微生物学的奠基人——路易斯•巴斯德(Louis Pasteur)

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教育巴斯德微生物 |
分类: 生物学史与学家 |
国藉:法国
主要成就:近代微生物学的奠基人,像牛顿开辟出经典力学一样,巴斯德开辟了微生物领域,创立了一整套独特的微生物学基本研究方法,开始用“实践-理论-实践”的方法开始研究,他是一位科学巨人。
主要作品:
他于1843年发表的两篇论文——“双晶现象研究”和“结晶形态”,开创了对物质光学性质的研究。
1856年至1860年,他提出了以微生物代谢活动为基础的发酵本质新理论。
1857年发表的“关于乳酸发酵的记录”是微生物学界公认的经典论文。
1880年后又成功地研制出鸡霍乱疫苗、狂犬病疫苗等多种疫苗,其理论和免疫法引起了医学实践的重大变革。
此外,巴斯德的工作还成功地挽救了法国处于困境中的酿酒业、养蚕业和畜牧业。
1881年,巴斯德改进了减轻病原微生物毒力的方法。
1882年,开始研究狂犬病,证明病原体存在于患兽唾液及神经系统中,并制成咸毒活疫苗,成功地帮助人获得了该病的免疫力,在1889年发明了狂犬病疫苗。发展了一项对人进行预防接种的技术。
路易·巴斯德(公元1822-1895年),法国微生物学家、化学家,近代微生物学的奠基人。他研究了微生物的类型、习性、营养、繁殖、作用等,奠定了工业微生物学和医学微生物学的基础,并开创了微生物生理学。在战胜狂犬病、鸡霍乱、炭疽病、蚕病等方面都取得了成果。
美国学者麦克·哈特所著的《影响人类历史进程的100名人排行榜》中,巴斯德名列第12位,可见其在人类历史上巨大的影响力。其发明的巴氏消毒法直至现在仍被应用。
一、生平简介
公元1822年12月27日,巴斯德诞生在法国东部裘拉(Jura)省的洛尔镇(Dole),镇中有一条清澈的溪流,巴斯德的家就在溪边的小路旁。父亲是拿破仑军骑兵队的一名退伍军人,退伍后当鞣革工人,母亲是农家女,他有一个姊姊和两个妹妹。四岁那年,全家迁往阿尔布瓦(Arbois)。法国的中学通常是7年制,最后一学年分为哲学科和数学科。巴斯德在阿尔布瓦中学读6年,第7年转入布山松中学理科。中学时,他在学校表现普通,但很爱问问题,凡事追根究底,甚至因此成为某些老师的眼中钉。就这样不断地发问、学习,对化学、物理和艺术都有深厚兴趣的巴斯德渐渐变成优秀的学生。
1840年8月,他中学毕业,10月被聘为布山松中学的助教。他边任教边准备大学入学考试。当时法国有两座大名鼎鼎的学校,那就是高等师范学校和高等理工科学校。
1843年8月,巴斯德考入高等师范学校,攻读化学和物理的教学法。课堂上学来的知识,他都要用实验来验证。他整天埋头在实验室里,因此被称为“实验室的蛀虫”。
1846年,23岁的巴斯德从高等师范学校毕业,并通过了物理教授资格考试。考官发现他有教授化学和物理的能力,甚至还说:“这届毕业生中只有巴斯德有教育上的才华。他很快就收到图尔农中学物理教师的约聘书。但他想在巴黎作科学研究。于是他尽可能拖延赴职时间,计划在高等师范学校多待一年,并写信给巴黎中央理工学院的创办人之一杜玛,寻求在巴黎任教职的机会。杜玛终究没有帮助巴斯德。不过这件事被巴莱(1802-1876)知道了。巴莱年轻时发现溴元素,名气很大,他决定帮助巴斯德留在巴黎。就这样,巴斯德在二十六岁那年,进入巴莱的实验室一方面当助手,一方面成为博士班研究生,也暂时不用去图尔农中学担任物理教师。
