19世纪下半叶到20世纪初的第二次工业革命，标志着人类进入了电气时代，英、法、德、美、日等主要资本主义国家工业技术和经济水平开始飞速发展。随着科学技术的进步，医学也开始腾飞。医学的一个分支——细菌学，在19世纪下半叶取得了巨大的突破，人类第一次认识到许多疾病是由微生物引起的。在细菌学的发展史上，有3个人不得不提，他们的名字家喻户晓，他们的事迹口口相传，成为了一代代细菌学家的榜样，他们就是法国的巴斯德、德国的科赫和埃利希。

在《影响人类历史进程的100名人排行榜》（编者注：该书为美国应用物理学家、普林斯顿天文学博士麦克·哈特所著）一书中，巴斯德（图2.1-1）排在第12位，在科学家中仅次于大名鼎鼎的牛顿和爱因斯坦。自19世纪以来，世界大多数地区的人口预期寿命大约翻了一番，那一代科学和医学的发展，几乎为每个人提供了“第二次”生命。而要谈到谁在医学领域作出了最大的贡献，哈特认为巴斯德当仁不让——正是他数十年来勤勤恳恳的工作成果，使得人们对感染性疾病有了初步的认识，并得以逐步找到与之对抗的武器。

要一一细数巴斯德的每项成就并不容易，因为他在多个领域的贡献都十分卓著，不过，他在微生物学的成就最为瞩目。正如牛顿开辟出经典力学一般，巴斯德开辟了微生物领域，创立出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”的方法开展微生物学研究。他无疑是一位科学巨人，无愧于“细菌学之父”的称号。

巴斯德出生于法国一个普通的工人家庭，其父母虽然只是普通的鞣革工人，但极具进取心。尤其是曾在军队服役的父亲，每周日都要骄傲地佩戴着在军队中获得的荣誉勋章。这样的父母自然不会放松对儿子的教育，他们每天在皮革厂辛劳工作只为巴斯德有一个好前程。而巴斯德也相当争气，聪明伶俐的他在读书期间取得了优异成绩，进入知名的巴黎高等师范学院，师从大化学家杜马。杜马很赏识巴斯德的科学研究才能，悉心指导他进行化学研究与学习。在杜马的引领下，巴斯德沉醉于化学世界的海洋，甚至将化学比作“圣火”。

巴斯德同父亲一样，灵魂中有着一种不知疲倦、勇往直前的精神，这一点在他给妹妹的书信中显露无遗：“亲爱的妹妹，立志是一件大事。因为意志通常是工作的先导，而工作几乎总是伴着胜利的。这三件事：意志、工作、胜利，充满了整个人生。意志打开那通向胜利的灿烂、幸福的大门，工作穿过一道道这样的大门。而在行程的终点上，胜利将会跑来给你们的成就戴上桂冠。”巴斯德自己也正是这样做的，凭借着自己坚强的意志和不懈的努力，他在科学的海洋中徜徉，获得了不菲的成绩。25岁时，巴斯德就已经获得了物理化学博士学位，并在晶体结构方面发表了令人震惊的论述。毕业后，巴斯德更是马上投入到了结晶学的研究中，建立了手性的概念，开创了立体化学研究的先河。

1849年，巴斯德又迎来人生的一个高峰——他迎娶了校长的女儿玛丽·劳伦特，喜获人生的贤内助。新婚后不久，巴斯德就回到了实验室，在那里，他揭开了发酵的秘密。

当时，法国的啤酒、葡萄酒享誉整个欧洲，酒厂的厂主们都有一套酿造出香醇美酒的方法。但有些时候，即便方法正确，酿出的酒也会变酸，只得倒掉，白白浪费许多人力物力，这使酒商叫苦不迭，有的甚至因此而破产。那时人们相信，酒变酸是因为化学反应，但他们并不清楚其内在反应机制，也就找不到避免酒变质的方法。1856年，里尔一家酿酒厂厂主找到了巴斯德，一段时间以来，他厂里甜菜酿酒的工作都进行得很糟糕，他也因此蒙受了一笔巨大的损失。无计可施的他想到了巴斯德——这个素以热情、想象力丰富著称的化学教授。幸运的是，巴斯德没有像其他人那样拒绝他，他觉得对于科学家而言，实践工作是极为重要的，同时，对祖国的热爱也驱使他向手工业主伸出援手，来维护国家的繁荣。

当时，“发酵是蛋白质分解的结果”这一学说甚嚣尘上，但是巴斯德从小秉承着“实践出真知”的信念，他没有屈从于主流的意见，而是依靠一台老式显微镜，通过实践试图探索甜菜浆的秘密。他发现，好的甜菜浆中有小椭球形的生物，而在变酸的酒液中，则是小杆状体取而代之。反复的观察使他得出结论：甜菜浆中被称为“酵母”的小椭球体，并非是偶然的污染，而正是发酵的原因所在。好葡萄酒是酵母生长的结果，而葡萄酒变酸，是那些数不清的杆状体，也就是乳酸杆菌活动产生乳酸的结果。这与物理学家凯格纳德·拉托尔1837年的发现一致。巴斯德系统地对自己的实验结果进行了归纳，得出可靠结论——发酵是一种生命活动现象。

理解发酵过程的实质只是理论的进步，酒厂厂主更需要的，还是避免酒发酸的实际方法。巴斯德又开始了研究，他把封闭的酒瓶泡在水中，加热到不同的温度，试图杀死乳酸杆菌，同时不破坏酒的风味。经过反复多次的实验，他终于找到了一个简便有效的方法：只要把酒放在55℃的环境里，保持半小时，即可杀死酒里的乳酸杆菌。这一简单的方法挽救了法国的制酒业和乳业，并被沿用至今，在食品生产中发挥着重要作用，这就是著名的“巴氏消毒法”。巴氏消毒法其实是利用病原体并不耐热的特点，用适当的温度和保温时间处理，将其杀灭，但传统的巴氏消毒法处理后仍有少数细菌和芽孢存在，因此传统的巴氏消毒法的产品要在4℃以下温度保存，且只能保存3～10天。如今，在巴斯德的传统方法上衍生出了新的巴氏消毒法，即加热至75～90℃、保持15～16秒，新方法可以更高效率地灭菌，也更加方便。

