斩杀大蛇者,科学家——抗蛇毒血清的发现史(上)

作者:赵言昌来源:蝌蚪五线谱发布时间:2019-06-11

在真实世界,打败“基多拉”的是这些科学家!

目前仍在热映的《哥斯拉2》里,出现了三个怪兽:平头哥哥斯拉、扑棱蛾子魔斯拉,以及,大长虫,基多拉。

拉顿(图片来源:豆瓣)

基多拉(图片来源:豆瓣)

三头、三尾的巨蛇,自然只存在于荧幕之中——实际上,一头、一尾已经够可怕了。根据统计,全世界范围内每过5分钟,便有50例蛇咬伤,其中有25位是被毒蛇咬伤,有4个因此落下终生残疾,最终会有1个人在毒液的侵蚀下失去性命。

波音737的载客量在200位左右。每5分钟死1个人,等于说毒蛇们每天都可以引发一场空难——无人能够生还。

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蛇咬伤数据(原图出处:CNN)

除非,被蛇咬伤的人们能够及时得到抗蛇毒血清。

巴斯德:偶然的发现

抗蛇毒血清这个名字,可能有些陌生,不过,故事是从我们非常熟悉的地方开始的:英国医生爱德华·詹纳用牛痘预防天花。

在18世纪,天花是最致命的疾病。大约三分之一的患者会在半个月内去世;剩下的那些,或是遇到支气管感染,或是双目失明,能带着一脸麻子活下去已经是最好的结果。医生能做的事非常有限,除了种种不可靠的治疗方案之外,便是祈祷病人的免疫力足够强。

13岁那年,爱德华·詹纳(Edward Jenner)在布里斯托(Bristol,英格兰西南城市)附近的乡村学习药剂知识,偶然听到一位挤奶工显摆自己的脸蛋儿。

爱德华·詹纳(图片来源:nih.gov)

爱德华·詹纳(图片来源:nih.gov)

“我永远不会有麻子脸——因为我得过牛痘!“

詹纳不禁对此留了个心眼,不过他很忙,忙着学习,忙着研究地质、血液、鸟类,甚至是氢气球。一直到34年后,他才真正决定思考牛痘的作用。

牛痘同样可以让患者发热、长水疱,只是症状不如天花剧烈。1796年,詹纳找到一位挤奶工,把她手臂上的水疱划破,从中提取出液体,接着,将液体注射到一个小男孩身上。

詹纳的实验(图片来源:美国国家地理)_副本

詹纳的实验(图片来源:美国国家地理)

      随后,小男孩果然出现了发热,症状也如同预料中一样轻微。等体温降下来之后,詹纳又给他注射了天花病患者的水疱液,结果,小男孩安然无恙。

换句话说,接种牛痘之后,他的免疫系统具备了对抗天花病毒的能力。

接种牛痘的办法,没有立刻被大众接受,甚至有人担心,这种陌生的手段“有伤天和”,会让人长出牛角。相比之下,有一群人不但接受了牛痘,而且据此大胆猜测:一切疾病都是由微生物引起的,而微生物并非铁板一块。牛痘和天花有“血缘关系”,致病能力却大不相同,用牛痘“锻炼”人体,人体便能对天花形成抵抗力。

他们,就是科学家。

一个世纪后,法国科学家路易斯·巴斯德(Louis Pasteur)决定利用这一点对付炭疽。

巴斯德(图片来源:腾讯网)

巴斯德(图片来源:腾讯网)

当时,炭疽是畜牧业的一大威胁。被炭疽杆菌感染的动物,往往突然发病、一两天后便死亡。尤其让人困惑的是,即使采取隔离措施,把发病动物拉走、埋起来,仍然不能阻断疾病的传播。

巴斯德在调查中发现:一方面,土壤里有一些肉眼看不到的物质可以引起炭疽病;另一方面,有些动物可以抵抗这些物质,它们在疫情区悠然吃草,却始终不会发病。即是说,炭疽和天花一样,都是由微生物引起的,也都存在研制疫苗的可能。

可惜,天花家族有牛痘这个不争气的后代,自然界的炭疽杆菌在致病力上却不相上下。

既然自然界中没有,那就想办法造一种出来!

