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人類壽命的增加,約有10歲得益于抗生素的廣泛使用;今天抗生素的開發已近枯竭,而已經嚴重依賴于抗生素的人類,比任何時候都更迫切地需要新型抗生素
本刊特約撰稿/張功耀
本刊記者/蔡如鵬
1941年2月,倫敦拉德克利夫醫院。48歲的警察艾伯特·亞歷山大因傷口化膿感染,正瀕臨死亡邊緣。
亞歷山大是因為刮臉不慎劃破皮膚,引發細菌感染的。在那個年代,由于缺乏特效藥,感染就意味著死亡。盡管醫院使用了當時最好的抗菌藥——磺胺,但亞歷山大的病情仍不斷惡化。無奈之下,醫生摘除了他的一個眼球引流膿腫,希望能控制病情,結果反而是肺部也開始出現感染。
看著病菌一步一步吞噬亞歷山大的肌體,無計可施的醫生決定,用牛津大學病理學系剛剛送來的一種仍在實驗中的藥物試一試。這是一種看上去有點像玉米淀粉的黃色粉末,溶解后,每隔3小時給感染者注射一次。
幾次注射后,奇跡出現了——亞歷山大的炎癥開始減退,體溫也恢復了正常,他甚至可以坐起來進食。
但一茶匙的藥很快就用完了,亞歷山大的病情再次惡化。由于仍處于實驗階段,牛津大學也沒有更多的藥物。為了能繼續治療,醫生甚至把亞歷山大的尿液收集起來,從中提取殘留的藥物,以挽救他的生命。
亞歷山大終究沒有逃脫病菌的魔爪,不久就離開了人世。但這種神奇的黃色粉末卻給醫生們留下了深刻的印象——它是一種殺滅細菌的強有力的武器。
這種新藥就是青霉素。
艱難的無抗生素時代
遠在公元前1550年的古埃及,就有醫生用豬油調蜂蜜來敷貼,然后用麻布包扎因外傷感染而發炎紅腫的暑癤、疔瘡和無名腫毒。最近,有人對古埃及人發明的這個方法進行了藥理學考據,證實了它的有效性和安全性。其機理來自兩個方面。一是蜂蜜具有困住細菌并從細菌身體中吸收水分,最后導致細菌因干渴而死的作用;二是蜂蜜中含有一種抑菌霉,具有抑制細菌繁殖甚至消滅細菌的功能。但是,古埃及人只是這么做,并不知道這么做的醫學意義在于抑菌。
得出許多疾病是由于微生物感染而引起的這個認識,是微生物學的奠基人巴斯德的功勞?梢愿腥救梭w引起人類疾病的微生物有五類:細菌(如大腸桿菌)、病毒(如冠狀病毒)、真菌(如扁平苔蘚)、原生生物(如瘧原蟲)、蠕蟲(沙蟲)。其中,能夠被抗生素有效殺滅的是細菌。
著名的美國科學史家喬治·薩頓在他的《科學史導論》中發表評論說:“戰爭是外科之母。”戰爭需要外科,可是外科的安全又由什么來保證呢?
19世紀60年代,一位名叫辛普森的外科及婦產科醫生發出感慨說:“躺在任何一家醫院手術臺上的病人,都要比滑鐵盧戰場上的士兵具有更多的死亡機會!敝袊糯浼稘h書·外戚傳》有“婦人免乳大故,十死一生”的說法。到了公元5世紀,還有描述婦女生產時“下地坐草,法如就死也”(陳延之《小品方》)的恐怖記載?梢,當時,因為外科手術和生產而引起的死亡率是何等的高。
值得指出的是,因為外科和生產而引起的死亡,都是在外科手術或生產之后發生的。在19世紀60年代,外科手術之后的死亡率在40%~60%之間?梢,外科要成功、婦女生產孩子以后還要平安,須待醫學科學取得新的進步。
1867年英格蘭外科醫生李斯特首創石炭酸(化學名為“苯酚”)消毒法,改變了手術前景,使原來手術后感染的死亡率由60%下降到了15%。如果先在婦女生產的房間噴灑石炭酸,也可以大大提高婦女生產以后的存活率。
但是,石炭酸消毒法有一個缺點,它只能進行表面消毒,不能進行體內深層次的“殺毒”(滅菌)。梅毒感染曾經是一種流行性的性病,對于這種深層次的細菌感染,用石炭酸進行表面消毒是無效的。巴斯德學說指出的細菌感染,絕大部分屬于細菌進入人體深層次以后出現的感染。
偉大的發明
如何才能在人體內殺滅這些細菌,同時又做到對人體無害呢?