通过研究发酵过程和对达尔文进化论的学习，巴斯德开始对流传已久的“自然发生论”（即认为生命是从无生命物质或死的有机物中突然发生的理论）产生疑问：既然酒的发酵或者变质都是微生物参与的，那难道其他生命过程可以不依靠生物自发发生吗？巴斯德决心通过实验来进行证明，而他这次所做的实验，也成为了微生物学史上最为经典的一个实验——鹅颈瓶实验（图2.1-2）。实验是这样操作的：首先，巴斯德把肉汤灌进两个烧瓶里，第一个烧瓶是普通的烧瓶，瓶口竖直朝上；而第二个烧瓶，是瓶颈弯曲成天鹅颈一样的曲颈瓶。之后，巴斯德将两个瓶子内的肉汤都煮沸、冷却，这之后，他便将两个烧瓶放置一边。过了3天，普通烧瓶里就开始变得浑浊，表明肉汤中出现了微生物，鹅颈瓶里的液体却依然澄清。他把鹅颈瓶继续放下去，1个月、2个月，1年、2年……直至4年后，鹅颈瓶里的肉汤仍然清澈透明，没有产生微生物和变质。

这是为什么呢？巴斯德认为，煮沸后的肉汤里已没有微生物了，此后肉汤若再发生变质，一定是新的微生物导致的。普通烧瓶敞口放置，悬浮在空气中的微生物可以落入瓶颈直达液体，微生物在肉汤里得到充足的营养而生长繁殖，引起肉汤变质。第二个瓶颈虽然也与空气相通，但瓶颈拉长弯曲，空气中的微生物仅仅落在弯曲的瓶颈上，而不会落入肉汤中生长繁殖引起腐败变质。这个实验推翻了生物可以自发产生的理论，证明了生物只能源于生物，非生命物质不可能自发地产生新生命。在鹅颈瓶实验的基础之上，英国外科医生李斯特发明了外科消毒法，将手术死亡率从45%降到了15%，挽救了亿万人的生命。从此，消毒与预防的方法就在医学界盛行起来。

随着研究的深入，巴斯德坚信，发酵、腐败和传染病之间有共同之处，即都是由微生物引起的，但当时还没有充分证据证明他的这种观点。蚕病研究为他提供了契机，这是巴斯德从有机物的发酵、变质研究转向动物传染病研究的开端，该研究也为历代研究者将化学实验方法应用于生物学研究奠定了基础。

1865年，法国养蚕业暴发了“胡椒病”——这是一种神秘的蚕病，病蚕常常抬着头，伸出脚像要抓住东西，身上布满了棕黑色斑点，像是粘了一身的胡椒粉。这几乎毁灭了法国的养蚕业，也几乎毁灭了法国的丝绸工业。当年，法国农业部成立研究蚕病的委员会，巴斯德的恩师杜马担任委员会主席，杜马选中了巴斯德来解决这个问题。当时巴斯德对蚕一无所知，但当他想到法国每年因蚕病要损失1亿法郎时，出于对国家的热爱，他毅然决然地承担了这项任务。经过5年的努力，他终于弄清了蚕病的致病微生物，是一种椭圆形的棕色微粒导致健康的丝蚕染病。他建议将所有被感染的蚕及污染的食物全部毁掉，用健康的丝蚕从头开始。他还发现了另一种蚕病——肠管病，并找到了防治该病的方法。1870年，巴斯德出版了《蚕病研究》一书。这一研究拯救了濒临破产的法国丝绸工业，也使巴斯德在工业界名声大振。而这一研究也发现了发酵、腐败等现象与传染病间的本质联系。正如发酵需要酵母，腐败是因为食物受微生物的影响，感染性疾病也不会自行发生，而是微生物从中作祟。

就在巴斯德的事业如日中天时，他倒下了，中风袭击了这个只有46岁的中年人，这使得他右侧身体瘫痪，说话机能也出现了障碍。巴斯德甚至作出了最坏的打算，留下“我很抱歉我不得不死，我真想还能为我的国家服务”的话语。然而，待身体状况一有好转，他便让人将他抬到了实验室，坚强的意志支撑着他：还有太多工作要做，绝不能轻易倒下。探究清楚传染病的本质后，如何防治传染病成了摆在巴斯德面前的一道难题。这一次，他瞄准的对象是炭疽病和鸡霍乱。通过对这两种动物传染病的研究，他推进了原有的免疫疗法，使得这一疗法得以大规模应用。

