这位19世纪的科学家,至今仍在改变你的生活

A doctor draws a vaccine dose into a syringe from a bottle
Without the vital work of Louis Pasteur we would not have the vaccines and manyImage: Unsplash/Mufid Majnun
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  • 在新冠肺炎、猴痘及其他病毒威胁肆虐之际,一位公共卫生专家赞颂了疫苗科学先驱路易·巴斯德的重要贡献。

  • 作为免疫学和微生物学之父,他研发了狂犬病和炭疽疫苗,还发明了巴氏杀菌法,并取得了其他科学成就。

  • 甚至在分子生物学证实这一点之前,巴斯德就推测,所有生命过程都源于生物分子中原子的精确排列。

  • 巴斯德在诺贝尔奖创设之前便已去世,但这位法国英雄在非凡的一生中取得了以下成就。

一些最伟大的科学发现并未带来诺贝尔奖。

路易·巴斯德(1822年至1895年)可谓是世界上最著名的微生物学家。他广受认可,被认为提出了疾病细菌学说,并发明了以他命名、用于保存食品的巴氏杀菌法。值得一提的是,他还研发了狂犬病和炭疽疫苗,并为对抗霍乱作出了重大贡献。

但他于1895年去世,比首个诺贝尔奖颁发早了六年,因此他的履历中没有这项荣誉。若他生活在诺贝尔奖时代,他的工作无疑足以让他获奖。诺贝尔奖设有多个领域,包括生理学或医学,且不颁给已故人士。

如今,新发或再现传染病的威胁仍在持续,从新冠肺炎、脊髓灰质炎到猴痘和狂犬病,回顾巴斯德留下的遗产令人肃然起敬。他的努力从根本上改变了人们对传染病的认识,以及通过疫苗抗击传染病的方式。

我曾在公共卫生和医学实验室工作,专攻病毒和其他微生物,同时培养未来的医学实验室科学家。我的职业生涯始于病毒学,亲身参与狂犬病检测与监测以及人畜共患病病原体相关工作;而我的工作在很大程度上建立在巴斯德于微生物学、免疫学和疫苗学领域的开创性研究之上。

这幅插图描绘了1886年在巴黎巴斯德研究所,路易·巴斯德(右)监督狂犬病疫苗接种。Image: 美国国会图书馆/Interim Archives,经 Getty Images 提供

首先,他是一位化学家

依我看,巴斯德对科学最重要的贡献,是他在医学微生物学和免疫学领域取得的卓越成就。不过,他的故事始于化学。

巴斯德师从法国化学家让-巴蒂斯特-安德烈·杜马。在此期间,巴斯德开始对生命起源产生兴趣,并从事偏振光与晶体学研究。

1848年,获得博士学位仅几个月后,巴斯德在研究酿酒过程中形成的晶体性质时,发现晶体会呈现互为镜像的形态,这一性质称为手性。这项发现成为化学一个分支——立体化学——的基础。立体化学研究分子中原子的空间排列。当时,分子的这种手性(或左右性)是一项“革命性假说”。

这些发现使巴斯德推测出后来由分子生物学证实的结论:所有生命过程最终都源于生物分子中原子的精确排列。

葡萄酒与啤酒——从发酵到疾病细菌学说

19世纪,啤酒和葡萄酒对法国和意大利的经济至关重要。在巴斯德生活的年代,产品变质、变苦或饮用后有害的情况并不少见。当时,科学界认为“自然发生说”成立,即生命可以从非生命物质中产生;人们认为这是葡萄酒变质的原因。

许多科学家试图推翻自然发生说。1745年,英国生物学家约翰·特伯维尔·尼达姆却认为自己设计出了支持自然发生说的完美实验。多数科学家相信热能杀死生命,因此尼达姆设计了一项实验,试图证明食物即使煮沸后仍会滋生微生物。他将鸡汤煮沸后倒入烧瓶,加热,再封口并等待;他没有意识到,在封口前空气可能已重新进入烧瓶。过了一段时间,微生物生长起来,尼达姆便宣称自己胜出。

