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微生物学发展过程
来源:医学全在线 更新:2007/12/3 字体:

   (一)微生物学的经验时期

    公元二千多年的夏禹时代,就有仪狄作酒的记载。北魏(386~534)贾思勰《齐民要术》一书中,详细地记载了制醋方法。我国古代人民也发现豆类的发酵过程,从而制成了。长期以来,民间常用的盐腌、糖渍、烟熏、风干等保存食物的方法,实际上都是防止食物因微生物生长而腐烂变质的好方法。

    十一世纪时。北宋未年刘真人就有肺痨由虫引起之说。意大利学者Fracastoro(1483~1553)认为传染病的传播有直接、间接和通过空气等几种途径。奥地利医师Plenciz  (1705~1786)主张传染病的病因是活的物体,每种传染病由独特的活的物体所引起。十八世纪清乾隆年间,我国师道南在天愚集鼠死行篇中写道:“东死鼠,西死鼠,人见死鼠如见虎,鼠死不几日,人死如圻堵,昼死人莫问数,日色惨淡愁云护,三人行来十步多,忽死两人横截路…”。生动地描述了当时鼠疫猖獗流行的可怕、凄惨状况,同时正确地指出了鼠疫与鼠的关系。

    在预防医学方面,我国自古以来就有将水煮沸后饮用的习惯,这是预防肠道传染病的有效方法之一。明李时珍的《本草纲目》中,亦有对病人穿过的衣服应该进行消毒的记载,指出蒸过再穿就不会传染疾病。

    古代人民早已认识到天花是一种烈性传染病,人们一旦与患者接触,几乎都会遭受感染,且死亡率极高。但已患过天花康复者去护理天花病人,就不再得天花。这种免得瘟疫的现象,就是“免疫”一词最早的概念。我国古代人民,在这个现象的启发下,创用了预防天花的人痘接种法。大量古书证明,我国在明代隆庆年间(1567~1572),人痘已经广泛使用,并先后传至俄国、日本、朝鲜、土耳其、英国等国家,人痘接种是我国对预防医学的一大贡献。

    (二)实验微生物学时期

    1.微生物的发现

    首先看到微生物的是荷兰人吕文虎克(Antony  van  Leeuwenhoek,1632~1723)。他于1676年利用自磨镜片,创制了一架能放大约270倍的原始显微镜,正确地描述了微生物的形态有球形、杆状、螺旋样等,为微生物的存在提供了有力证据。

    十九世纪六十年代,欧洲一些国家中占重要经济地位的酿酒工业和蚕丝业发生酒味变酸和蚕病危害等,促进对微生物的研究。法国科学家巴斯德(Louis  Pasteur,1822~1895)首先实验证明有机物质的发酵与腐败是由微生物引起,而酒类变质正因污染了杂菌,又传染病的流行亦是由病原微生物传播所致。在发酵工业等生产过程中,只要消毒严密,根绝外界微生物的污染,就可防止酒类等变质。巴斯德的研究开始了微生物的生理学时期。人们认识到不同微生物间不仅有形态学上的差异,在生理学特性上亦有所不同,进一步肯定微生物在自然界中所起的重要作用。自此,微生物学开始成为一门独立的学科。

    巴斯德为防止酒类等变质创用的加温处理法,就是至今沿用的巴氏消毒法。随后,英国外科医师李斯德(Joseph  Lister,1827~1912)创用石碳酸喷洒手术室和煮沸手术用具,以防止外科手术的继发感染,为防腐、消毒以及无菌操作打下基础。

    微生物学的另一奠基人是德国学者郭霍(Robert  Koch,1843~1910)。他创用固体培养基,使有可能将细菌从环境或病人排泄物等标本中分出成为纯培养,便于对各种细菌分别具体研究。后又创用了染色方法和实验性动物感染,为发现各种传染病的病原体提供有利条件。郭霍发现了炭疽杆菌(1877)、结核杆菌(1882)和霍乱弧菌(1883)。在他的带动下,世界各地细菌学家相继发现了许多人类和畜禽的病原性细菌,如白喉杆菌(Klebs,1883; Loeffler,1884)、肺炎球菌(Franke1,1886)、脑膜炎球菌(weichselbaum,1887)、伤风杆菌(Kitasato,1889)、鼠疫杆菌(Kitasato与Yersin,1894)等。1884年他发表了郭霍法则,认为①在同样特殊疾病中能发现同一种病原菌; ②能从特殊疾病中分离出病原菌纯培养;③这种纯培养物接种至易感动物能引起相同的疾病; ④能从实验动物中重新获得病原菌纯培养。随着科学的进展,发现此法则过于偏重病原体的致病作用,忽视了机体的防御方面。但这法则在确定某一新的病原体时,仍有其一定的指导意义。 