1878年，巴斯德开始对牛羊群危害极大的急性传染病——炭疽病进行研究。我们即将在后面提及的另一位科学家罗伯特·科赫在巴斯德之前已经完全查明了这一疾病的元凶——炭疽杆菌。科赫检验了化学药品，如锌氯化合物或汞升华物等对炭疽病的疗效，但均收效甚微。之前对鸡霍乱的研究给巴斯德带来了全新的思路：如果找不到一种能够治愈炭疽病的化学药物，那么能否另辟蹊径呢？在对鸡霍乱的研究中，为了查明病原体，巴斯德让助手们培养患病动物的病原体，并将这些微生物传染给健康的鸡。其中的一个助手由于粗心大意，错用了一瓶放置很久的细菌培养液感染鸡。这个助手惊讶地发现感染的鸡虽然起先像以前一样患病，但没有死亡，反而康复了，并在鸡舍活蹦乱跳。巴斯德听了助手的汇报，灵光闪现，他用新鲜的培养液传染这些康复的鸡，但它们并不会被感染。这种经缓和的、或者说被减弱作用的培养液为巴斯德指明了提取疫苗的途径。通过艰苦的实验，巴斯德发现炭疽杆菌在42℃停止增殖，并且也不再产生孢子，但细菌的活性还存在。利用这项特性，他制成了无感染活性的疫苗。一开始，农场主们并不相信巴斯德可以用这样的几滴液体使动物免受瘟疫的侵害。巴斯德相信眼见为实的力量，他在1881年5月举办了一场公开实验，将动物分成了两组，一组接受疫苗的注射，另一组并不接受任何干预措施，之后用病原体感染这两组实验动物。未接种疫苗的动物一只接一只地死去，而接种疫苗的动物却依然生龙活虎。实验震惊了公众，巴斯德得到了大家的支持，并荣获“种痘之父”这一光荣称呼。巴斯德将治疗鸡霍乱的思路如法炮制，为牛羊接种炭疽病疫苗，这种疫苗大量用于牛羊群后，有效地阻止了炭疽病的继续传播，拯救了垂死的法国畜牧业。英国生理学家赫胥黎赞扬说：“仅巴斯德的发明带来的经济利益，远超过1870年普法战争法国付给德国的5亿法郎赔款。”由于对炭疽杆菌的研究和炭疽疫苗的发明，巴斯德被授予了杰出十字奖章。巴斯德并不是第一个提出疫苗概念的人，也不是第一个发现疫苗的科学家。在此之前，有“免疫学之父”之称的英国科学家琴纳从奶场女工手上获得的牛痘脓液物质使得无数人避免了天花的折磨。但巴斯德的炭疽病疫苗在琴纳的基础上有着显著进步：它是一种减弱活性的微生物，并且可以大规模制造并推广。

不久之后，巴斯德又开始研究产褥热。当时有许多产妇在产后感染产褥热，这种疾病很容易导致死亡，让母亲与新生儿骨肉分离。为了使母亲的生命不再被死神从新生婴儿的摇篮边夺走，巴斯德投入了夜以继日的研究，研究表明产褥热是由一种呈链状或念珠状的微生物引起的。在发现了病原体的基础上，巴斯德成功地克服了这种可怕的疾病。

此时，另一个可怕的病症一直萦绕在巴斯德的心头，这就是狂犬病。毫无疑问，这又是一项基于百姓生活的研究。当时欧洲盛行养狗，狂犬病的病例不断出现，对动物和人类造成了极大的危害。在巴斯德的少年时期，人们相信狂犬病是由狗的涎水和牙齿传播的，被狗咬伤的人只能去铁匠铺，由铁匠用铁器灼烧消毒。这样的治疗方法简直像是历史上臭名昭著的烙刑的变身。但无可奈何的是，这在当时是唯一的救命办法。铁块烙在被咬伤的人身上，惨叫声却烙在了巴斯德的心上。1881年，巴斯德开始对狂犬病进行研究。在研究中，巴斯德猜测病原体由伤口最终进入大脑和脊髓，继而产生狂犬病的种种症状。基于这个设想，巴斯德从狗的脊髓中提取出一种疫苗，并在动物实验阶段获得了成功。1885年7月6日，一个9岁男孩被疯狗咬伤，当地医生束手无策，只能将患儿送到巴斯德的研究所。巴斯德面对男孩犹豫了，他的疫苗只在动物身上用过，疫苗是否在人身上有效，这个问题尚未有定论，何况自己只是化学家，并不是权威的医生，不敢贸然治疗。他谨慎地与医生朋友们商量，医生们告诉他，他根本没有选择的余地，他有义务为这个孩子注射疫苗。最终，巴斯德的狂犬病疫苗成功地从死神手中夺回了孩子的生命。人类首次战胜了这种可怕的疾病，成千上万被狗咬伤的人得到救治，巴斯德的名字也更加为世人所熟悉和尊敬。人们纷纷捐款，资助建立巴斯德研究所，兼作大型的狂犬病治疗门诊部及感染性疾病研究中心和教学中心。1888年，巴斯德研究所建成投入使用，成了进行科学交流的学术中心。而巴斯德当年挽救的小男孩也成为巴斯德研究所的看门人。

巴斯德一生中在太多领域作出了杰出的贡献，而这每一项贡献背后，都是他对科学强烈的好奇心和对祖国人民深沉的爱。巴斯德70岁生日时，法国举行了盛大的庆祝会。巴黎索邦大学的大礼堂里座无虚席，被法国总统搀扶着的巴斯德接受了大家的敬仰与生日祝福，这敬仰和祝福不仅献给老人巴斯德，更献给法兰西乃至全人类的英雄巴斯德。大会授予了他一枚纪念勋章，上面镌刻着：“纪念巴斯德70岁生日，一个感谢你的法兰西，感谢你的人类。”

1894年，巴斯德的健康状况迅速恶化，出现了心力衰竭、肾衰竭，而一些对狂犬病疫苗的非议更让巴斯德一蹶不振。1895年9月，那个工作狂人巴斯德似乎已经意识到自己生命的终点，喃喃说道“我不行了”，第二天，人们悲怆地发现科学史上一颗闪亮的明星陨落了。

从发明巴氏消毒法到解决蚕病，从攻克炭疽病到发明狂犬病疫苗，近半个世纪里，科学世界由巴斯德主宰，而在其中的1/4时间里，巴斯德是拖着半身不遂的身体完成了一项又一项伟大的工作。巴斯德是第一个将疾病与微生物尤其是细菌联系到一起的科学家，他开创性的工作为现代细菌学乃至临床医学的发展奠定了坚实的基础。他用一生的精力证明了3个重要的科学问题：①每一种发酵作用都是由于一种微生物的发展；②每一种传染病都是一种微生物在生物体内的发展；③传染病的病原微生物，在特殊的培养之下可以减轻毒力，从病原体变成防病的疫苗。这些卓越的贡献，让他当之无愧地被称为“进入科学王国的最完美无缺的人”。

