(一)微生物學(xué)的經(jīng)驗(yàn)時(shí)期
公元二千多年的夏禹時(shí)代,就有儀狄作酒的記載。北魏(386~534)賈思勰《齊民要術(shù)》一書中,詳細(xì)地記載了制醋方法。我國(guó)古代人民也發(fā)現(xiàn)豆類的發(fā)酵過程,從而制成了醬。長(zhǎng)期以來,民間常用的鹽腌、糖漬、煙熏、風(fēng)干等保存食物的方法,實(shí)際上都是防止食物因微生物生長(zhǎng)而腐爛變質(zhì)的好方法。
十一世紀(jì)時(shí)。北宋未年劉真人就有肺癆由蟲引起之說。意大利學(xué)者Fracastoro(1483~1553)認(rèn)為傳染病的傳播有直接、間接和通過空氣等幾種途徑。奧地利醫(yī)師Plenciz (1705~1786)主張傳染病的病因是活的物體,每種傳染病由獨(dú)特的活的物體所引起。十八世紀(jì)清乾隆年間,我國(guó)師道南在天愚集鼠死行篇中寫道:“東死鼠,西死鼠,人見死鼠如見虎,鼠死不幾日,人死如圻堵,晝死人莫問數(shù),日色慘淡愁云護(hù),三人行來十步多,忽死兩人橫截路…”。生動(dòng)地描述了當(dāng)時(shí)鼠疫猖獗流行的可怕、凄慘狀況,同時(shí)正確地指出了鼠疫與鼠的關(guān)系。
在預(yù)防醫(yī)學(xué)方面,我國(guó)自古以來就有將水煮沸后飲用的習(xí)慣,這是預(yù)防腸道傳染病的有效方法之一。明李時(shí)珍的《本草綱目》中,亦有對(duì)病人穿過的衣服應(yīng)該進(jìn)行消毒的記載,指出蒸過再穿就不會(huì)傳染疾病。
古代人民早已認(rèn)識(shí)到天花是一種烈性傳染病,人們一旦與患者接觸,幾乎都會(huì)遭受感染,且死亡率極高。但已患過天花康復(fù)者去護(hù)理天花病人,就不再得天花。這種免得瘟疫的現(xiàn)象,就是“免疫”一詞最早的概念。我國(guó)古代人民,在這個(gè)現(xiàn)象的啟發(fā)下,創(chuàng)用了預(yù)防天花的人痘接種法。大量古書證明,我國(guó)在明代隆慶年間(1567~1572),人痘已經(jīng)廣泛使用,并先后傳至俄國(guó)、日本、朝鮮、土耳其、英國(guó)等國(guó)家,人痘接種是我國(guó)對(duì)預(yù)防醫(yī)學(xué)的一大貢獻(xiàn)。
(二)實(shí)驗(yàn)微生物學(xué)時(shí)期
1.微生物的發(fā)現(xiàn)
首先看到微生物的是荷蘭人呂文虎克(Antony van Leeuwenhoek,1632~1723)。他于1676年利用自磨鏡片,創(chuàng)制了一架能放大約270倍的原始顯微鏡,正確地描述了微生物的形態(tài)有球形、桿狀、螺旋樣等,為微生物的存在提供了有力證據(jù)。
十九世紀(jì)六十年代,歐洲一些國(guó)家中占重要經(jīng)濟(jì)地位的釀酒工業(yè)和蠶絲業(yè)發(fā)生酒味變酸和蠶病危害等,促進(jìn)對(duì)微生物的研究。法國(guó)科學(xué)家巴斯德(Louis Pasteur,1822~1895)首先實(shí)驗(yàn)證明有機(jī)物質(zhì)的發(fā)酵與腐敗是由微生物引起,而酒類變質(zhì)正因污染了雜菌,又傳染病的流行亦是由病原微生物傳播所致。在發(fā)酵工業(yè)等生產(chǎn)過程中,只要消毒嚴(yán)密,根絕外界微生物的污染,就可防止酒類等變質(zhì)。巴斯德的研究開始了微生物的生理學(xué)時(shí)期。人們認(rèn)識(shí)到不同微生物間不僅有形態(tài)學(xué)上的差異,在生理學(xué)特性上亦有所不同,進(jìn)一步肯定微生物在自然界中所起的重要作用。自此,微生物學(xué)開始成為一門獨(dú)立的學(xué)科。