1910年,德國醫生埃爾利希在經歷605個化合物配方實驗的失敗以后,在第606個配方實驗中取得了成功,它就是現在還在用的阿斯凡納明,代號“埃爾利希606”。它既能殺死侵入人體內的梅毒細菌,又不傷害宿主。這個藥物的問世,開創了化學藥物療法的新紀元。1940年,埃爾利希的這個偉大發明被搬上銀幕,片名叫“埃爾利希醫生的魔彈”。以后的抗生素(不屬于化學藥物療法)都是按照“埃爾利希魔彈”已經達到的安全性目標來開發的。
1932年,德國化學工業巨頭克拉爾合成了一種鮮艷的橙色染料。同年,細菌學家兼藥物學家多馬克嘗試著用這種染料來殺滅鏈球菌,首先在老鼠身上實驗成功,同樣能夠滿足“埃爾利希魔彈”那樣的要求。就在這個時候,多馬克6歲的女兒被刺繡針扎了一下,發生了鏈球菌感染并擴散到了淋巴結,引起了嚴重的敗血癥。當時的醫生主張截肢,甚至說,即使截肢也不能保證保全性命。多馬克冒險給女兒注射了這種藥,取得了成功。這就是可以使生產婦女免受產褥期敗血癥威脅的百浪多息。它的問世,標志著抗生素時代的開始。多馬克因此獲得了1939年的諾貝爾獎。
接下來最著名的就是青霉素。它開始于英國科學家弗萊明在1922年的一個偉大發現。在這一年,弗萊明從人體鼻腔分泌物中觀察到一種酶,即“溶菌酶”,具有抵抗微生物的能力。一種微生物能夠抑制另一種微生物生長的這種現象,微生物學中就叫做“抗生現象”。6年以后的1928年,弗萊明又發現一種抗生現象,那就是青霉素的抗生作用。次年,他發表了題為《論青霉菌培養物的抗菌作用》的論文,這一年被視為“抗生素元年”。
但是,青霉素極不穩定,提純很困難。直到1941年,一個受希特勒排擠的猶太裔德國人錢恩(這位科學家與愛因斯坦有著相似的命運,居然連長相也與愛因斯坦相似),逃離德國到了英國,與來自澳大利亞、在牛津大學做訪問學者的弗洛里合作,成功分離出了青霉素?墒,雖然分離成功,英國卻沒有能力支持生產這種藥品。
1944年,在美國洛克菲勒基金會提供5000美元的資助下,青霉素終于首次在美國生產出來了。很快,它被投入第二次世界大戰的戰地救護,拯救了許多瀕臨死亡的盟軍將士的生命。就連患了肺炎的英國首相丘吉爾,也是靠它才得以恢復健康。
青霉素的成功轟動了全世界,人們把它同原子彈、雷達并列為二次大戰中的三大發明。不同的是,原子彈和雷達是用于戰爭,而青霉素則是用于挽救生命。1945年,弗萊明、弗洛里和錢恩,因發明青霉素而共同分獲了諾貝爾醫學或生理學獎。
“淘菌時代”
青霉素進入臨床后,雖然治愈了多種細菌性傳染病,但對結核病卻束手無策。
在20世紀40年代以前,結核病被稱為“白死病”。人們把它與中世紀的“黑死病”(鼠疫)相提并論,因為在19世紀的歐洲,它是引起死亡最多的一種疾病。在很多文學作品中,結核病患者蒼白的臉色和帶血的手絹,甚至成為那個時期人物的典型特征。
青霉素成功后,人們迫切地期待能再找到一種同樣強大的抗菌藥,幫助人類戰勝結核病。完成這一使命的是土壤微生物學家瓦瑟曼。
瓦瑟曼出生于烏克蘭,1913年移民到美國,在加利福尼亞大學獲得生物化學博士。他對土壤中一類叫放線菌的微生物非常感興趣。
放線菌產生抗生素的能力很強,據說1932年瓦瑟曼就曾觀察到這一現象,但他當時并沒有在意。直到1939年,瓦瑟曼注意到醫學界正大力尋找各種抗菌藥,才改變研究方向,集中力量從放線菌中探索殺滅細菌的物質。
瓦瑟曼拋棄了傳統的靠碰巧來分離抗生素的方法,開始通過篩選成千上萬的微生物來有意識、有目的地尋找抗生素。
從1939年到1943年,瓦瑟曼從土壤中共分離出1萬株放線菌,發現其中有10株能夠產生對病原細菌有抑制作用的抗生素。然而,由于大部分放線菌毒性太大而無法應用于臨床。
轉機出現在1943年。這一年,瓦瑟曼終于分離出一株灰色的放線菌,它產生的抗生素不僅能殺死結核桿菌,對人體也沒有毒性。瓦瑟曼把這種抗生素命名為鏈霉素,并發表了研究報告。
這一發現,很快就被默克公司獲悉了。在這家美國最大的制藥企業支持下,1947年初鏈霉素就投入了市場。
鏈霉素雖然不是第一個問世的抗生素,但引起的轟動一點不亞于青霉素——因為它征服的是“白死病”。 鏈霉素的發明使得美國1904年以前10萬肺結核患者死亡188人的比率下降到1953年每10萬患者死亡4人。1952年,瓦克斯曼因發明鏈霉素而獲得諾貝爾醫學或生理學獎。
瓦瑟曼的成功不僅挽救了許多結核病患者的生命,更重要的是,為其他科學家指明了尋找抗生素的方向——土壤放線菌。迄今為止,大多數臨床應用的抗生素都來源于這類微生物。
此后,開發抗菌藥的微生物學家紛紛來到污水溝旁、垃圾堆上、沃野之中“淘金”——采集樣本、篩選菌種,揭開了大規模篩選抗生素的時代。
金霉素(1947)、氯霉素(1948)、土霉素(1950)、制霉菌素(1950)、紅霉素(1952)、卡那霉素(1958)等都是在這期間發現的。這一時期,抗生素研究也進入了有目的、有計劃、系統化的階段,還建立了大規模的抗菌素制藥工業。
從1910年埃爾利希發明阿斯凡納明算起,到2005年,抗生素家族成員已經增加到133個,它們都為人類征服疾病做出了巨大的貢獻。統計資料顯示,今天人類的壽命較上世紀初增加了近20歲之多,其中約有10歲得益于抗生素的廣泛使用。
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