“细菌学之父”巴斯德的研究证明，疾病不可能凭空在人群中传染，而是要依赖细菌等病原体。但是巴斯德只发现了部分感染性疾病的病原体，还有许多疾病的病原体仍是未解之谜，而追随他的步伐继续探究病原微生物的，是另一个年轻人——发现了炭疽杆菌、结核杆菌和霍乱弧菌的细菌学家罗伯特·科赫（图2.1-3）。

德国汉诺威省附近，有个名为克劳斯塔尔的小城。这里地处哈尔茨山区，有茂密的原始森林和丰富的矿藏，气候宜人，景色优美。1843年，著名的细菌学家罗伯特·科赫诞生在这个小镇上的矿工家里。虽然家境拮据，但科赫依然度过了一个美好的童年，并在心中埋下了一颗科学的种子。

科赫的父亲赫尔曼·科赫年轻时曾游历欧洲各国，见多识广而又为人和善，虽然工作繁忙，但只要有空，他便会把孩子们召集到家里的后院，给他们讲故事和自己游历时的见闻。精彩奇幻的故事和旖旎的自然风光，深深吸引了年幼的科赫，他开始对大自然产生了强烈的憧憬和好奇。小科赫心中逐渐有了一个梦想，那便是环游世界，亲眼看看父亲口中的风土人情和田园山川。

1862年，科赫完成了大学预科的学习，决定到汉诺威省以南的著名学府哥廷根大学学习医学。学医期间，他拜读在著名组织学家雅各布·亨勒的门下，后者提出了“传染病是由活的、寄生微生物所致”的观点。导师的观点让科赫颇感兴趣，科赫后来献身于细菌学的研究，与这位老师的指导和鼓励也是密不可分的。

1867年，也就是科赫博士毕业的第二年，他与女友艾米丽结婚，开始了行医生涯。然而，这个聪敏多知的年轻人的事业在开始时并非一帆风顺。他辗转各地，当过医学助理、临时替工，甚至在普法战争中报名成为了一名军医，过着漂泊的生活。又或许科赫热爱这种漂泊，毕竟在他心中，环游世界的梦想并未消逝。但最终在妻子的极力劝说下，科赫放弃了体验陌生世界的计划，1872年，科赫举家安顿到波森省的小城沃尔施泰因，在此地开业行医。

虽然放弃了环游世界的梦想，但科赫却无法割舍对科研工作的冲动。此时，也恰巧有一项棘手的工作摆在了科赫面前：波森省暴发了一场可怕的动物瘟疫——炭疽病，每年有数百头牲畜死于炭疽病，给农民带来了惨重的损失。实际上，在此之前，德国医生波伦德尔和法国医生达维纳都曾报道过自己对炭疽病的研究，他们都在死于炭疽病的动物组织中找到了细小的杆状物体，在它们周围，红细胞几乎已经溶解。然而，这种杆状物体是否就是炭疽的病原体，还是只是炭疽侵袭动物后引发的组织变化，在当时没有人能解答。这个问题勾起了科赫的兴趣，他亟欲彻查炭疽病的真相。然而，在沃尔施泰因行医的诊金只够一家人勉强过活，哪里还有结余供他购买科研所需的仪器设备呢？妻子艾米丽看出了他的心思，在科赫28岁生日那天，她用尽自己的一切积蓄，买了一台在当时颇为新式的哈内显微镜，作为给丈夫的生日礼物。之后，科赫又设法搞来了一台显微切片机，很快，他的“实验室”也搭了起来，说是实验室，其实不过是用布帘将诊室一分为二，一半用来看病，一半用来做研究罢了。

科赫对炭疽的研究近乎迷狂，他一面忙着给患者看诊，而稍稍空闲下来，他便一头钻到布帘那边，看起了显微镜。有时，对显微镜下世界的过分沉醉常让他忘了在外焦急候诊的患者。不过，对于患者的指责，他也颇有应对的理由：在没有查清病原体时，要如何正确地治疗感染性疾病呢？

为了确定其他科学家看到的杆状体是否就是炭疽病的病原体，科赫设计了严密的实验方案。首先，他跑遍了附近的屠宰场和农场，讨来了大量患炭疽病的和健康动物的血样，并用显微镜观察。他发现所有患炭疽病的动物血液中都有杆状体，而健康动物的血样中则都没有。不过这还是不能解决“杆状体到底是病原体，还是只是病原体造成血液破坏的产物”这一问题，科赫认识到问题的关键在于查明这种杆状体是否可以生长繁殖。他用刀片蘸取患病小鼠的血液，接种到健康小鼠身上。第二天，被接种的小鼠死了，其血液发黑，脾脏肿得几乎充满腹腔。显微镜观察的结果显示这只死鼠的血液里充满了杆状体和其缠结而成的“线团”。用于接种的血液量很少，其中的杆状体也是有限的，但第二天却变得不计其数，这似乎便说明了这种杆状体确实是有生命的。然而，科赫还是不甘心，他想找到更为直接的证据。功夫不负有心人，他找到了一种合适的培养基——牛眼房水，并创造了悬滴法这一细菌培养方法。在使用新的培养基和培养方法对病鼠脾组织进行培养时，他看到了自己朝思暮想的结果——脾组织中的杆状体活起来了，开始生长分裂！他从这份培养物中取出一点再次培养，结果完全一致。反复的接种去除了小鼠组织，因此培养物中剩下的只能是病原体！而科赫用此培养物接种小鼠，小鼠竟也得了炭疽。一切终于明了，科学家早前观察到的炭疽动物组织中的杆状体，正是引发炭疽的病原体！随后，科赫又发现炭疽杆菌的“杆菌-芽孢-杆菌”的生长循环，并提出了防治炭疽的方法。

