锲而舍之,朽木不折;锲而不舍,金石可镂。——荀况
20世纪初,西方科学界沉浸在细菌学建立和疫苗发明的喜悦中,法国和德国的细菌实验室不断有好消息传出,科学家成为对付疫病的英雄,充满了战无不胜、奋勇前行的自豪感,而这种情绪也影响到了社会和公众心理。美国疾病控制和预防中心主任森瑟尔说:“我们曾期待当代科学战无不胜,可以使所有困难迎刃而解,然而现实却与理想背道而驰。”当疫情控制更多地依赖于隔离、停课、禁止集会等非药物措施时,人们开始确信,不讲卫生,不养成良好的卫生习惯会招致疾病。在科学方面,1918年流感给人类留下许多“伏笔”。彼时,埃弗里着手德文斯军营传染病的细菌调查,其他一些杰出的科学家也已经投入了这个问题的研究,试图分离导致该病细菌。
在任何紧急情况下,都不能让自己乱了方寸,混乱只会让人一无所获。从巴斯德、科赫、利斯特等细菌学开拓者一路走来,他们能杀灭体外的病原体。有多种化学药品能对房间或衣服进行消毒,他们精确了解所需化学药品的剂量以及对一个房间熏蒸消毒所必需的持续时间;他们知道如何消毒器材、如何培养细菌、如何将细菌染色使其能在显微镜下观察到。他们知道被埃尔利希称为“魔弹”,他们已经开始顺藤摸瓜去寻找这些“魔弹”。可是人们被困在这场危机中,满目皆是死亡,知识百无一用。熏蒸和消毒是规模庞大而又耗时耗力的工作,找到这种“魔弹”需要的知识超出当时所能。医生甚至开始试药,希望在已有药物中试出一种灵丹妙药,然后由果推因,揭示真相,然而很快他们就意识到一般药物毫无帮助。不过,医学界也已知道如何利用一种工具:人体自身的免疫系统。他们知道如何利用这些原理来预防和治愈一些疾病,知道如何在实验室培养细菌,知道如何减弱或增强其活性,以及如何在动物身上刺激免疫应答。他们也知道如何制备疫苗,知道怎么制备抗血清。他们了解免疫系统的特异性。疫苗和抗血清也只对特殊致病因子、特殊病原体见效。当朋友、家人和同事身染疾疴之时,很少有研究者能够冷静的沉醉于精妙的科学实验,他们急于对付传染病,怀着以疫苗预防或以血清治疗疾病的美好愿望,他们需要分离出病原体。然而他们要先回答一个问题:是什么导致了这种疾病?
健客:等等,又来了,令我十分不爽的奇奇怪怪的名词,“致病因子”、“病原体”,还有之前出现过的“致病菌”,都说的是什么呢?
云飞:哈哈,这些是专有名词。只要生出了好奇心,就已经理解了一半。它们的关系好像“套娃”,最大的是“致病因子”,是指在生物体与外界的接触中,可能遇到的引起生物体出现病态的一切因素。例如可以导致部分或全部生物体疾病的辐射、灰尘、温度、空气、有毒或有腐蚀性的物质、微生物等等;中间的是“病原体”,通常用于描述“传染性”的微生物或媒介,例如病毒、细菌、真菌等等。一些微小动物,例如线虫、蠕虫、昆虫或其幼虫,虽可引起或传播疾病,却习惯称为寄生虫。最小的是“致病菌”,通常用于表述导致传染病的细菌。因为认知和翻译上的原因,我们常说的病菌包括病毒、细菌和真菌。另外,在研究传染病时,基本传染数是指在没有任何防疫措施介入,同时所有人都没有免疫力的情况下,一个感染到某种传染病的初发个案,会把疾病传染给其他人的平均数,记为R0,有的医学“大牛”称为传播力度。
健客:啊哦,有点深奥!
