阿西莫夫最新科学指南-下 [美]-第29章
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到抽出液的毒性弱到不使免子发病为止。随后，他再将正常的狂
犬病毒注入这些兔子体内，结果证明这些兔子已具有免疫力。
1885年，巴斯德得到一个以人体为实验对象的机会。那年，
一位
9岁小男孩迈斯特被疯狗咬得很严重，人们将他送到巴斯德
那里求救。因为事出紧急，巴斯德只好在满怀疑虑与犹豫的情况
下，将已经连续减毒的培养液接种在小男孩身上，希望在潜伏期过
去之前使小男孩具有免疫力。他成功了。起码小男孩被救活了。
（迈斯特长大后成为巴斯德研究所的看门工。1940年纳粹德军攻
入巴黎，命令迈斯特打开巴斯德研究所的地下室，他因而自杀。）
1890年，德国科赫实验室的军医贝林对于冒险将微生物（即
使已经减毒）注入人体感到不安，于是他设法寻找另一条解决问题
的途径。假设病原体会使生物的肌体合成某种有抵抗力的物质，
那么，先用病原体感染动物，再把动物产生的有抵抗力的物质提取
出来，然后把这种有抵抗力的物质再注射到病人身上，不是可以得
到用病原体直接注射的同样效果吗？
贝林发现这个理论确实行得通。血清中的确出现了有抵抗力
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的物质。贝林称之为抗毒素。他使动物产生破伤风及白喉抗毒
素，并将白喉抗毒素首先用在一个患白喉的小孩身上，效果非常
好。于是，抗毒疗法立刻被采用，使白喉的死亡率大幅度下降。
P。埃尔利希与贝林合作大概地计算出了抗毒素的适当用量。
（后来，
P。埃尔利希还发现了治疗梅毒的特效药。）由于
P，埃尔利
希生性暴躁，后来就与贝林分道扬镳了，P。埃尔利希独自继续进
行有关血清疗法基础理论的详细研究。贝林获得
1901年第一届
诺贝尔医学与生理学奖，P。埃尔利希也在
1908年与一位俄国生
物学家共获此项特殊荣誉。
抗毒素虽然免疫效果很好，但其效果无法维持长久，因为人体
血液中若没有抗毒素就会失去免疫力。后来，法国细菌学家拉蒙
发现，只要把白喉或破伤风的毒素用甲醛或加热处理，就可以使毒
素的结构发生改变，形成一种新的物质，可以很安全地注入病人体
内。这种经过处理的毒素叫做类毒素。注射类毒素后人体自身产
生的抗毒素比动物的抗毒素效果要长久，而且必要时可以再注射
而重获免疫力。因此，自从
1925年类毒素问世之后，人们就不再
恐惧白喉了。
人们还常用血清反应来鉴定疾病，其中以瓦色曼试验最为著
名，此法是由德国细菌学家瓦色曼在
1906年为了鉴定梅毒而使用
的。这种技术是比利时细菌学家博尔德首先发明的，博尔德专攻
血清中称做补体的部分，他证明补体是由一些互相联系的酶组成
的一个复杂体系。由于在此方面的卓越成就，他获得了
1919年的
诺贝尔医学与生理学奖。
巴斯德与狂犬病毒艰苦奋战的过程，表明病毒并不容易对付。
细菌可以在试管内的人造培养基中培养和控制，使其毒性降低。
可是，用相同的方法对付病毒就行不通了，因为病毒一定要在活组
织中才能生长。在治疗天花的实验中，牛痘病毒的宿主就是牛与
第十四章 微生物
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挤牛奶女工；在狂犬病实验中，狂犬病毒的宿主就是兔子。用活的
动物来培养病毒既不方便花费又大，而且耗时冗长。
1900～1925年间，法国生物学家卡雷尔成功地使组织在试管
内存活。这一成果对医学研究具有重要价值，卡雷尔因此出了名。