科赫写信将自己对炭疽的研究结果告诉了著名植物学家费迪南德·科恩。科恩对这个年轻人的发现颇感兴趣，他饶有兴致地邀请科赫到自己所在的布雷斯劳，给自己和同行进行实验演示。精妙绝伦的实验打动了负有盛名的教授们，他们对科赫给予了极大的肯定。在科恩的帮助下，科赫关于炭疽病的研究论文得以发表，一颗学术新星就此冉冉升起，这位年轻的科学家迎来了他事业的春天，此时是1876年，科赫只有33岁。

从布雷斯劳载誉而归后，科赫继续他的细菌学研究。这段时间内，他的研究可谓硕果累累：他学习并改进了卡尔·魏格特的微生物染色方法；发明了细菌的显微摄影技术，消除了以往仅凭肉眼观察、文字描述或手绘图像而引起的种种争议和混乱，并利用这一技术发现了导致化脓的链球菌和葡萄球菌……

1880年，科赫被任命为皇家卫生局委员，来到了德国首都柏林。在这里，他拥有了两个助手，加夫屈和勒夫勒，而后来的事情也证明，这两位助手在科赫的研究工作中起了极大的作用。

在柏林的研究初期，科赫被一个问题困扰着：传统的培养方法并不能将不同的细菌分开，这给研究带来困难。如何进行细菌的分离培养？如何将一个菌种从一堆菌种中分离出来？科赫陷入了沉思。

机会是给有准备的人的，别人眼中习以为常的食物发霉，被科赫注意到了。他发现，一块发霉的马铃薯上长着各色的霉斑，而每一块不同颜色的霉斑，所含的都是同一个菌种。他悟到了：要分离单独的细菌，就要用固体培养基。后来他受到同事妻子用琼脂自制果酱的启发：啊，琼脂不正是用来制备固体培养基的好材料吗！在两位助手的帮助下，科赫发明了琼脂肉汤固体培养基（图2.1-4），这是细菌培养历史上划时代的一笔。这一成就令当时名声已如日中天的巴斯德都不禁啧啧称赞。直到现在，琼脂固体培养基仍是微生物培养中最为普遍和基础的培养介质。

发现了炭疽杆菌、改进了染色方法、发明了显微摄影术、制备出固体培养基……这种种伟大的成就只是科赫细菌学研究生涯中的铺路石，很快，他研究历程中的里程碑就要到来了，那便是对结核杆菌的发现与研究。

肺结核被称为白色瘟疫，这位死神的奴仆在漫长的岁月中耗竭患者的精力，将患者笼罩在对死亡的恐惧之中。当时的欧洲，每七个人中就有一人死于肺结核，其中不乏一些名人，济慈、席勒、肖邦都难逃肺结核的魔掌。在科赫之前，就有不少科学家对结核病进行了研究，远至古希腊的亚里士多德，近至与他同时期的科学家科因海姆。创立了细胞学思想体系的牛人——菲尔绍，固守着自己的观点：结核病是一种慢性营养紊乱。菲尔绍利用自己的权威，对持有不同观点的人冷嘲热讽，其中也包括当时医学界的新晋明星科赫。这种对不同观点的打压使得结核病的研究在很长一段时间内毫无进展，导致大量患者死亡。

科赫并不理会菲尔绍的打压，决心将结核病研究透彻，除去笼罩在欧洲人民头上的阴霾。根据结核病的症状和其常常发生在拥挤、贫穷地区的特点，科赫猜想结核通过感染散布。不过，他没有忘记老师亨勒的教导：要确定结核是感染性疾病，就得找出病原体。他用结核病物质感染豚鼠，并用自己改进的染色法试图观察病原体。一种种染料实验下来，科赫的手都被浸得发白了，终于，在第271次实验时，他看到了被染成蓝色的细菌，只是细胞的其他结构也是蓝色的。为了观察清楚，他请教了一位著名的“染色王”——也就是我们后文将提到的保罗·埃利希——得到了使用苯胺棕加深样品染色的建议。在这次的染色实验中，科赫发现：细胞的大部分变为褐色或浅黄色，而细菌仍然是蓝色。蓝色的细条卷曲缠绕，成束的像烟卷。困惑了诸多科学家的问题解决了，结核病的病原体找到了，这是一种杆菌——结核杆菌！

不过，严谨的科赫不会断然下结论，他继续仔细观察。不久，用结核病物质感染的豚鼠发病了，毫无食欲、骨瘦如柴，这正是结核病的症状啊！豚鼠死后，科赫对其进行了解剖，发现了同结核患者体内相同的病灶。进一步地，他从死亡的动物体内取出那种能被染成蓝色的物质，试图将其纯化培养。然而，这种杆菌在固体培养基上没有丝毫动静，难道这不是病原体？科赫并没有马上放弃，他认为这可能是培养基的问题。果不其然，在用牛血清做培养基的实验中，连续培养15天后，杆菌开始生长了。科赫把这种生长物接种给健康动物，动物染病了……至此，实验应该是很完善了，但科赫仍不满足，他想确定：结核病是否如之前别人的研究所说，依靠飞沫传播。他把动物关在封闭的箱子里，通过一根管道将含有结核杆菌的尘雾吹入箱子，不久，箱子里的动物病倒了……直到此时，科赫终于可以宣布，他找到了结核病的元凶。