然而,他的实验存在两个重大缺陷。首先,煮沸时间不足以杀死所有微生物。更重要的是,空气可以重新进入烧瓶,导致微生物污染。

为平息这场科学争论,法国科学院举办了一场竞赛,征集最佳实验,以证明或驳斥自然发生说。巴斯德为参赛进行了一系列实验,其中包括一篇于1861年获奖的论文。

巴斯德认为其中一项实验“无可辩驳且结论明确”:与尼达姆不同,他在对培养物进行灭菌后,使其免受污染。他使用如今闻名的鹅颈瓶,这种烧瓶有一段长长的S形瓶颈,既能让空气进入,又能在加热时阻止落下的颗粒进入肉汤。因此,烧瓶在很长一段时间内都没有微生物生长。这表明,如果不让空气直接进入煮沸后的浸液,那么“即使观察数月,也不会出现活微生物”。不过,重要的是,一旦引入灰尘,活微生物就会出现。

通过这一过程,巴斯德不仅驳斥了自然发生说,还证明微生物无处不在。当他证明食物和葡萄酒变质是由不可见细菌污染所致,而非自然发生时,现代疾病细菌学说由此诞生。

19世纪疫苗接种的起源

19世纪60年代,丝绸产业遭到两种疾病的重创,这些疾病会感染蚕。巴斯德设计了一套巧妙的方法,用显微镜检查蚕卵,并保存健康的蚕卵。他将观察所得应用于产业实践,就像他处理葡萄酒问题时那样,因此成为某种意义上的法国英雄。

尽管严重中风导致健康状况恶化,并造成部分瘫痪,巴斯德仍继续工作。1878年,他成功鉴定并培养出导致禽霍乱的细菌。他发现,陈旧的细菌培养物已不再有害,而接种了旧培养物的鸡可以在接触野生菌株后存活。他还观察到,幸存的鸡会排出有害细菌。这一发现有助于确立一个在新冠肺炎时代已广为人知的重要概念:无症状的“健康携带者”仍可能在疫情暴发期间传播病菌。

在研究禽霍乱之后,巴斯德转而致力于预防炭疽。这种疾病由细菌炭疽芽孢杆菌引起,曾广泛侵袭牛等动物。他在自身研究以及德国医生罗伯特·科赫的研究基础上,提出了使用减毒(或弱化)微生物制作疫苗的理念。

19世纪80年代末,他毫无疑问地证明,让牛接触减毒炭疽疫苗可以产生如今广为人知的免疫力,并大幅降低牛的死亡率。

致命的狂犬病病毒。尽管可以通过接种疫苗预防,狂犬病如今在全球每年仍造成约59,000人死亡。Image: Nano Clustering/Science Photo Library,经 Getty Images 提供

狂犬病疫苗的突破

依我作为专业人士的判断,路易·巴斯德所有成就中,狂犬病疫苗的发现最为重要。

狂犬病被称为“世界上最可怕的病毒”,会从动物传染给人类,途径是咬伤。

接触狂犬病病毒极其危险,因为一旦出现症状且未接种疫苗,死亡率接近100%。通过敏锐的观察,巴斯德发现,将死于狂犬病的兔子和猴子的脊髓晾干,会使狂犬病病毒减毒。巴斯德用这种减毒病毒制成疫苗,让狗逐步接触狂犬病病毒,并证明可以有效使狗获得狂犬病免疫力。

1885年7月,法国男孩约瑟夫·迈斯特年仅9岁,被一只患狂犬病的狗严重咬伤。约瑟夫几乎注定难逃一死,他的母亲便带他前往巴黎求见巴斯德,因为她听说巴斯德正在研发狂犬病疗法。

巴斯德接下了这个病例,并与两位医生一起,在数周内为男孩进行了多次注射。约瑟夫活了下来。巴斯德以一种治疗方法震惊了世界,这种疾病原本被认为必定致命。这项发现推动巴斯德的狂犬病疫苗于1885年前后得到广泛应用,大幅减少了人类和动物因狂犬病死亡的数量。

堪配诺贝尔奖的一生

巴斯德曾有一句广为人知的名言,他在一次演讲中说:“在观察的领域里,机遇只垂青有准备的头脑。”

巴斯德善于运用自己卓越且有准备的科学头脑,解决人类面临的最实际难题。

路易·巴斯德在诺贝尔奖设立之前便已去世,但我认为,他一生在医学、传染病、疫苗接种、医学微生物学和免疫学领域作出的非凡发现与贡献,使他跻身有史以来最伟大的科学家之列。

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