按当时的规定,高等师范的毕业生必须要在中学教一次书。1848年11月,巴斯德心怀远离研究工作的遗憾,赴第戎莱西(Dijon lycée)的中学当老师。他的导师巴拉尔和皮欧同教育部交涉,不久巴斯德被任命为斯特拉斯堡大学(University of Strasbourg)的副教授。在斯特拉斯堡大学,巴斯德见到了教务长的女儿玛丽·罗兰。他对玛丽一见倾心。1849年5月29日,巴斯德和玛丽结婚。玛丽很理解丈夫对工作的兴趣,全心操持家务,帮助丈夫,他们有五个孩子,三个孩子死于伤寒,可能是这个原因驱使巴斯德致力于治病救人。婚后,巴斯德重又投入对结晶化学的所究。
1854年9月,巴斯德被任命为新创立的里尔大学化学教授兼总务长(the Lille Faculty of Sciences)。在职时,里尔地方的葡萄酒酿酒业到大学找他,请他替他们找出葡萄酒片变酸的原因。
1895年9月28日,也就是他72岁时,他在亲友及学生的环绕中在维伦纽夫·勒伊丹(Villeneuve L’Etang)去世。
巴斯德被认为是医学史上最重要的杰出人物。巴斯德的贡献涉及到几个学科,但他的声誉则集中在保卫、支持病菌论及发展疫苗接种以防疾病方面。
二、主要成就
巴斯德一生进行了多项探索性的研究,取得了重大成果,是19世纪最有成就的科学家之一。
他用一生的精力证明了三个科学问题:(1)每一种发酵作用都是由于一种微菌的发展,这位法国化学家发现用加热的方法可以杀灭那些让啤酒变苦的恼人的微生物。很快,“巴氏杀菌法”便应用在各种食物和饮料上。(2)每一种传染病都是一种微菌在生物体内的发展:由于发现并根除了一种侵害蚕卵的细菌,巴斯德拯救了法国的丝绸工业。(3)传染病的微菌,在特殊的培养之下可以减轻毒力,使他们从病菌变成防病的疫苗。他意识到许多疾病均由微生物引起,于是建立起了细菌理论。
1.否定微生物自然发生说
新鲜的食品在空气中放久了,会腐败变质,并发现其中有微生物。这些微生物从何而来?当时有一种观点认为,微生物是来自食品和溶液中的无生命物质,是自然发生的——自然发生说。而巴斯德则是该假说的反对者之一。在对发酵过程研究后,巴斯德猜想,在腐烂物上出现的微生物也存在于空气中。
巴斯德设计了一个鹅颈瓶(曲颈瓶),现称巴斯德烧瓶。烧瓶有一个弯曲的长管与外界空气相通。瓶内的溶液加热至沸点,冷却后,空气可以重新进入,但因为有向下弯曲的长管,空气中的尘埃和微生物不能与溶液接触,使溶液保持无菌状态,溶液可以较长时间不腐败。如果瓶颈破裂,溶液就会很快腐败变质,并有大量的微生物出现。实验得到了令人信服的结论:腐败物质中的微生物是来自空气中的微生物,鹅颈烧瓶实验也导致了巴斯德创造了一种有效的灭菌方法——巴氏灭菌法。也因为巴斯德的这个发现,人们才知道伤口的腐烂和疾病的传染,都是细菌在作怪。
2.发明巴氏灭菌法
巴氏灭菌法的产生来源于巴斯德解决啤酒变酸问题的努力。当时,法国酿酒业面临着一个令人头疼的问题,那就是啤酒在酿出后会变酸,根本无法饮用。而且这种变酸现象还时常发生。巴斯德受人邀请去研究这个问题。经过长时间的观察,他发现是啤酒变酸的罪魁祸首是乳酸杆菌。营养丰富的啤酒简直就是乳酸杆菌生长的天堂。采取简单的煮沸的方法是可以杀死乳酸杆菌的,但是,这样一来啤酒也就被煮坏了。