在1882年的柏林生理学会聚会上，科赫向满座的知名学者讲述了自己的发现。他讲完后，整个会场鸦雀无声，一反常态地，没有一个人质疑他的发现，连之前一直瞧不起科赫的医学权威菲尔绍也一声不吭，默默地离开了会场。这无声的背影宣告了科赫的成功。后来，科赫分离出两种结核杆菌的生长产物——结核菌素，并认为其具有治疗结核的作用。可惜的是，这两种结核菌素并无疗效，但它们却在诊断结核上立了汗马功劳。1905年，凭借在结核病研究中的杰出成就，科赫迎来了诺贝尔生理学或医学奖的垂青。

不仅是发现了结核杆菌，通过对此次实验的归纳总结，科赫提出了著名的“科赫法则”，这是4条用于确定疾病病原体的原则：①在所有病例中都能发现这种病原体；②这种病原体能从病体中分离出来，并完成纯培养；③将纯培养的病原体接种给健康动物，能引起相应的疾病；④在接种纯培养的病原体而致病的动物身上，仍能取得同种病原体，并仍能在体外实现培养。“科赫法则”一直被沿袭至今日，成为了病原体研究中的金科玉律。

在完成了对结核病的突破性研究后，科赫并没有骄矜自傲，而是立刻投入到新的研究——霍乱。霍乱是一种烈性传染病，患者发生剧烈的上吐下泻，病发高峰期在夏季，能在数小时内造成患者严重脱水甚至死亡。1883年，霍乱在埃及暴发，可惜科赫和同僚去晚了一步，抵达埃及时，霍乱疫情已开始消退。科赫不愿意这样放弃，他主动请缨，来到了霍乱长期肆虐的印度加尔各答。在这里，他验证了自己在埃及时已有的观点，霍乱的病原体是一种逗号形状的细菌，即霍乱弧菌（图2.1-5），这种细菌依靠饮用水与患者衣物传播，在干燥环境下极易死亡。又一种病原体被发现了，而且距结核杆菌的发现仅仅隔了一年。科赫震惊于在加尔各答看到的卫生状况，他担心如若不彻底改变饮用水的净化状况，印度依然会是霍乱的传染源，霍乱疫情会暴发式地涌入欧洲。科赫在多个场合呼吁要采取卫生措施来消灭霍乱弧菌，终于说服人们通过了限制霍乱传播的新卫生条例，有效地控制住了霍乱疫情。

英雄凯旋，柏林人民热烈地欢迎科赫，威廉一世皇帝授予他皇冠勋章，人们将他视为与死神进行斗争中的统帅。可是科赫以他一贯的谦逊态度回应这种种荣誉，他说：“我只是竭尽所能地工作……只是走进了路旁堆着黄金的境地，这并非什么大功劳。”

晚年的科赫依旧潜心于细菌学研究，他在世界各地奔走，哪里有疫情，他便去哪里考察研究，他充当着细菌狩猎者的角色，与疟疾、马疫、回归热、昏睡症做着斗争，也顺便实现了年少时环游世界的梦想。在自身研究之外，他不忘栽培学生，最先成功培养白喉杆菌的勒夫勒、发现鼠疫杆菌的北里柴三郎、发明白喉抗血清的贝林，都是科赫门下的得意弟子和优秀的合作者。

1910年5月，科赫到位于巴登的疗养院进行疗养，在那里，突发性心脏病结束了科赫的生命。回首科赫光辉的一生，伴随着炭疽杆菌、结核杆菌、霍乱弧菌的发现，“科赫法则”的提出，固体培养基、显微摄影术、新型微生物染色法的发明……这些成就，都是他“永不虚度年华”座右铭的最好阐释，让太多后人难以望其项背，却也正激励着我们，在传染性疾病研究的领域再创辉煌！

第一次世界大战爆发后的第二年，英国人的反德情绪正高，伦敦《泰晤士报》却用这样的措辞报道了一位德国人的去世：“他打开了通往未知之门。在他辞世之际，整个世界都在缅怀他的恩惠。”犹太教士在主持葬礼时说道：“德意志祖国骄傲地注视着这个让德国人享誉世界的人。”这位逝者便是被称为“科学王子”的保罗·埃利希（图2.1-6）。尽管后来纳粹政权企图把他的名字从历史上抹掉，甚至拆除了法兰克福市以他名字命名的街道，但是埃利希对微生物学的巨大贡献却并没有因此被人们遗忘。

埃利希几乎在医学的每个领域都留下了光辉的印迹，他是有机化学家、组织学家、免疫学家和药物学家，被诸多学科的研究者当作瞻仰的对象。免疫学方面，他赢得了诺贝尔奖；他在血液学、显微镜学和细胞免疫学等方面的贡献同样巨大；他还首次合成了世界上第一种化学药物——“606”，是无可争议的“化疗之父”。

埃利希出生于普鲁士西里西亚的斯特雷林（现属波兰）一户显赫的犹太人家庭。他的父亲是闻名一方的医生，但由于19世纪抗菌药物尚未问世，老埃利希面对伤口感染、肺炎、结核等疾病常常束手无策。患者痛苦死去的情形令小埃利希印象深刻，他立志学医，以寻找解除患者痛苦的方法。

埃利希的表兄是病理学家卡尔·魏格特，此人首次使用苯胺染料为细菌染色，开创了细菌染色的先河。在表兄实验室的显微镜下，埃利希看见了细胞的微观世界——有的部分呈红色，另一部分呈蓝色。埃利希从观察中提出设想：细胞的某些部分同酸性的红色染料有着显著亲和关系，而另一些则与碱性染料有吸引力。这就是染料“亲和性”的雏形。染料与细胞的相互作用成为埃利希梦想研究的方向。