云飞:其实很简单。3月25日上午10:00,上海市举行疫情防控工作新闻发布会,有记者提问张文宏:近几日感染者数量居高不下,能不能分析一下原因是什么?他说,病毒不断地更新迭代,从最早2020年疫情到现在为止,奥密克戎已经到第二代了,传播力度确切来说应该是9.5的R0值。意味着一个人可以传10个人,在2020年初期R0值大概是2.5-3之间。这意味着,现在传播的力度几乎是早期传播力的3-5倍之间。张文宏还作了简单的推演:一个人可以传10个人,代际之间潜伏期也在缩短,基本3天可以传一代。最早是1个人,3天以后就是10个人,6天就是100个人。如果这个人在外面充分和大家进行接触,10天可能就传1000个人。这是所谓的指数级上升,如果不采取有效防控,这个数据从3月10日到3月25日,正好半个月时间,这个级别应该接近于至少是几万的水平。张文宏表示,就上海来讲,我们坚持的防控策略使传播指数级的上升被打断,我们采取的不是封城策略,我们不断在做滚动筛查。如果今天看到非管控区域筛查比例不断在下来,最终拐点必定会出现。
健客:噢,筛查出感染的比例不断下降就意味着传染数下降,也就意味着防控策略是有效的。
云飞:对的,最后有效传染数持续小于1,就离 “清零”不远了。扯远了,马上回来。
1889-1890年流感大流行期间,德国细菌学家菲佛一直在探究着病因,可是取自流感患者的细菌形态常常略有不同。凭着惊人的毅力和高超的技术,菲佛于1892年,成功分离出微小而细长的、两端圆形的杆状细菌。这种病菌具有致人于死地的能力,但它在动物身上引发的疾病与人类流感并不十分相似。因此,有人就以不符合“科赫法则”来反对它。然而,人类病原体通常不会令动物致病,或者会在它们身上引发不同症状,而且很多病原体虽不完全符合科赫法则但也已被公认为致病原因了,如麻风杆菌。菲佛确信自己已经找到流感的病因,一种没有鞭毛的,革兰氏阴性杆菌。
健客:菲佛啊,我知道,伤寒疫苗也有他的贡献。
云飞:嗯。纵观其职业生涯,他参与过一些重大医学问题的研究,如细菌溶解、细菌内毒素、组织染色等,并作出了无与伦比的贡献,无论用什么标准来衡量,他都堪称巨擘。
健客:这种细菌叫什么名字呢?
云飞:它的学名是流感嗜血杆菌。
健客:怎么这么血腥啊?
云飞:当初认为它是流感的病原体,因此它的名字中有“流感”两字。这种细菌难以在普通培养基上连续传代培养,菲佛在培养基中加入血液后,获得连续传代培养,因此它的名字中有“嗜血”两字。当然,也可称为“菲佛氏杆菌”。
菲佛是科赫研究所最具才华的科学家之一。1918年菲佛已经60岁,他的名望使他的发现具有相当的分量。埃弗里接到韦尔奇电话后,立即离开实验室,穿过几个街区走回家换衣服,然后赶到宾夕法尼亚车站,那是一座宏伟高耸的建筑。火车穿过康涅狄格州的乡村,经过一连串的车站——纽黑文、普罗维登斯、波士顿,直至德文斯。一路上他像受邀的猎人,琢磨狩猎的最佳方案。韦尔奇曾经向埃弗里说过自己的担忧:尽管临床症状看起来类似流感,但它可能是一种新的疾病。埃弗里计划第一步仍然是寻找流感嗜血杆菌,每个人都认为它是流感病因的首要嫌疑犯。埃弗里很了解菲佛氏杆菌,包括它培养起来有多困难,而化学性质又令其难被染色,从而很难在显微镜下的涂片上看到它。这种细菌的化学性质和代谢引起了他的兴趣。他想弄清楚如何让这种细菌生长得更好,如何让它更容易找到,如何让它更容易鉴定。对他来说,做任何事情,包括清洗玻璃器皿都要追求精确和专业。