巴斯德尝试使用不同的温度来杀死乳酸杆菌,而又不会破坏啤酒本身。最后,巴斯德的研究结果是:以50~60摄氏度的温度加热啤酒半小时,就可以杀死啤酒里的乳酸杆菌和芽孢,而不必煮沸。这一方法挽救了法国的酿酒业。这种灭菌法也就被称为“巴氏灭菌法”
巴氏灭菌法是一种湿热灭菌法。通常,我们有两种做法(说法可能略有出入),一是在61.7℃~62.8℃下加热30分钟(低温长时间处理),二是在71.6℃或更高温度下加热15分钟(高温短时间处理)。如果加压,一般效果会更好。
3.救治蚕病
1860年代,欧洲大陆的蚕卵都感染了疾病。法国的蚕丝业亦同遭厄运。全国三千六百个市长、议长、及养蚕者上书上议院求助,因而成立了一个研究蚕病的委员会。巴斯德的老师杜马(J. B. Dumas)担任委员会主席,杜马马上挑选巴斯德去迎战这个棘手的问题。巴斯德自认为对蚕一无所知,甚至连蚕的形态也不清楚,不肯贸然接受老师的差使。但当他想到法国每年因蚕病要损失1亿法郎时,他答应了。
1865年7月,巴斯德抵达阿拉斯(Alais;养蚕重镇),亲身参与蚕病的研究。
病蚕的身上长满棕黑的斑点,就像粘了一身胡椒粉。法国人称这种病为“胡椒病”,得了病的蚕,有的孵化出来不久就死了,有的挣扎着活到第3龄、4龄后也挺不住死了。极少数的蚕结成茧子,可钻出茧的蚕蛾却残缺不全,它们的后代也是病蚕。当地的养蚕人想尽了一切办法,仍然治不好蚕病。
巴斯德用显微镜观察,发现一种很小的、椭圆形的棕色微粒,是它感染到桑蚕和桑叶,巴斯德强调所有被感染的蚕及污染的桑叶必须毁掉,必须用健康的桑蚕从头做起。为了证明“胡椒病”的传染性,他把桑叶刷上这种致病的微粒,健康的蚕吃了,立刻染上病。他还指出,放在蚕架上面格子里的蚕的病原微生物,可通过落下的蚕粪传染给下面格子里的蚕。
巴斯德还发现蚕的另一种疾病细菌性软化病。造成这种蚕病的细菌,寄生在蚕的肠道里,使整条蚕发黑死,尸体像气囊一样软,很容易腐烂。巴斯德告诉人们消灭蚕病的方法很简单,通过检查淘汰病蛾,遏止病害的蔓延,不用病蛾的卵来孵化蚁蚕。这个办法挽救了法国的养蚕业。
4.制成狂犬病疫苗
狂犬病是一种可怕的传染病。人和家畜被病犬咬伤之后,也会患狂犬病。它每年要夺走数以百计法国人的生命,当时没有疫苗,也没有免疫球蛋白,对付狂犬病,人们只能使用烧红的铁棍,19世纪的欧洲人相信,火焰与高温可以净化任一切事物,包括肉眼所看不见的细菌。当时只要是被动物咬伤的人们,都会被村庄中的壮汉们强压至打铁铺,请铁匠用烧红的铁棍去烙烫伤口,想藉此“烧”死看不见的病原,但如此原始、残酷的作法,并没有办法治疗狂犬病,常常只是加速死亡的来临。
1880年底,一位兽医带着两只病犬来拜访巴斯德,请求帮助。能不能制成狂犬疫苗呢?
巴斯德和助理们,冒着危险采集狂犬的唾液,然后注射到健康犬只的脑中,健康的犬只果然马上发病死亡,历经过数次的动物实验,巴斯德推论出狂犬病病毒应该都集中于神经系统,因此他大胆地从病死的兔子身上取出一小段脊髓,悬挂在一支无菌烧瓶中,使其“干燥”。他发现,没有经过干燥的脊髓,是极为致命的,如果将脊髓研磨后将其和蒸馏水混合,注入健康的犬只体内,狗必死无疑;相反的,将干燥后脊髓和蒸馏水混合注入狗的身上,却都神奇的活了下来。巴斯德于是推断干燥后脊髓的病毒已经死了,至少已经非常微弱。因此他把干燥的脊髓组织磨碎加水制成疫苗,注射到犬只脑中,再让打过疫苗的狗,接触致命的病毒。经过反复实验后,接种疫苗的狗,即使脑中被注入狂犬病毒,也都不会发病了!巴斯德高兴的宣布狂犬疫苗研发成功!
