青绿色的霉菌引起了弗莱明的极大的兴趣,他详细地记录下这个偶然发现的奇特现象,同时异常小心地把这些青绿色的霉菌从培养皿中分离出来,培养在液体培养基中,让它迅速繁殖。

这种青绿色的霉菌被弗莱明称为“青霉菌”。根据青霉菌“吞食”顽固的葡萄球菌这一事实,他推测青霉菌分泌了一种极强的杀菌物质,正是这种可以扩散的物质,把周围的葡萄球菌消灭了。在整个试验过程中,他都观察得十分仔细。当葡萄球菌布满了培养皿整个平面时,青霉菌周围仍旧没有任何细菌。

由此可以证明,青霉菌能阻止细菌的蔓延,并且能把它们消灭。

那么,是否能把青霉菌的分泌物提取出来呢?弗莱明开始思考这个问题。

于是,他立即动手进行实验。第一步,他把青霉菌接种到肉汤培养液中,让它迅速地繁殖;第二步,把长满青霉菌的液体异常小心地过滤出来,得到一小瓶澄清的滤液。随后,这种滤液被弗莱明滴进长满葡萄球菌的培养皿里。几个小时以后,原来长势旺盛的葡萄球菌全部被消灭了。

这个发现让弗莱明兴奋不已,他又开始了一系列实验。弗莱明在以前研究溶菌酶过程建立起来的测定技术的基础上,用水稀释这种滤液,重新做实验,鉴定这种培养液对各种致病菌的抑制性状。试验结果表明,1颐1000浓度的培养液对葡萄球菌的生长仍具有抑制作用。弗莱明又以十分凶恶的链球菌作为测试的对象,结果表明,1颐100的培养液就能杀死它们。弗莱明称这种抗菌物质为“青霉素”。

青霉素尽管被发现了,但真正把它运用于医学上还经过了很长一段时间,因为提炼医用青霉素的过程相当困难,要经过青霉素的培养、滤液的浓缩、提炼和烘干等一系列过程,弗莱明自己是无法完成的。因此,他邀请了一些生物化学家合作,打算把培养液中的青霉素提取出来供临床试用。但是这种很不稳定的化学物质,在一般的溶液中很快就遭到破坏,所有提取青霉素的试验都失败了,他也因此一直没有获得过青霉素的提取物。但是,弗莱明丝毫没有气馁,青霉素的光明前景在激励着他。十多年以来,他在自己的实验室里耐心地将这个青霉素菌株一代一代地繁殖下去,终于取得了骄人的成绩。

1939年,澳大利亚病理学家弗洛里注意到了弗莱明关于青霉素的论文,便向弗莱明索取该菌作进一步的研究。弗洛里和当时侨居在英国的德国生物化学家钱恩,在几位科学家的协助下,克服了种种困难,将青霉素的棕黄色粉末提炼了出来。经试验,这种青霉素粉末的杀伤力是前所未有的。

1941年,青霉素第一次在被葡萄球菌感染的患者身上做临床试用,效果良好。青霉素的显著疗效得到了医药界的承认并广泛地普及开来。此后,青霉素的工业制药取得了突飞猛进的发展。

身体的“零件”可以更换吗

人体免疫排斥问题是科学家们在器官移植技术中遇到的最大难题。我们每个人的细胞中都存在着一种人体组织相溶性抗原,简称HLA,这种特殊的抗原专门对付不属于自己的外来组织。每个人具有各不相同的HLA,所以把别人的器官移植到患者身上时,患者的免疫系统就会辨认出这种外来的器官而加以排斥。在日常生活中,如果一根手指断了,它会一直断着,原因是人体细胞里的遗传基因已经高度特化了,断指处长手指的基因也不会被开启,只好由它断着。

就连一小块损坏的皮肤,固执的基因也不肯让它重新长出来。

大自然赋予我们的免疫系统,给科学家出了一道难题,但还是有很多器官移植成功了。他们是如何做到的呢?原来,医生们采取了两个好办法:第一,使用免疫抑制剂,使患者的免疫系统变得迟钝,暂时认不出外来的东西,使植入的器官能较长时间地保留;第二,对提供器官者的HLA和患者的HLA进行对比,尽量使它们具有更多的相同处,减少排异反应。

可是使用了免疫抑制剂后,又出现了新的问题:迟钝的免疫系统虽然不排斥外来器官了,但对外来有害病菌的抵抗能力也大大降低了。所以,患者往往避免不了感染,常死于肺部或其他部位的感染。

面对新的问题,科学家们又开始了新一轮的探索。经过研究,人们发现,主要是一种简称T的免疫细胞引起了组织排异反应,这种免疫细胞只占免疫系统的一小部分,如果能开发出只抑制它的药物,不就可以解决这个问题了吗?

现在这种新药已经研制出来了,并在临床上取得了比较好的效果。

但是以上的办法都不能从根本上解决问题,因为人体的排异反应十分复杂。

给患者提供不会引起排异反应的器官才是最根本的解决办法,相信经过科学家们的努力,人体换“零件”将能像机器换零件那样轻松自如。

“产褥热”是如何产生的

抗菌药物青霉素和磺胺在被发现之前,许多产妇都死于“产褥热”。所以,那时产妇分娩是一件非常危险的事情,有不少产妇没能跨越这道“鬼门关”。

产褥热常在产后两三天开始发病……究竟是什么原因导致了这种病?人们在探寻着。

19世纪初,匈牙利医生塞麦尔维斯经过多次调查发现:在实习医生助产的产房里,产妇的死亡率比例较大。由此他推想,患有产褥热的产妇死亡后,实习医生经常要对尸体进行病理解剖,做完后,直接就进入产房,用没有经过认真清洗的手为其他产妇接生,在这种情况下,那些健康的产妇很容易被传染上疾病。

于是,他吩咐产房里所有的医生和护士,在检查产妇或接生前,都务必先要用漂白粉溶液将双手消毒,同样也要用漂白粉溶液浸泡产科器械。这项措施在他主管的病房实行后,产褥热的发病率明显地降低了。

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