巴斯德為防止酒類等變質(zhì)創(chuàng)用的加溫處理法,就是至今沿用的巴氏消毒法。隨后,英國(guó)外科醫(yī)師李斯德(Joseph Lister,1827~1912)創(chuàng)用石碳酸噴灑手術(shù)室和煮沸手術(shù)用具,以防止外科手術(shù)的繼發(fā)感染,為防腐、消毒以及無(wú)菌操作打下基礎(chǔ)。
微生物學(xué)的另一奠基人是德國(guó)學(xué)者郭霍(Robert Koch,1843~1910)。他創(chuàng)用固體培養(yǎng)基,使有可能將細(xì)菌從環(huán)境或病人排泄物等標(biāo)本中分出成為純培養(yǎng),便于對(duì)各種細(xì)菌分別具體研究。后又創(chuàng)用了染色方法和實(shí)驗(yàn)性動(dòng)物感染,為發(fā)現(xiàn)各種傳染病的病原體提供有利條件。郭霍發(fā)現(xiàn)了炭疽桿菌(1877)、結(jié)核桿菌(1882)和霍亂弧菌(1883)。在他的帶動(dòng)下,世界各地細(xì)菌學(xué)家相繼發(fā)現(xiàn)了許多人類和畜禽的病原性細(xì)菌,如白喉桿菌(Klebs,1883; Loeffler,1884)、肺炎球菌(Franke1,1886)、腦膜炎球菌(weichselbaum,1887)、破傷風(fēng)桿菌(Kitasato,1889)、鼠疫桿菌(Kitasato與Yersin,1894)等。1884年他發(fā)表了郭霍法則,認(rèn)為①在同樣特殊疾病中能發(fā)現(xiàn)同一種病原菌; ②能從特殊疾病中分離出病原菌純培養(yǎng);③這種純培養(yǎng)物接種至易感動(dòng)物能引起相同的疾病; ④能從實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中重新獲得病原菌純培養(yǎng)。隨著科學(xué)的進(jìn)展,發(fā)現(xiàn)此法則過于偏重病原體的致病作用,忽視了機(jī)體的防御方面。但這法則在確定某一新的病原體時(shí),仍有其一定的指導(dǎo)意義。
1892年俄國(guó)學(xué)者伊凡諾夫斯基(1864、1920)發(fā)現(xiàn)患煙草花葉病的煙葉汁通過濾菌器后仍保留其感染性。1898年貝杰林克(Beijerinck,M,W,1851~1931)再次發(fā)現(xiàn)這一事實(shí),并指出該病是一類與細(xì)菌不同的病原體所引起的,這是認(rèn)識(shí)病毒的開端。1897年Loeffler和Frosch發(fā)現(xiàn)動(dòng)物口蹄疫病毒。細(xì)菌病毒(噬菌體)則由Twort(1915)和d'Herelle(1917)發(fā)現(xiàn)。1935年Stanley首次得到煙草花葉病病毒的結(jié)晶,隨后Bawden等證實(shí)該結(jié)晶為核蛋白,它同生物一樣具有繁殖能力,并有傳染性和遺傳變異性。以后相繼發(fā)現(xiàn)并分離出許多人類和動(dòng)、植物等病毒。
2.免疫學(xué)的興起
十八世紀(jì)末,英國(guó)醫(yī)師琴納(Edward Jenner,1749~1823)創(chuàng)制牛痘苗來預(yù)防天花,為預(yù)防醫(yī)學(xué)開辟了廣闊途徑。隨后,巴斯德研制炭疽、雞霍亂和狂犬病疫苗成功。
德國(guó)學(xué)者Behring和日本學(xué)者北里于1890年發(fā)現(xiàn)白喉抗毒素。Behring在1891年用此動(dòng)物免疫血清成功地治愈一名白喉女孩,此為第一個(gè)被動(dòng)免疫治療的病例。自此,引起科學(xué)家從血清中尋找殺菌物質(zhì),導(dǎo)致血清學(xué)的發(fā)展。
