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《科学画报》

开博时间:2016-07-01 14:43:00

由中国科学社于1933年8月创刊,距今已有80年的历史。《科学画报》在80年的办刊历程中,形成了通俗生动、图文并茂地介绍最新科技知识,形式多样地普及科学技术的特点,对提高广大群众的科学水平,启发青年爱好科学、投身科学事业起了很大的作用,当今的不少著名学者、教授、科学家,青少年时代都曾受到它的熏陶和启发。

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一个甜瓜引发的医学革命

2022-08-12 00:17:00

  青霉素是什么?它究竟有多重要?或许你很难通过三言两语说清它的价值,但你一定对它不陌生——生病去医院时,医生有时会问你对青霉素过不过敏,并在你手臂上做一个简单的皮试,留下一个又痛又痒的“小肿包”。

  不过,可不要因此而讨厌这小小的霉菌。在青霉素登上历史舞台之前,战争中负伤感染的士兵想要活命,大多要面对残忍的截肢手术,后来,正是因为有了青霉素,伤员的存活率和生活质量才得到了显著提高。

  发现青霉素

  青霉素的名字来自青霉菌。因为肉眼观察到的这种霉菌菌丝呈蓝绿色,因而得名“青霉”。除了能够让植物发霉腐败,青霉素还有另一个作用:它所释放出的青霉素,能够瓦解细菌细胞壁的主要组成成分——肽聚糖,让细胞涨破后死亡。由于动物细胞并没有细胞壁供它瓦解,只要人体对青霉素不过敏,那么青霉素对人体的伤害就可以忽略不计,所以当人体感染细菌时,只要注入适量青霉素,就能够摧毁细菌,帮助身体抵御细菌的侵害。

  人类能发现这个“杀菌神器”,其实也是无心之举。1928年,英国伦敦大学的微生物学家亚历山大·弗莱明一时疏忽,让青霉“跑进”了培养葡萄球菌的培养皿中。在懊恼之余,弗莱明却有了出乎意料的新发现:青霉周围一圈居然没有任何葡萄球菌存在的痕迹,而随着青霉不断增多,培养皿中的葡萄球菌也愈来愈少。他由此推测,这种青霉是具有杀菌功效的。

  不过,虽然弗莱明将这一发现写成了论文并公开发表,但在当时,这一伟大发现犹如石沉大海,没有掀起什么波澜:一是当时的医学界大多使用磺胺类抗菌剂进行灭菌,几乎没人注意到这种无处不在但又毫不起眼的真菌;二是弗莱明发现的青霉菌全部出自培养皿,不仅产量极低,而且容易分解,在产量和救治效果上都不及预期,无法进行大规模培育与使用。为了尽可能地测试青霉菌的救治效果,弗莱明甚至不得不从实验患者的尿液中反复提取青霉菌,将它用在其他患者的身上。久而久之,连弗莱明自己都放弃了——青霉菌的确有效,但极低的产量注定了它不会有广泛应用,研究它已经没什么意义了。

  量产青霉素的诞生

  青霉素的故事并没有落幕,它在静静等待重返人们视线的时刻。不久以后,随着第二次世界大战的爆发,成千上万的伤兵死于细菌感染,磺胺类抗菌剂一时供不应求,科学家开始寻找新的药物,帮助前线将士捱过鬼门关。1938年,在弗莱明发现青霉素的第10个年头,牛津大学的生物化学家恩斯特·钱恩和药理学家霍华德·弗洛里在厚厚的论文集中偶然翻出了弗莱明尘封多年的大作,简单阅读后,二人很快意识到这篇论文背后所蕴含的价值,他们赶紧跑去伦敦,与弗莱明见了一面。

  有了生物化学家和药理学家的帮助,弗莱明很快就从青霉菌菌株中提取出了稳定有效、不易分解的青霉素。在动物实验取得成功后,仍未攻克的难关只剩下一个——如何大量生产青霉素。三人在实验室中配制的青霉菌营养液,每毫升只能产出4单位的青霉素,远远跟不上病患的日常用药需求。虽然很多实验患者都在注射青霉素后有明显的好转,但很快,辛辛苦苦产出的青霉素就被用完了,许多患者最后依然不治身亡。

  为了寻找提升青霉素产量的方法,三人雇佣了一批女工,负责青霉菌的培养与发酵工作。其中一位名叫玛丽的女工整日奔波于大街小巷,去菜市场、奶酪店、面包房等地方搜集各种发了霉的物品,为配制培养液寻找新的方向。商贩们哪里见过只收霉物的人,这个消息一传十十传百,以至于这位女工被当地人戏称为“霉菌玛丽”。

  1941年,玛丽从水果店带回来一颗长满绿毛的甜瓜,这颗甜瓜协助科学家攻克了最后一道难关——青霉在这颗甜瓜上呈现出极为喜人的生长态势,每毫升产出的青霉素高达250单位,是培养液产出的60多倍。欣喜异常的三人立刻投入到菌种改良的工作中,并将青霉素的最终产量提升到每毫升5万单位。这一发现大大缓解了青霉素紧缺的局面,并在随后的日子里拯救了无数人的生命。

  人类与细菌的抗争

  1942年,一位被烧伤的士兵接受了青霉素治疗并成功痊愈,成为第一个“吃螃蟹”的人;就在一年以后,在美国药企的全力扶持下,青霉素的产量大幅上升,无数伤兵得以逃脱截肢的命运。1945年,就在第二次世界大战结束后不久,弗莱明、钱恩和弗洛里三人荣获诺贝尔生理学或医学奖,以表彰他们因发现青霉素而为医学事业做出的巨大贡献。

  有了物美价廉的青霉素,人类终于摆脱了感染之后截肢乃至丧命的风险,可以更加大胆、无畏地探索未知世界。不过,道高一尺,魔高一丈,面对以青霉素为代表的抗生素,细菌表现出超乎意料的变异能力,开始产生极强的耐药性乃至抗药性——与80年前相比,现代人每次需要注射的青霉素用量整整翻了5倍,青霉素的神奇功效正在渐渐褪去。当我们回顾这段历史时才发现,量产青霉素的诞生,与其说是人类与细菌抗争史的结束,不如说是抗争史中一个新阶段的开始。

本文来自《科学画报》

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