后来，埃利希顺利地考入了斯特拉斯堡大学，学习医学。在大学期间，最让埃利希着迷的是瓦尔德伊尔教授的染色课，这门课上，埃利希总是最用心的那个学生。在他投入到课程学习中时，有时甚至要等到吃饭睡觉才与染料分离。品红、亚甲紫……染料从未从他的指尖褪去。甚至在当时还是一介无名医生的科赫到实验室参观时，埃利希只是被介绍成“一个能干的染色工”。在发现结核杆菌后，科赫曾不断尝试着用化学物质，例如含汞的化合物来治疗结核病，但是因为这些药品的巨大副作用，科赫的化学疗法一直没有进展，他可能不会想到，这个满手染料的年轻人会和他再次相遇，而自己长期钻研却未有收获的化学疗法的想法也将由这个年轻人实现。

面对人们善意的玩笑，埃利希从不在意，他只想在自己有兴趣的方向钻研下去。正如他后来所说：“如果人们想获得较大成功，就不可以在太多的水面上捕鱼。”就这样，虽然学着医学课程，但埃利希显然是一副染色工的模样。他把化学看成了自己的专业，并常说：“苯核及其侧链以及所有这些化学式经常形象、立体地出现在我眼前。”

1878年，埃利希获得了医学博士学位，在柏林的夏里特医院谋得了一个职位，顺理成章地，他干起了细胞染色的工作。医院的院长给了埃利希不少空闲时间，这让他很高兴。埃利希还结识了一位化学公司的代理人，凭借这个便利，他获得了不少新型染料，这样，他便又能做起自己的染色实验了。在医院里，埃利希把白细胞分成几种类别，分类的依据是它们对不同染料的亲和性。这种想法看似荒诞不经，却在埃利希心中由来已久，他认为：不同的组织、细胞是会选择固定不同物质的，可能是重金属，也可能是不同颜色的染料。持久的工作换来了成果，凭借细胞染色，埃利希首次描述了以红细胞缺乏为特征的再生障碍性贫血，也发现了亚甲蓝这一染料对神经细胞具有明显亲和性。他试图用亚甲蓝治疗神经痛和疟疾，竟然真的有效。这一成功，让他开始从一个纯粹的化学家踏入了实验化学疗法的领域。

1881年，埃利希与年轻的黑德维希·平库斯结婚了，这个姑娘不但家境殷实，还对埃利希的工作深感兴趣。1882年，这个曾被介绍成“染料工”的年轻人成为科赫教授的助手，开始研究肺结核的病因和可能的治疗方法。不过，正当他要大展宏图时，不幸的事情发生了，1887年，他染上了轻度肺结核，对于一位研究结核病的科学家来说，这听起来怎么都像是上帝开的一个小小玩笑。而颇为巧合的是，埃利希正是依靠自己所发明的结核杆菌染色方法，才发现自己患了结核病的。

好在命运还是眷顾了这位年轻的科学家，在埃及休养了一段时间后，埃利希康复了。1889年，埃利希回到了德国，靠着岳父的资助，他建立了自己的实验室，继续他的研究。他的实验室有三居室大，显然足够用了。于是，他把三居室的厨房改成了染料实验室。亚甲蓝在治疗神经痛和疟疾上的成功，让这位科学家对在染料中找到有效的药物抱有希望。不过，除了三居室外，实验室的其他条件是简陋的：一盏本生灯、试管和吸墨纸，以及许许多多染料，这便是实验室的全部构成了。埃利希对实验室的简陋条件丝毫不以为意，他甚至开玩笑说：“不得已时，我甚至能在谷仓工作”。

1891年，科赫再次提供给他一个传染病研究所的工作，并说：“在这里您能够做您想做的事”。在这里，埃利希在免疫学上大有突破，这一突破也使他成为了免疫学的先驱。埃利希通过老鼠和家兔的实验证明，动物体内可以产生一种高强度的抗毒素免疫功能，获得相应免疫力的动物可以忍受致死剂量200～400倍的毒素而不受伤害。埃利希不仅描述了这种奇妙的免疫作用，还将它们分成了两种——主动和被动免疫性，并首次使用了“抗体”这个概念。埃利希还通过实验证明了免疫性并不遗传。现在我们知道，新生儿的免疫力是通过母乳中的抗体得到的，婴儿的抗体大约在出生3个月后才出现。

埃利希还与白喉血清的发明人——科赫的另一位优秀学生贝林合作，他用精确的计量方法确定白喉血清的计值，并提出“对于既从实际治疗也从纯学术观点出发的整个白喉治疗血清问题而言，使用精确确定值的血清是必要的”。但贝林的敏感和颐指气使让埃利希无法忍受，最终导致埃利希出走到法兰克福，建立“皇家实验治疗研究所”，实现了他所向往的独立研究梦想。

开展独立研究后，埃利希逐渐认识到抗体的局限性，他又重新回到染料研究中来。埃利希最开始的研究对象是昏睡症。埃利希在感染了锥虫而患有昏睡症的小鼠身上进行实验，寻找能杀死这一寄生虫的染料。然而，令他失望的是，他所实验的五百多种染料中没有一种对治疗昏睡症有效。正在一筹莫展之际，埃利希读到了一篇刊登在英国医学杂志的文章，文中介绍到“阿托西”（atoxyl）可以杀死实验动物身上导致昏睡的锥虫（图2.1-7）。说干便干，埃利希拉上助手开始研究这种染料，果然不久之后，他们便发现了锥虫对某些苯并红紫染料十分敏感。乘胜追击，埃利希又自行研发新的染料，继续这一实验。实验终于获得了成功，埃利希自制的一种染料对锥虫具有强大的、毁灭性的杀伤作用。这是一个辉煌的发现，埃利希得意地将这种染料命名为“锥虫红”。