当天下午,埃弗里抵达军营,立即开始实验。到达验尸房之前,他像韦尔奇等人一样,要跨过地上那些裸露着的或者由血迹斑斑的被单覆盖着的年轻尸体,但他丝毫未受影响。在这个实验中,经过初染、媒染、脱色、复染,最后在显微镜下呈蓝紫色的细菌被称为“革兰氏阳性菌”,反之则为“革兰氏阴性菌”。革兰氏实验的结果就像是证据,证明一个攻击者是清白还是有罪,至少能排除一部分细菌的嫌疑。埃弗里没有发现任何革兰氏阴性菌。而流感嗜血杆菌是革兰氏阴性菌。这个实验不容置疑地否定了流感嗜血杆菌的可能性,也排除了所有革兰氏阴性菌,哪怕一丝一毫的可能性。埃弗里重复了实验,仍未发现革兰氏阴性菌,一个也没有。不久埃弗里就解开了这个谜团。他发现实验室里所有标识为“酒精”的液体实际上都是水。原来是士兵喝了这些酒精然后以水代之。埃弗里使用酒精后便得到了预期的实验结果,他发现了革兰氏阴性菌。
埃弗里继续坚定不移的探索。他从尸体入手,那些人都刚死不久,有些尸体摸上去甚至余温尚存。通过戴着手套的双手,他仍能感觉到依旧温热的肺部及呼吸道上潮湿的海绵质。他找出最明显的感染区域,并从上面切下组织样本,寻找导致死亡的微生物。这个瘦小的男人被年轻士兵的尸体所包围,兴许会有点害怕,但他有勇气。几种可能的病原体在涂片上现身了,它们都有可能是杀手。埃弗里需要知道哪一个才是真凶。埃弗里在德文斯军营待了很久,让自己有足够的时间培养细菌。在30具士兵尸体中,22具上发现了流感嗜血杆菌,他将这个结果报告了韦尔奇。尽管他尊敬的多位科学家几乎在同一时间得到相同的结论,但埃弗里只将结论建立在自己的发现上,而这一发现还未使他自己确信。在7例尸体解剖中,他没有发现任何细菌入侵的迹象,但肺部受损。而且,他在一例中发现了潜在的致命细菌,但那细菌却没有流感嗜血杆菌的特征,在约一半的病例中他还找到了其他微生物,包括肺炎球菌、溶血性链球菌和金黄色葡萄球菌。金黄色葡萄球菌虽是一种病菌,但却很少引发肺炎。可以从几个角度来诠释这些发现。它们可能意味着流感嗜血杆菌并不是这种疾病的肇因,但这又是唯一有可能的结论。流感嗜血杆菌也许就是病因,其它细菌尾随而来,并趁虚而入,至少这也不是没有可能。找到几种病原体也许能更加确定流感嗜血杆菌的元凶身份。因为当有其他细菌——尤其是肺炎球菌或溶血性链球菌存在,流感嗜血杆菌在实验室培养基上生长就较差,所以当它与其它细菌共存时,这种存在可能就表明流感嗜血杆菌曾在患者体内大量存在。埃弗里在大脑中系统地梳理这些思路。1918年10月,埃弗里在研究所听取了来自全世界几十位同样在寻找流感嗜血杆菌的研究者的报告,有成功也有失败。埃弗里审慎地没有下结论,也没有做出推测,更没有在任何报告中声称找到了流感病因。同时,埃弗里发现,洛克菲勒研究所百分之三十的健康人身上都有流感嗜血杆菌。就像许多健康人的口中也会携带肺炎球菌,但他们不会患上肺炎。
和韦尔奇一样,埃弗里一生未婚,很有魅力,是人们关注的焦点。他很有喜剧表演天赋,以至于一位同事称他是个“天生的喜剧演员”。除此之外,埃弗里的其它特点和韦尔奇正好相反。当科尔雇用他时,他差不多已经40岁了。同样是40岁,韦尔奇已然跻身于国际最高水平的科学学术圈内。那些与埃弗里同时代的、为科学作出过卓越贡献的人,在40岁时都已声名远扬了。而埃弗里却同洛克菲勒研究所里的年轻研究人员一样,基本上还处于试用期,没作出过什么特别贡献。但那既不是因为他缺乏雄心壮志,也不是因为他不努力工作。当韦尔奇忙于社交、旅行的时候,埃弗里几乎没有任何私生活。他对这类事唯恐避之不及。虽然他和弟弟以及一个父母双亡的堂兄弟比较亲近,也觉得自己负有照顾他们的责任,但对他而言,他的生活、他的整个世界就只有研究,其他一切都无关紧要。一次,一位科学杂志的编辑请他写一篇关于诺贝尔奖得主兰特斯坦纳的纪念短文,因为埃弗里曾经和他共事于洛克菲勒研究所。结果,埃弗里的文章中一句也未曾提及兰特斯坦纳的私生活。编辑想要加些个人生活细节进去,埃弗里拒绝了。他认为个人生活并不能帮助读者了解事物的实质,既不能令他们明白兰特斯坦纳的成就,也不会让他们体会到他的思索过程。
健客:兰特斯坦纳?是那个发现血型的人吗?
云飞:是的。
健客:他不是维也纳病理学家吗?