免疫化學(xué)研究首先是從Landsteiner (1910)用偶氮蛋白人工抗原研究抗原、抗體反應(yīng)特異性的化學(xué)基開始的。Tiselius和Kabat(1938)等創(chuàng)建血清蛋白電泳技術(shù),證明抗體活性存在于血清丙種球蛋白部分,其后又建立了分離、純化抗體球蛋白的方法,對(duì)抗體的理化性質(zhì)有了進(jìn)一步了解。
人們對(duì)抗感染免疫現(xiàn)象本質(zhì)的認(rèn)識(shí)是從十九世紀(jì)末開始的。當(dāng)時(shí)存在著兩派不同學(xué)術(shù)觀點(diǎn):一派以俄國(guó)生物學(xué)家梅契尼科夫(1845~1916)為首的細(xì)胞免疫學(xué)說,另派以德國(guó)學(xué)者歐立希(Paul Ehrlich,1854~1915)為代表的體液免疫學(xué)說。兩派長(zhǎng)期爭(zhēng)論。不久,Wright在血清中發(fā)現(xiàn)了調(diào)理素,并證明吞噬細(xì)胞的作用在體液因素參與下可大為增強(qiáng),兩種免疫因素是相輔相成的。從而統(tǒng)一了兩學(xué)說間的矛盾,使人們對(duì)免疫機(jī)理有較全面的認(rèn)識(shí)。
關(guān)于抗體生成的理論,1897年Ehrlich提出側(cè)鏈學(xué)說,是受體學(xué)說的首創(chuàng)者。在本世紀(jì)三十年代,Haurowitz等和Pauling等先后提出直接和間接模板學(xué)說,這一學(xué)派片面地強(qiáng)調(diào)了抗原對(duì)機(jī)體免疫反應(yīng)的作用,忽視了機(jī)體免疫反應(yīng)的生物學(xué)過程。
1902年P(guān)ortier和Richet用?航o狗二次注射不僅未見有保護(hù)作用,反而出現(xiàn)急性休克死亡,稱為過敏反應(yīng)。Arthus(1903)反復(fù)注射異種血清于兔皮下,可引起局部組織壞死,稱為Arthus現(xiàn)象。Pirquet(1906)總結(jié)上述現(xiàn)象,提出了變態(tài)反應(yīng)的概念。
3.化學(xué)治療劑和抗生素的發(fā)明
首先合成化學(xué)治療劑的是歐立希,他在1910年合成了治療梅毒的砷凡納明(606),后又合成新砷凡納明(914),開創(chuàng)了微生物性疾病化學(xué)治療時(shí)期。1935年Domagk發(fā)現(xiàn)百浪多息(prontosil)可以治療病原性球菌感染后,一系列磺胺藥相繼合成,在治療傳染性疾病中廣泛應(yīng)用。
1929年F1eming發(fā)現(xiàn)青霉菌產(chǎn)生的青霉素能抑制葡萄球菌等生長(zhǎng)。直到1940年,F(xiàn)lorey等將青霉菌培養(yǎng)液加以提純,才獲得青霉素純品。由于發(fā)現(xiàn)了青霉素,鼓舞了微生物學(xué)們尋找抗生素的熱潮,因而鏈霉素、氯霉素、金霉素,土霉素、四環(huán)素、紅霉素、卡那霉素等新抗生素不斷發(fā)現(xiàn)。
其他的抗菌藥物尚有呋喃類和異煙肼等。
(三)現(xiàn)代微生物學(xué)時(shí)期