    1892年俄国学者伊凡诺夫斯基(1864、1920)发现患烟草花叶病的烟叶汁通过滤菌器后仍保留其感染性。1898年贝杰林克(Beijerinck,M,W,1851~1931)再次发现这一事实,并指出该病是一类与细菌不同的病原体所引起的,这是认识病毒的开端。1897年Loeffler和Frosch发现动物口蹄疫病毒。细菌病毒(噬菌体)则由Twort(1915)和d'Herelle(1917)发现。1935年Stanley首次得到烟草花叶病病毒的结晶,随后Bawden等证实该结晶为核蛋白,它同生物一样具有繁殖能力,并有传染性和遗传变异性。以后相继发现并分离出许多人类和动、植物等病毒。

    2.免疫学的兴起

    十八世纪末,英国医师琴纳(Edward  Jenner,1749~1823)创制牛痘苗来预防天花,为预防医学开辟了广阔途径。随后,巴斯德研制炭疽、鸡霍乱和狂犬病疫苗成功。

    德国学者Behring和日本学者北里于1890年发现白喉抗毒素。Behring在1891年用此动物免疫血清成功地治愈一名白喉女孩,此为第一个被动免疫治疗的病例。自此,引起科学家从血清中寻找杀菌物质,导致血清学的发展。

    免疫化学研究首先是从Landsteiner (1910)用偶氮蛋白人工抗原研究抗原、抗体反应特异性的化学基开始的。Tiselius和Kabat(1938)等创建血清蛋白电泳技术,证明抗体活性存在于血清丙种球蛋白部分,其后又建立了分离、纯化抗体球蛋白的方法,对抗体的理化性质有了进一步了解。

    人们对抗感染免疫现象本质的认识是从十九世纪末开始的。当时存在着两派不同学术观点:一派以俄国生物学家梅契尼科夫(1845~1916)为首的细胞免疫学说,另派以德国学者欧立希(Paul  Ehrlich,1854~1915)为代表的体液免疫学说。两派长期争论。不久,Wright在血清中发现了调理素,并证明吞噬细胞的作用在体液因素参与下可大为增强,两种免疫因素是相辅相成的。从而统一了两学说间的矛盾,使人们对免疫机理有较全面的认识。

    关于抗体生成的理论,1897年Ehrlich提出侧链学说,是受体学说的首创者。在本世纪三十年代,Haurowitz等和Pauling等先后提出直接和间接模板学说,这一学派片面地强调了抗原对机体免疫反应的作用,忽视了机体免疫反应的生物学过程。

    1902年Portier和Richet用海葵浸液给狗二次注射不仅未见有保护作用,反而出现急性休克死亡,称为过敏反应。Arthus(1903)反复注射异种血清于皮下,可引起局部组织坏死,称为Arthus现象。Pirquet(1906)总结上述现象,提出了变态反应的概念。

    3.化学治疗剂和抗生素的发明

    首先合成化学治疗剂的是欧立希,他在1910年合成了治疗梅毒的砷凡纳明(606),后又合成新砷凡纳明(914),开创了微生物性疾病化学治疗时期。1935年Domagk发现百浪多息(prontosil)可以治疗病原性球菌感染后,一系列磺胺药相继合成,在治疗传染性疾病中广泛应用。

    1929年F1eming发现青霉菌产生的青霉素能抑制葡萄球菌等生长。直到1940年,Florey等将青霉菌培养液加以提纯,才获得青霉素纯品。由于发现了青霉素,鼓舞了微生物学们寻找抗生素的热潮,因而链霉素氯霉素、金霉素,土霉素、四环素红霉素、卡那霉素等新抗生素不断发现。

    其他的抗菌药物尚有呋喃类和异烟肼等。

   (三)现代微生物学时期

    近几十年来,随着化学、物理学、生物化学、遗传学、细胞生物学、分子生物学等学科的发展,以及电子显微镜、组织化学、细胞培养、免疫荧光、免疫酶、同位素标记、电子计算机、质谱仪等新技术的应用,微生物学得到迅速的进展。例如使细菌细胞与病毒形态结构的研究提高到亚微结构水平,对结构与功能及其同生命活动的规律加深了理解;对细菌内、外毒素的性质及其作用机理得到进一步的阐明。在分离培养技术上亦有显著的改进,1976年在美国费城一次退伍军人军团会议时发生肺炎流行,次年就分离出军团菌;同样,从病人标本中分出弯曲菌或类杆菌的阳性率也大为提高。在病毒方面,近年来在非洲发现了几种病死率很高的烈性传染病,如拉沙热、绿猴病或马尔堡病毒症和埃波拉病,这些病毒性疾病均能通过呼吸道、皮肤伤口或粘膜等途径感染。拉沙热还可能通过肠道感染。