云飞:第一次世界大战结束后兰德施泰纳先移居荷兰,后赴美国洛克菲勒医学研究所,并在血液研究上作出了重大成果。美国成为世界科学中心的重要原因之一是吸引了优秀的人才。兰特斯坦纳很可能会赞同埃弗里的处事方式。当得知自己被授予诺贝尔奖后,他依然在实验室里工作了一整天,直到很晚才回家。当时他的夫人已经睡着了,兰特斯坦纳都没有叫醒她告知这个消息。
正如爱因斯坦曾经说过的:“将人们引领向艺术或科学的最强烈的动机之一,就是要逃避日常生活……与这个消极的动机并存的还有一个积极的目的。人们总想以最为适当的方式勾画出一幅简明易懂的世界图像;于是他就试图用他的这种世界体系来代替经验世界,并努力在某种程度上以此取代它。这正是画家、诗人、思辨哲学家和自然科学家所做的,他们都按自己的方式去做……各人把世界体系及其构成作为他的感情生活的中心,以便由此找到他在个人经验的狭小范围里所无法找到的安宁和平静。”
健客:那么你写《细菌传》的动机呢?
云飞:哈哈,不要乱猜。
埃弗里刚到洛克菲勒研究所不久曾发表过两篇论文。在第一篇文章中,仅基于不多的几个实验,他和同事就阐明了一个理论。在第二篇文章中,埃弗里同样利用了极为有限的实验证据得出了一个结论。很快,两者就被证明都是错误的。感到丢脸的埃弗里发誓再也不要蒙受这样的耻辱。他在自己实验室以外发表任何东西,甚至讲每句话都变得格外小心谨慎而保守。尽管如此,他并没有停止私下里对实验作最大胆、最深远的推测,只是从那时起,他仅发表最严谨的证明和最保守的结论;从那时起,埃弗里缓慢而坚定地前进。即使一次只前进一小步,他最终跨越了长远而惊人的距离。
随着时间的推移,越来越多的科学家承认,大流感的致病因子不是流感嗜血杆菌,而是一种病毒。
健客:快说说流感病毒?
云飞:那是《病毒传》的内容。
健客:剧透一点嘛。
云飞:尽管细菌和病毒同是微生物,二者大小相差约1000倍;尽管流感肺炎和新冠肺炎由完全不同的病毒引起,但它们有一些相同的症状:发烧、疲劳、咳嗽、嗓子疼、流鼻涕、呼吸短促、身体疼痛、头痛、呕吐和腹泻……
健客:期待。
每一次努力,都是幸运的伏笔。第一次世界大战结束了,整个世界却被流感攻击得体无完肤。直到1920年的第三波流感过后,它才结束了杀戮。数年之后,埃弗里在对流感嗜血杆菌的研究日益走向死胡同之际,他将全部时间和精力投入肺炎研究,取得了傲人成果。他发现肺炎球菌外面包裹的一层多糖荚膜能导致免疫应答,开阔了科学家的视野,不是只有蛋白质或是含蛋白质的物质才能刺激免疫系统做出应答。之后,署名埃弗里的论文越来越少,他曾经在长达七年的时间里没有发表任何论文,直到1943年的11月,他和同事向《实验医学杂志》递交了一篇文章,题为《导致肺炎球菌类型转化物质的化学性质研究:由肺炎球菌Ⅲ型分离出的脱氧核糖核酸片断的诱导转化》。这份杂志由韦尔奇创刊,1944年2月,这份杂志发表了该论文。论文指出导致细菌转化的真正物质是脱氧核糖核酸而不是蛋白质,颠覆了当时认为蛋白质是遗传物质的传统观点。美国科学史学家贾德森评价埃弗里的论文颇有十九世纪科学研究的遗风:行文晓畅而紧凑,论据确凿、清晰而谨慎,从头到尾都使人感受到埃弗里对该项工作保有的好奇心和强烈的求知欲。
埃弗里终生未婚,一生忙于学问,多才多艺,喜欢独来独往。他多次获得诺贝尔奖提名,但均未能摘得桂冠。有人说他可能是同性恋,有人说诺贝尔奖委员会原本打算奖励他在肺炎研究方面的工作,就在那时他通过研究肺炎球菌,发现遗传物质是脱氧核糖核酸。当然最可信的应该是贾德森的说法:诺贝尔奖委员会注意到埃弗里关于遗传物质发现的工作,他们在等待着他进一步的发现。毕竟他的发现过于前沿,许多科学家无法理解,就连深受他影响、后来证明细菌存在有性生殖的莱德伯格都认为阅读那篇论文很“痛苦”。诺贝尔奖委员会需要再等等其他人的结果。
1918年流感为日后取得震惊世界科研成果埋下伏笔的不仅埃弗里一人。1928年,英国细菌学家弗莱明试图开发一种使流感嗜血杆菌更好地生长的培养基,因为忘了给一个培养葡萄球菌的培养皿加盖,而发现了抑制细菌生长的物质。
下周将开启新的一章——抗生时代,敬请期待。
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