近幾十年來,隨著化學(xué)、物理學(xué)、生物化學(xué)、遺傳學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)等學(xué)科的發(fā)展,以及電子顯微鏡、組織化學(xué)、細(xì)胞培養(yǎng)、免疫熒光、免疫酶、同位素標(biāo)記、電子計(jì)算機(jī)、質(zhì)譜儀等新技術(shù)的應(yīng)用,微生物學(xué)得到迅速的進(jìn)展。例如使細(xì)菌細(xì)胞與病毒形態(tài)結(jié)構(gòu)的研究提高到亞微結(jié)構(gòu)水平,對(duì)結(jié)構(gòu)與功能及其同生命活動(dòng)的規(guī)律加深了理解;對(duì)細(xì)菌內(nèi)、外毒素的性質(zhì)及其作用機(jī)理得到進(jìn)一步的闡明。在分離培養(yǎng)技術(shù)上亦有顯著的改進(jìn),1976年在美國(guó)費(fèi)城一次退伍軍人軍團(tuán)會(huì)議時(shí)發(fā)生肺炎流行,次年就分離出軍團(tuán)菌;同樣,從病人標(biāo)本中分出彎曲菌或類桿菌的陽(yáng)性率也大為提高。在病毒方面,近年來在非洲發(fā)現(xiàn)了幾種病死率很高的烈性傳染病,如拉沙熱、綠猴病或馬爾堡病毒癥和埃波拉病,這些病毒性疾病均能通過呼吸道、皮膚傷口或粘膜等途徑感染。拉沙熱還可能通過腸道感染。
1967~1971年美國(guó)植物病毒學(xué)家Diener等在試圖分離馬鈴薯紡錘形塊莖病(多年來認(rèn)為是一種病毒性疾病)的病毒時(shí),發(fā)現(xiàn)其病原體不是病毒,而是一種不具有蛋白質(zhì)的RNA,分子量約100000。Dieher稱這類不足以編碼蛋白質(zhì)的小分子量致病因子為類病毒(Viroids)。以后學(xué)者們又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)菊花矮小類病毒(Chrysanthemum stunt viroid,CSV)、黃瓜白果類病毒(Cucumber pale fruit viroid,CPFV)等。迄今為止,類病毒只在高等植物中發(fā)現(xiàn),但人們推測(cè)在人類和動(dòng)物中亦可能存在。例如羊癢。╯crapie)、人的C一J病(Creutzfeidt一Jakob disease)、Kuru病等可能由類病毒引起。因這些造成持續(xù)性感染的病因不明的中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病都具有潛伏期長(zhǎng)、病原體極小、在電鏡下找到病毒樣顆粒等性質(zhì),與植物中已發(fā)現(xiàn)的類病毒有相似之處。
近年來,由于分子遺傳學(xué)的深入研究,已能將一種生物體基因的DNA片段移植到細(xì)菌等中去,這種基因能隨菌的分裂而傳代。1977年美國(guó)采用遺傳工程技術(shù),將人工合成的動(dòng)物下丘腦生長(zhǎng)激素釋放抑制因子(somatostatin,SOM)基因,通過質(zhì)粒為載體轉(zhuǎn)移至大腸桿菌,這個(gè)基因已能在大腸桿菌中表達(dá)。原需要50萬(wàn)頭綿羊的腦組織提出的5毫克SOM,用遺傳工程工藝只需從10升培養(yǎng)液(含100克細(xì)菌)就能提取得同樣量的產(chǎn)品。這為今后制備胰島素、干擾素、疫苗、免疫球蛋白、抗生素等生物制劑開創(chuàng)新的途徑。
自1957年澳大利亞生物學(xué)家Burnet根據(jù)前人工作和他自己的研究提出著名的“細(xì)胞系選擇學(xué)說”,使免疫學(xué)進(jìn)入了生物醫(yī)學(xué)新領(lǐng)域,其范疇涉及細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)、分子遺傳學(xué)等生物學(xué)的許多方面和臨床醫(yī)學(xué)各科,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了抗傳染免疫的傳統(tǒng)概念,已獨(dú)立成為生物學(xué)和醫(yī)學(xué)中極為重要的基礎(chǔ)學(xué)科之一。