在他当外科医生时，就对组织培养产生了兴趣，他发明了移植动物
血管及器官的新方法，因此获得
1912年诺贝尔医学与生理学奖。
为使切除下来的器官维持生命力，必须发明供给待移植器官营养
的方法，他的方法就是用血液浸润器官并供给各种萃取物及离子。
作为附带的收获，在林德伯格的协助下，卡雷尔发明了一种粗糙的
机械心脏，用来推动血液流过培养的组织。
卡雷尔的装置可以使鸡胚的心脏活动
34年之久，远比鸡本身
的寿命长。他进一步尝试用组织培养来繁殖病毒。虽然他成功地
使病毒在培养组织上繁殖了起来，但是为了取得纯种病毒，又不得
不采取许多麻烦的灭菌措施，还不如用动物来繁殖病毒简便。
就在此时，有人发现用整个鸡胚来繁殖病毒比只用部分组织
要好，因为，第一，鸡胚本身就是一个自给自足的有机体，无需供给
养分；第二，有蛋壳防护，而且鸡胚本身对细菌有天然的抵抗力；第
三，鸡蛋既便宜又可以大量获得。
1931年范德比尔特大学的病理
学家古德帕斯丘及他的同事成功地将病毒移入鸡胚内，首次使获
取纯种病毒变得与获取纯种细菌一样简单。
1937年，利用鸡胚培养病毒的方法在医疗上取得了第一项重
大的胜利。在洛克菲勒研究院，细菌学家仍在寻找进一步防止黄
热病毒的方法。要完全消灭传播黄热病的蚊子毕竟是不可能的，
而被感染的猴子仍然是热带黄热病的病源，经常地威胁着人们。
该研究院一位来自南非的细菌学家泰累尔着手制取低毒性黄热病
毒。他使病毒连续在
200只鼠胚及
100只鸡胚中繁殖，终于找到
只会引起轻微症状而又对黄热病具有完全免疫力的突变种。由于
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此项成就，泰累尔荣获
1951年诺贝尔医学与生理学奖。
利用胚胎培养病毒的方法虽已成功，但是无论在繁殖的速度、
条件控制及效率上都比不上在玻璃器皿里培养。20世纪
40年代
末，哈佛医学院的恩德斯、韦勒以及罗宾斯改进卡雷尔的实验，获
得令人满意的结果。（卡雷尔没有看到他们的成功，因为他在
1944年就去世了。）恩德斯三人成功的原因在于有了防止细菌感
染组织培养的新的有力武器——抗菌素。他们将青霉素及链霉素
加入维持组织生存的血液中，结果细菌死亡了，病毒照常繁殖。随
后，他们就以脊髓灰质炎病毒为实验对象，结果相当令人兴奋，脊
髓灰质炎病毒在这种培养基中繁殖了起来。此项实验的成功使人
类征服了脊髓灰质炎。他们三人因此共同获得
1954年诺贝尔医
学与生理学奖。
利用性情暴躁的猴子来培养脊髓灰质炎病毒既不安全又费
钱，而现在可以在试管里培养这种病毒，因而可以用这种病毒进行
大规模的实验了。由于组织培养法研究成功，匹兹堡大学的索尔
克才得以对这种病毒进行化学处理，他发现被甲醛杀死的脊髓灰
质炎病毒仍旧可以引起人体的免疫反应。他据此发明了闻名遐迩
的索尔克疫苗。
脊髓灰质炎不仅致死率高而且病愈后常会有肢体麻痹的后遗
症，此种情形对小孩尤其严重（因此，脊髓灰质炎又名为小儿麻痹
症）。这似乎是一种近代流行病，在
1840年以前没有这种流行病
的记载。因为美国总统
F。 D。罗斯福也患了这种病，所以这种病格
外引人注目，使征服脊髓灰质炎成为人类历史上战胜疾病的最光
辉的胜利之一。当
1955年审议委员会宣布索尔克疫苗确实有效
时，这个消息立刻受到如同好莱坞首场演出式的欢迎。这是医学
史上前所未有的盛况。这是理所当然的，因为索尔克疫苗的成功
比起那些可以使人为之疯狂的表演更值得庆贺与赞扬。但是科学
第十四章 微生物