当时的欧洲盛行梅毒这种传染病，也没有有效的治疗药物。该病被列为世界三大慢性传染病之一，是一种性传播疾病（sexually transmitted disease, STD），一位浪漫的法国医生将它形象地称为“维纳斯的瘟疫（Lues Venera）”。梅毒主要通过性交传播，被视为一种不名誉的恶疾，因此人们非常忌讳梅毒，不仅绝口不提自己的病情，还要求医生为其保密。人们迫切地需要找到引起梅毒的罪魁祸首以及有效的治疗方法。弗里茨·绍丁发现了梅毒的真凶是螺旋体，并通过两者相似的形态推测锥虫与螺旋体之间有着某种亲缘关系。

在绍丁发现梅毒真凶后不久，埃利希和他的团队成员们修饰了阿托西的化学结构，发现将其结构作为母体，在其上添加或拿走某些部分（即化学分子侧链）所产生的新化合物比阿托西更加有效，同时他也发现某些锥虫对这些化合物迅速产生了抵抗力，变得“耐药物”（即后来所说的耐药性）。埃利希提出含有有毒物质的化合物——胂（即砷化氢）极可能是努力突破的方向，并有可能借助极量杀菌疗法一次性杀死病原体。

埃利希的助手们在他的指导下利用成百种物质进行合成、实验。他们竭力找出一种替代血清疗法的办法来杀死或抑制梅毒螺旋体的生长。1907年7月，编号分别为418和306的两种胂制剂被生产出来，并显示出了对锥虫和梅毒螺旋体的疗效，可惜两种化合物都有强烈的副作用。

1909年3月，埃利希的朋友北里柴三郎从东京给他派来一名新的助手秦佐八郎博士。他把锥虫作为筛选的滤器，实验了所有可以找到的化合物都没有成功。最后，秦佐八郎准备用编号606的合成物实验。当他把606用于螺旋体感染的鸟身上时，发现只用一剂便足以治愈感染。

1909年6月8日，第一次具有历史意义的在哺乳动物身上进行的实验证明，606对治疗野兔的螺旋体感染有极高的疗效。同年12月，埃利希在柏林的一次讲课中公开提到606。不久，他开始从世界各地收到恳请他赐寄这种药物的信件。他亲自选择每一位医生，免费发放了6.5万安瓿的药品。医生们并不是完全白拿这些药品，他们要配合埃利希的大规模药物跟踪调查，调查606的疗效与副作用。1910年，经过更加深入的研究，埃利希正式宣布，606化合物投入市场。终于所有患者都能得到606的救治了，与埃利希合作的药厂将它称之为“胂凡纳明”（图2.1-8），意即有疗效的胂，这个名字也作为606的处方名沿用下来。

这件事令内科医学界及社会各界大为震动。梅毒是一种“不名誉的恶疾”，与羞耻同义。患者罹患梅毒，往往内脏器官和骨骼遭受侵蚀，疼痛让患者生不如死，并最终失明、精神失常和死亡。在像巴黎和柏林这样的城市，有5%～10%的居民感染梅毒。而一剂606就可以让患者的梅毒治愈，生的希望再次燃起。到1910年底，埃利希总共提供了近40万安瓿的胂凡纳明，使约3万患者获得救治。

胂凡纳明是埃利希研究皇冠上的明珠，事业的顶峰。他不仅找到了一种治疗梅毒的方法，更为现代化学疗法奠定了基础。各种荣誉纷至沓来，但是埃利希认真而公正地强调他的同事，尤其是秦佐八郎作出的贡献。之后埃利希与秦佐八郎共同合作，改良了胂凡纳明难溶的特质，发明了“新胂凡纳明”（914化合物），并将有毒的砷含量降到了19%。

尽管胂凡纳明的神奇疗效令数万患者受益，但围绕这一药物的争论却从未平息。1914年，一直酝酿的争论达到了高峰。虽然许多人都抱怨埃利希花太多的时间在试验胂凡纳明的疗效上，柏林警方的一名博士却攻击他“只在几百人身上试验后便投入使用”。此人因为攻击埃利希而失去了警方顾问医生的任命之后，恼羞成怒，在狂热反犹的巴瑞尔报纸《星期六报》的鼓噪助威声中，发起了一场对这种药品及其发明人的声讨。双方在法庭上，在德国立法大会上，在德国、奥地利和瑞士的报章上唇枪舌战。有人对以销售胂凡纳明赚取利润提出批评。还有其他各种指责：埃利希盗窃了他人的发明；法兰克福的妓女被强迫服药；这种药物不但危险，而且无效，不一而足。尽管国内外的多数内科医生、法庭和报章杂志都支持埃利希，但这一场风波还是一直持续到他去世的1915年，毋庸置疑的是，有关胂凡纳明的论战给他造成的精神紧张加速了他的死亡。他葬于法兰克福的犹太人墓地。

埃利希的成功，为医药界开辟了化学药物治疗疾病的新途径；他的贡献，为化学疗法树立了第一个里程碑。从此，化学科学进入医学科学领域，许许多多的化学药物应运而生。当然，606在今天已被安全、有效的新药所取代。如今，我们已有几千种化学药，不少以前难以治愈或根本无药治疗的疾病都得到了有效的治疗。化学药物为人类防病治病立下了汗马功劳，埃利希作为化学治疗的先驱者立下的丰功伟绩，将永远载入医学史册。

606是第一种化学合成药物，它不仅是挽救昏睡症、梅毒等患者生命的药物，更重要的是，它开辟了一条化学药物的新途径。它的成功，对当时的医生以及药物化学家们都是极大的鼓舞。他们纷纷仿照埃利希的方法，从其他有毒药物，例如汞化合物中寻找对付病菌的药物。可惜的是，在那以后的20多年中，化学药物的研究没有取得什么进展。直到20世纪30年代，一位年轻的德国医生登场，才打破了这一僵局，也终于让第一个抗菌药物登上了历史舞台，预知后事如何且看下节分晓。