二十多年來,在免疫學(xué)的理論、技術(shù)和應(yīng)用方面都有大量成果。例如,現(xiàn)今已了解到人體內(nèi)有一個(gè)完整的免疫系統(tǒng);淋巴細(xì)胞并非終未細(xì)胞,而是構(gòu)成特異性細(xì)胞免疫和體液免疫的主要細(xì)胞;淋巴細(xì)胞可分為若干亞群,相互間起著協(xié)同、制約等復(fù)雜的免疫功能;巨噬細(xì)胞有多種的重要免疫功能;免疫球蛋白抗體分子的結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)及生物學(xué)功能均已基本闡明。近來尤因免疫遺傳和免疫調(diào)節(jié)等方面研究的不斷深入,技術(shù)上又有雜交瘤產(chǎn)生單克隆抗體的成功和多種免疫細(xì)胞系的建立等,對(duì)現(xiàn)代免疫學(xué)的發(fā)展起著很大的推動(dòng)作用。在應(yīng)用免疫方面,1979年10月26日世界衛(wèi)生組織宣布全世界已經(jīng)消滅天花,這是抗感染免疫的一項(xiàng)劃時(shí)代的勝利,并為今后消滅更多的流行病樹立信心。
辛亥革命后,我國(guó)僅有少數(shù)學(xué)者從事微生物學(xué)的研究,在若干問題上也有一些零星的成就。例如發(fā)現(xiàn)旱獺為鼠疫的宿主;首先應(yīng)用雞胚培養(yǎng)立克次體等。新中國(guó)成立后,較快地消滅了天花、鼠疫等烈性傳染病;白喉、麻疹、脊髓灰質(zhì)炎、結(jié)核、新生兒破傷風(fēng)等得到了控制;防治傳染病的生物制品,無(wú)論是品種、數(shù)量和質(zhì)量,都有迅速發(fā)展。我國(guó)學(xué)者湯飛凡等首先成功地分離培養(yǎng)出沙眼衣原體;較早發(fā)現(xiàn)亞洲甲型流感病毒,對(duì)流行性乙型腦炎病毒的生物學(xué)特性、免疫性、流行規(guī)律等的研究,也有一定的成果。1959年分離出麻疹病毒,成功地制成減毒活苗。1972~1973年分離出流行性出血性角結(jié)膜炎的病原體,并證明是一種微小RNA病毒,屬腸道病毒70型。全國(guó)范圍內(nèi)開展了中醫(yī)中藥研究,發(fā)現(xiàn)多種中草藥對(duì)防治一些傳染病有一定療效。慢性氣管炎病因、乙型肝炎免疫機(jī)理,以及腫瘤免疫、移植免疫等方面的科研,還有新抗生素生產(chǎn)等均取得一定成績(jī)。
醫(yī)學(xué)微生物學(xué)今后要加強(qiáng)對(duì)病原微生物的生物學(xué)特性和致病性研究,建立早期、快速、敏感的診斷方法;研制新疫苗和改進(jìn)原有疫苗,以提高防治效果。要加強(qiáng)抗傳染免疫的研究,尋找能調(diào)動(dòng)和提高機(jī)體防御機(jī)能的非特異性和特異性物質(zhì),要加強(qiáng)遺傳工程學(xué)的研究,除制備醫(yī)學(xué)中供診、防、治以及研究的制劑外,并能對(duì)一些與微生物感染有關(guān)的遺傳性疾病采取基因療法,以徹底治愈這類病癥。要繼續(xù)加強(qiáng)同遺傳學(xué)、生物化學(xué)、分子生物學(xué)、組織學(xué)、病理學(xué)等學(xué)科的聯(lián)系和協(xié)作,應(yīng)用同位素、組織化學(xué)、組織培養(yǎng)、免疫熒光、免疫酶、電鏡、電子計(jì)算機(jī)、單克隆抗體等新技術(shù),加速醫(yī)學(xué)微生物學(xué)的發(fā)展。