5.发现治疗炭疽病的方法
炭疽病主要是对牛、羊牲畜的感染,偶而人类也会感染,特别有95%会遭受到皮肤性炭疽病,此时感染的伤口上会呈现1-3公分直径的无痛溃疡,中央有黑色坏死的焦痂,故称炭疽病。1877年,法国东部炭疽病蔓延。巴斯德这时是索邦大学教授,他在调查鸡霍乱时,偶然发现与空气接触的旧培养菌的毒性会变弱。根据他的经验,这种菌可能有免疫作用,可解决法国正在流行的炭疽病。
他于是在得炭疽病病已死亡的动物身上,抽出这种细菌,且在试管培养这些细菌,使它们的毒性减得很弱。他尝试着把这些毒性减弱的细菌注射到健康动物的身上。然后过些时候,又把毒性强的细菌注射到同一只动物身上,结果发现,这只动物居然没有得病。而跟这只动物同在一群的其他动物,却有不少得了炭疽病死亡。这证明注射过的那只动物得到了抵抗这种疾病的能力。
6.发现治疗鸡霍乱的方法
巴斯德一生发明很多,对生物科学和医学作出了杰出的贡献。一次偶然的机遇,使他找到了克服鸡霍的灵丹妙药。
鸡霍乱是一种传播迅速的瘟疫,来势异常凶猛,家庭饲养的鸡一旦染上鸡霍乱就会成批死亡。有时,人们看到有的鸡刚才还在四处觅食,过一会儿却忽然两腿发抖,随后便倒了下去,挣扎几下便一命呜呼了。有的农妇晚上在关鸡窝时,还在庆幸地看到鸡都活蹦乱跳的,但第二天就都死光了,横七竖八地躺在窝里。1880年,法国农村流行着可怕的鸡霍乱,巴斯德决心片服这种瘟疫。
为了弄清鸡霍乱的病因,巴斯德从培养纯粹的鸡霍乱细菌作为突破口,他试用了好多种培养液,他断定鸡肠是鸡霍乱病菌最适合的繁殖环境,传染的媒介则是鸡的粪便。他经过多次实验,但都失败了。茫然无序中,他只得放松一下,停下研究工作,休息了一段时间。
休息几天以后,巴斯德又开始了研究实验,这时,他发现“新大陆”了。他用陈旧培养液给鸡接种,鸡却未受感染,好像这种霍乱菌对鸡失去了作用。这是怎么回事呢?巴斯德顺藤摸瓜,终于发现,因空气中氧气的作用,霍乱菌的毒性便日渐减弱。于是,他把几天的、1个月的、2个月和3个月的菌液,分别注入健康的鸡体,做一组对比实验,鸡的死亡率分别是100%、80%、50%和10%。如果用更久的菌液注射,鸡虽然也得病,便却不会死亡。事情并未到此结束,他另用新鲜菌液给同一批鸡再次接种,使他惊奇的是,几乎所有接种过陈旧菌液的鸡都安然无恙,而未接种过陈旧菌液的鸡却死得净光。实践证明,凡是注射过低毒性的菌液的鸡,再给它注入毒性足以致死的鸡霍乱菌,它也具有抵抗力,病势轻微,甚至毫无影响。
预防鸡霍乱的方法找到了!巴斯德从这一偶然的发现中,导致了他对减弱病免疫法原理的确认,使他产生从事制造抗炭疽的疫苗的设想。虽然在他这前英国医生琴纳发明牛痘接种法,但有意识地培养制造成功免疫疫苗,并广泛应用于预防多种疾病,巴斯德堪称第一人。
差不多有半个世纪,科学世界是由他主宰,其中有四分之一,是在他半身不遂的情况下,往前冲的,现在他已经与世长眠,他的精神、遗留的知识和造福人群,永存在人间。