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不是靠狂热的宣扬兴旺起来的。由于急于满足公众对疫苗的要
求，显然造成了少量不合要求并能致病的疫苗样本外流，因而激起
公众的强烈反对，使利用索尔克疫苗防止脊髓灰质炎的计划受挫。
虽然暂时受挫，但是后来人们发现索尔克疫苗的确有效，而且
制造得当的话，也很安全，所以计划再度顺利进行。
1957年波兰
出生的美国微生物学家萨宾做了进一步的发展。他不像索尔克用
死的病毒（病毒万一没有全部杀死仍会引起很大的危险），而用一
种活的病毒菌株。此种菌株的病毒不会致病反而会使人产生抗
体，这就是萨宾疫苗。萨宾疫苗可以直接口服，而不必采取皮下注
射的方法。萨宾疫苗最先受到苏联的欢迎，然后传到东欧各国，
1960年传入美国。从此，脊髓灰质炎给人们造成的恐惧解除了。
抗体
疫苗究竟是怎样抵抗疾病的呢？这个问题的答案可能会给我
们一把了解免疫的化学钥匙。
半个多世纪以来，生物学家早已知道抗体是人体能抵抗感染
的最主要因素。（当然，还有吞食细菌的白血球细胞，叫做吞噬细
胞。吞噬细胞是由俄国生物学家梅奇尼科夫
1883年发现的。梅
奇尼科夫继巴斯德之后任巴黎的巴斯德研究所所长，
1908年与
P。埃尔利希共获诺贝尔医学与生理学奖。不过我认为，吞噬细胞
对抵抗病毒无帮助，与免疫力的产生似乎也无关系。）病毒，实际上
几乎任何一种异物，一旦加入肌体的化学过程就称做抗原。抗体
是人体制造的一种抵抗特定抗原的物质，即抗体与抗原结合，使抗
原无法发生作用。
在化学家真正找到抗体之前，他们就确信抗体一定是蛋白质。
原因之一就是所有熟知的抗原都是蛋白质，蛋白质自然容易与蛋
白质相结合；况且，只有蛋白质的精细结构才能识别出某种特定的
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抗原并与之结合。
早在
20世纪
20年代初期，兰德施泰纳（血型的发现者）做了
一系列实验，结果证明各种抗体确实具有很强的专一性。他用以
诱发产生抗体的物质不是抗原而是一些人所熟知的简单化合物，
这些化合物都含有砷，称为对氨基苯砷酸。对氨基苯砷酸在与简
单蛋白质（如蛋清中的清蛋白）结合的化合物中扮演了抗原的角
色：当把它注入动物体内时，就会在血清中产生抗体。此外，这种
抗体对它具有专一性，因为此种动物血清只凝集对氨基苯砷酸…清
蛋白的复合物，而不与单独的清蛋白发生作用。有时候，的确可以
使抗体与没有跟清蛋白结合的对氨基苯砷酸产生反应。兰德施泰
纳还证明，对氨基苯砷酸结构上的某些微小改变都会在抗体上表
现出来。由一种对氨基苯砷酸引起的抗体对结构略有改变的另一
种对氨基苯砷酸不产生反应。
兰德施泰纳将与对氨基苯砷酸类似的化合物称为不完全抗原
（或半抗原），它们与蛋白质结合会促使动物产生抗体。生物学家
推测，天然抗原在其分子的某个特殊区域可能具有不完全抗原的
作用。根据这个理论，细菌或病毒之所以可以制成疫苗乃是因为
它们在经过处理后，结构发生了变化，足以降低其损害细胞的能
力，但不完全抗原仍然完整如初，所以依然可导致抗体生成。
20
世纪
80年代初期，由
R。 A。 勒纳领导的一组科学家，模仿流行性
感冒病毒，利用一种人造蛋白质，制成了一种合成疫苗，将此种合
成疫苗注入天竺鼠体内，结果天竺鼠对这种病毒产生了免疫力。
探索天然不完全抗原的化学性质是一件有趣的事。如果它们
的性质能够确定的话，那么或许可以利用这些不完全抗原或它们
与无害蛋白质的结合物作为疫苗，来诱发某一特定抗原的抗体。