说到巴斯德,很多人会想到巴氏消毒法。所谓巴氏消毒法,就是把生牛奶加热到60~90°C,杀死活菌,然后降温,如此一来,便可以大大延长牛奶的保存时间。为了找到致病力较弱的炭疽杆菌,巴斯德再次想到了温度。他在实验中发现,炭疽杆菌同样对温度很敏感:假如把温度维持在42℃左右,炭疽杆菌虽然能繁殖,但是新生的细菌致病力大减、几乎不会引起疾病。

炭疽杆菌(图片来源: 中国疾病预防控制中心)

炭疽杆菌(图片来源: 中国疾病预防控制中心)

借由这些致病力减弱的细菌,巴斯德成功研制出了炭疽疫苗,并且提出了自己的理论:疾病是由微生物引起的,而微生物繁殖,需要用到对应的营养物质,姑且称之为“神秘元素”好了。人体内的神秘元素有限,如果先接触到弱化版的微生物、神秘元素被耗尽,即使遇到正常版本的微生物,它们也没办法繁殖,人们也就不会患病。

北里柴三郎:不想搞预防的医生,不是好医生

砸场子的人很快就来了。

北里柴三郎,1853年出生于日本熊本县,跟风靡网络的熊本熊是老乡。

熊本熊(图片来源:搜狐)

熊本熊(图片来源:搜狐)

与多数医生不同,北里柴三郎对直接治疗疾病不感兴趣,反而更看重疾病的预防。当时的欧洲是微生物研究和疫苗研究的中心,这个中心又分为两派:一派在法国,以巴斯德为首;一派在德国,科赫是其宗师。1885年,受日本政府派遣,北里柴三郎拜入了科赫(Robert Koch)门下,开始了自己的传奇。

科赫交给北里柴三郎的第一个任务,是试着纯化培养破伤风杆菌。

科赫(图片来源:数苑网)

科赫(图片来源:数苑网)

破伤风现在已经不太常见了,几十年前却还是很要命的疾病。农民在割草的时候,不小心割破手指,如果伤口太深、血流不止,便会下意识地堵住它。用什么堵呢?用泥巴。

泥巴里含有破伤风杆菌,而封堵伤口会制造一个无氧环境,无氧环境恰恰是破伤风杆菌喜欢的……

北理柴三郎面临的挑战正在这里:如何在实验室内创造一个无氧环境。以往的学者们认为,只能把破伤风杆菌和其他喜欢氧气的细菌一起培养,通过好氧菌吸收氧气,形成局部缺氧环境,但是这样一来,得到的菌液,便含有多种细菌,没有办法单独研究破伤风杆菌的性质。

不知道北里柴三郎有没有阅读过巴斯德的论文,可能牛人很容易想到一块去——他也想到了温度:首先,仍然是混合培养,然后,对培养皿进行加温,多数细菌不耐高温,破伤风杆菌却可以,这样,培养皿内就只剩下了破伤风杆菌。

北里柴三郎(图片来源:北里柴三郎纪念馆)

北里柴三郎(图片来源:北里柴三郎纪念馆)

有了破伤风杆菌,便可以研究破伤风的性质。或许是做了太多纯化培养的实验,北里柴三郎对“纯粹”执念很深——培养皿里,除了细菌之外,还有液体,引起破伤风的,到底是细菌还是液体中的成分?

当时,恰好有学者发明了一种过滤网,网眼比细菌小。北里柴三郎用它对培养液进行过滤,结果,去除细菌后的物质,仍然可以让实验动物发病!接下来是最关键的地方,他发现,如果减少注射剂量、适当进行急救,会有一些实验动物存活,而这些动物的血液中,似乎含有什么特殊物质,可以抵抗对破伤风杆菌。

日本钞票上的北里柴三郎(图片来源于网络)

日本钞票上的北里柴三郎(图片来源于网络)

北理柴三郎的发现可以总结为一句话:引起疾病的,未必是细菌,可能是细菌分泌的某些毒素。

结语:说了这么多,好像还没有提到蛇毒?不要着急,很快就有人站在前辈的肩膀上、向着蛇毒进军了——请期待下一篇,《斩杀大蛇者,科学家(下)》

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参考文献

[1]阿尼克·佩罗, 马克西姆·施瓦兹. 巨人的对决[M]. 时利和, 译. 海天出版社, 2018.

[2]北里柴三郎の生涯|北里柴三郎記念室[EB/OL]. [2019-05-30]. https://www.kitasato.ac.jp/jp/kinen-shitsu/shibasaburo/lifetime.html.

[3]CNN K H and K O. Snakebites: The hidden health crisis that kills 200 people a day[EB/OL]. CNN, [2019-06-03]. https://www.cnn.com/2019/05/23/health/snakebite-hidden-health-crisis-who-intl/index.html.

[4]MCKENDRICK M. Angel of death – the story of smallpox[J]. Clinical Medicine, 2010, 10(6): 635.

[5]RIEDEL S. Edward Jenner and the history of smallpox and vaccination[J]. Proceedings (Baylor University. Medical Center), 2005, 18(1): 21–25.


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