    1967~1971年美国植物病毒学家Diener等在试图分离马铃薯纺锤形块茎病(多年来认为是一种病毒性疾病)的病毒时,发现其病原体不是病毒,而是一种不具有蛋白质的RNA,分子量约100000。Dieher称这类不足以编码蛋白质的小分子量致病因子为类病毒(Viroids)。以后学者们又陆续发现菊花矮小类病毒(Chrysanthemum stunt  viroid,CSV)、黄瓜白果类病毒(Cucumber  pale  fruit  viroid,CPFV)等。迄今为止,类病毒只在高等植物中发现,但人们推测在人类和动物中亦可能存在。例如羊痒病(scrapie)、人的C一J病(Creutzfeidt一Jakob disease)、Kuru病等可能由类病毒引起。因这些造成持续性感染的病因不明的中枢神经系统疾病都具有潜伏期长、病原体极小、在电镜下找到病毒样颗粒等性质,与植物中已发现的类病毒有相似之处。

    近年来,由于分子遗传学的深入研究,已能将一种生物体基因的DNA片段移植到细菌等中去,这种基因能随菌的分裂而传代。1977年美国采用遗传工程技术,将人工合成的动物下丘脑生长激素释放抑制因子(somatostatin,SOM)基因,通过质粒为载体转移至大肠杆菌,这个基因已能在大肠杆菌中表达。原需要50万头绵羊的脑组织提出的5毫克SOM,用遗传工程工艺只需从10升培养液(含100克细菌)就能提取得同样量的产品。这为今后制备胰岛素、干扰素、疫苗、免疫球蛋白、抗生素等生物制剂开创新的途径。

    自1957年澳大利亚生物学家Burnet根据前人工作和他自己的研究提出著名的“细胞系选择学说”,使免疫学进入了生物医学新领域,其范畴涉及细胞生物学、分子生物学、分子遗传学等生物学的许多方面和临床医学各科,远远超越了抗传染免疫的传统概念,已独立成为生物学和医学中极为重要的基础学科之一。

    二十多年来,在免疫学的理论、技术和应用方面都有大量成果。例如,现今已了解到人体内有一个完整的免疫系统;淋巴细胞并非终未细胞,而是构成特异性细胞免疫和体液免疫的主要细胞;淋巴细胞可分为若干亚群,相互间起着协同、制约等复杂的免疫功能;巨噬细胞有多种的重要免疫功能;免疫球蛋白抗体分子的结构、理化性质及生物学功能均已基本阐明。近来尤因免疫遗传和免疫调节等方面研究的不断深入,技术上又有杂交瘤产生单克隆抗体的成功和多种免疫细胞系的建立等,对现代免疫学的发展起着很大的推动作用。在应用免疫方面,1979年10月26日世界卫生组织宣布全世界已经消灭天花,这是抗感染免疫的一项划时代的胜利,并为今后消灭更多的流行病树立信心。

    辛亥革命后,我国仅有少数学者从事微生物学的研究,在若干问题上也有一些零星的成就。例如发现旱獭为鼠疫的宿主;首先应用鸡胚培养立克次体等。新中国成立后,较快地消灭了天花、鼠疫等烈性传染病;白喉、麻疹脊髓灰质炎、结核、新生儿破伤风等得到了控制;防治传染病的生物制品,无论是品种、数量和质量,都有迅速发展。我国学者汤飞凡等首先成功地分离培养出沙眼衣原体;较早发现亚洲甲型流感病毒,对流行性乙型脑炎病毒的生物学特性、免疫性、流行规律等的研究,也有一定的成果。1959年分离出麻疹病毒,成功地制成减毒活苗。1972~1973年分离出流行性出血性角结膜炎的病原体,并证明是一种微小RNA病毒,属肠道病毒70型。全国范围内开展了中医中药研究,发现多种中草药对防治一些传染病有一定疗效。慢性气管炎病因、乙型肝炎免疫机理,以及肿瘤免疫、移植免疫等方面的科研,还有新抗生素生产等均取得一定成绩。

    医学微生物学今后要加强对病原微生物的生物学特性和致病性研究,建立早期、快速、敏感的诊断方法;研制新疫苗和改进原有疫苗,以提高防治效果。要加强抗传染免疫的研究,寻找能调动和提高机体防御机能的非特异性和特异性物质,要加强遗传工程学的研究,除制备医学中供诊、防、治以及研究的制剂外,并能对一些与微生物感染有关的遗传性疾病采取基因疗法,以彻底治愈这类病症。要继续加强同遗传学、生物化学、分子生物学、组织学、病理学等学科的联系和协作,应用同位素、组织化学、组织培养、免疫荧光、免疫酶、电镜、电子计算机、单克隆抗体等新技术,加速医学微生物学的发展。

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