这种做法可以避免使用毒素或低毒性病原体所带有的危险性。
一种抗原究竟怎样引起一种抗体的呢？
P。埃尔利希认为，身
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体内平时有少量的各种可能需要的抗体存在，只要入侵抗原与合
适的抗体产生反应，通过结合，抗体能够将毒素中和，使毒素不能
参与任何有害于身体的反应，身体就会供给更多的这种抗体。虽
然某些免疫学家仍笃信这一理论或其修正版，但这种说法颇令人
怀疑。因为动物似乎不可能准备好千千万万种抗体以对抗各种抗
原，包括对氨基苯砷酸之类的非天然物质在内。
另外一些人则认为，身体内存在着一般性蛋白质分子，这些蛋
白质分子可以改变形状与任何抗原结合。也就是说，抗原充当了
抗体成型的模板。1940年，泡令提出了这种理论。他认为，各种
抗体只不过是同一基本分子的各种不同形式而已，所不同的只是
折叠的方式。换句话说，抗体会随抗原而改变其形状，就像手套可
随手形改变一样。
随着蛋白质分析技术的进步，1969年，由埃德尔曼所领导的
科学家小组终于研究出由
1 000多个氨基酸组成的一种典型抗体
的结构。埃德尔曼因此获得
1972年诺贝尔医学与生理学奖。
卡普拉进一步证明，氨基酸链上确实有高变异区。很明显，氨
基酸链上比较稳定的部分起着形成一个容纳高变异区的三维结构
的作用，而高变异区可以通过链内氨基酸各种变化的结合和几何
构型的变化自行确定适合某种抗原。
通过结合，抗体能够将毒素中和，使毒素不能参与任何有害于
身体的反应，抗体也可以与病毒或细菌表面上的一些区域结合。
假如一个抗体能够同时与两个不同的点结合的话（一个点在一个
微生物的表面上，另一个点在另一个微生物的表面上），那么抗体
就可以引起凝集反应，使两个微生物粘在一起而丧失繁殖或入侵
细胞的能力。
抗体的结合会对参与结合的细胞产生标记作用，使吞噬细胞
比较容易将它吞食掉。此外，抗体的结合可能促使补体系统更活
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跃，因而使补体系统能够利用酶在入侵细胞的壁上穿孔，将入侵细
胞消灭。
就某些方面而言，抗体的专一性并不完全是优点。假如病毒
发生突变使其蛋白质结构稍有不同，那么，病毒原有的抗体往往不
能适应这种新的结构。也就是说，对某一菌株的病毒具有免疫力，
对另一菌株的病毒则未必可以免疫。常见的流行性感冒和普通感
冒的病毒特别容易发生小突变。这正是我们易于一再患感冒的一
个原因。特别是流行性感冒，有时会发生毒力很大的突变，袭击没
有防备和没有免疫力的人们，如
1918年发生的流感和
1957年的
亚洲流感，后者死亡人数较少。
身体形成抗体的效率太高还有一个令人讨厌的后果，即身体
产生抗体的倾向甚至排斥正好进入身体的无害蛋白质。于是身体
就会对这种蛋白质产生过敏，因而可以与任何后来进入身体的本
来无害的蛋白质发生剧烈反应。这种反应可以出现发痒、流泪、鼻
及喉中产生粘液、气喘等。这类反应就是过敏反应。某些植物的
花粉（可以引起枯草热）、食物、动物的皮毛等都会引起过敏反应。
急性过敏反应可以使人严重致残甚至死亡。法国生理学家里歇因
为发现过敏性休克而荣获
1913年诺贝尔医学与生理学奖。从某
种意义上说，每个人对任何其他人多少都有过敏现象。把一个人
的器官移植给另一个人是不会奏效的，因为受植者的身体将植入
的组织作为外来蛋白质对待，从而产生抗体来对抗它。人与人之
间的器官移植最好在同卵双胞胎身上进行，因为同一的遗传使他
们体内的蛋�
