世界上最早的狂犬病疫苗(巴斯德和首个实验室人类疫苗)
狂犬病是一种历史非常悠久的传染病。和天花病毒只会感染人类不同,狂犬病毒可以感染绝大多数哺乳动物,人类只占极小一部分。狂犬病虽然传染性远不如天花,但造成的危害丝毫不比天花小—一感染者一旦发病,病死率几乎为100%。直到一百多年前一位叫路易·巴斯德的法国科学家出现,这种可怕的疾病才变得可防可控。
巴斯德是世界公认的微生物学创始人,他的众多贡献涉及生活的方方面面,且被沿用至今,其中最广为人知的是他一生中成功开发了包括狂犬病疫苗在内的四种疫苗。2005年,在法国举行的“最伟大的法国人”评选活动中,巴斯德名列第二位,仅次于戴高乐,足见他在科学领域影响之深远。
“意外”征服禽霍乱
凭借在工业化学及微生物学领域的卓越贡献,巴斯德在55岁前便已声名大噪。此后,巴斯德逐渐把兴趣和主要精力转移到疫苗和传染病领域,遵循的思路与詹纳相似、都是基于以下观察结果:对于有些传染病,例如麻疹和天花,人们一旦感染后可获得免疫力,不会复得。巴斯德通过疫苗征服的第一种疾病是禽霍乱种在鸡舍中流行的禽类呼吸道疾病,可导致大量禽类死亡,对养殖业危害甚大。引起这种疾病的是一种细菌,虽然并非由巴斯德首先分离得到,但命名时采用了巴斯德的名字,现在被称为多杀巴斯德菌。
当时,这种细菌已经可以在实验室环境中生长,用培养到的细菌再去接种动物,依旧能够杀死鸡和兔子。然而1879年的一天,巴斯德和助手休假回到实验室,发现用培养了一个月——远远超出常规的培养时间一一的细菌接种鸡时,鸡还是活蹦乱跳的,显然细菌“失效”了。更神奇的是,凡是接种了这种过期培养物的鸡,当再次接种高致命性的新鲜培养物时,全都安然无恙,而之前没有接种这种过期细菌的鸡却因无法抵抗新鲜培养物的接种死得精光。
如何解释这种现象呢?巴斯德敏锐地意识到一定是这种细菌在实验室过长时间的培养中降低了毒力,而用毒力极弱的细菌给鸡接种,能使其获得免疫力。在随后的研究中他又发现,在密闭环境下培养的细菌能够维持原来的毒性,而一旦暴露在空气中,毒力就会在一段时间后降低。他把这种毒力逐渐下降的现象称为减毒。禽霍乱的疫苗,也是人类历史上第一种减毒活疫苗,就这样歪打正着地诞生了。
得益于丰富的实践知识和大胆的创新精神,巴斯德虽然不是医生,却在微生物学,尤其是免疫学领域作出了巨大的贡献。他35岁时研究酿酒技术,证实酒的产生是酵母的作用;43岁时确立微生物致病理论,并发明了如今广为应用的巴氏消毒法;55岁时迈出了治疗传染病的第一步,拯救了法国的养殖业、畜牧业。作为一名致力于解决实际间题的科学家,巴斯德并不认为减毒活疫苗的发现只是一个偶然现象,他曾经说过的一句话或许准确地诠释了这种巧合:“在观察的领域中,机遇只偏爱那种有准备的头脑。”
温度也能改变细菌的毒力
在拿禽霍乱小试牛刀后,巴斯德瞄准了另一种严重影响畜牧业的传染病一一炭疽。当时,欧洲每年有数千头牲口因感染炭疽而死,尤其是绵羊。
1876年,德国医生罗伯特·科赫(Robert Koch)首次分离出炭疽的致病菌—一炭疽杆菌。巴斯德则拓展了科赫的工作,着重研究炭疽在动物中传播的途径。他发现死于炭疽的动物尸体被埋葬后,蚯蚓在土壤中的活动会将该区域泥土中的炭疽芽孢重新带回地表,芽孢随后又会感染在相同田地中放牧的动物。在这一发现的基础上,巴斯德的下一步是开发炭疽疫苗。有些人建议巴斯德使用灭活疫苗,因为他的竞争对手图卢兹兽医学院的教授图森(Toussaint)称,已使用热灭活的细菌制剂成功保护4只狗免受炭疽的侵害。但巴斯德基于防治禽霍乱的经验,坚持选择研制减毒活疫苗。
当时大家都知道炭疽可以杀死各种牲畜,除了鸡。巴斯德认为这可能和鸡相对较高的体温有关,进而推测高温可减弱炭疽杆菌的致病性,于是通过将培养物在较高的温度下进行培养(42℃一43℃下保持8天)来制备疫苗。
这一次他又成功了。1881年,巴斯德先后两次在公开试验中展示了炭疽疫苗的保护作用。到1894年,欧洲已有数百万只绵羊接种了巴斯德的炭疽疫苗,炭疽死亡率不到1%。
首个实验室减毒人类疫苗内藏玄机
19世纪80年代,巴斯德运用减毒的方法,针对另一种动物的疾病——猪丹毒,成功研发出第三种疫苗。然而对于他科学生涯中最彰显其天才和魄力的发现——狂犬病疫苗,巴斯德采取了一种并不完全相同的思路和方法。
19世纪,狂犬病在欧洲广泛流行,主要感染的动物包括狗、狐狸和狼,被咬伤的人大多会在症状出现后的5天内死亡。
当时,科学家已发现狂犬病可在兔子中连续传播(潜伏期约18天),而如果将狂犬病患者的唾液接种兔子皮下,潜伏期将缩短为4天左右。1881年,巴斯德和团队通过接种中枢神经和脊髓液,使兔子成功地感染狂犬病,这一发现表明:病原体不仅存在于唾液中,还存在于神经系统中。
1884年,巴斯德加快了对狂犬病的研究。虽然受当时的条件限制,他并没有分离出狂犬病的病原体(现在我们知道狂犬病是由一种比细菌小得多的病原体—病毒所造成的),但他在日复一日的实验中发现,狂犬病在猴子中的连续传播会减弱这种病原体的致病性,表现为潜伏期变长,在兔子中的连续传播则会引起毒力更强的狂犬病,表现为潜伏期缩短。到1885年,狂犬病疫苗已初露端倪。
通过在兔子脑内接种并不断传代,巴斯德最终得到了一种致命的病原体,并将潜伏期缩短至7天。他从病死的兔子身上取出一小段脊髓,悬挂在无菌烧瓶里使其干燥,发现其毒力会逐渐变弱,15天后毒力甚至完全消失。巴斯德还在实验中发现,如果狗反复接种这种干燥了15天的脊髓组织,即使在脑内接种致命的病原体,也不会再发病。巴斯德推测这可能是因为狗在之前的接种后已产生了具有保护作用的免疫反应。他先后使用了50条狗做实验,这按目前的标准看也称得上是大规模的研究了。
如果说狂犬病疫苗的开创性之一是利用动物的神经系统传代减毒,那么暴露后预防便是开创性之二。巴斯德认识到,狂犬病的暴露—多数是被狗咬——是无法预料的,如果一个人能够在被咬伤后进行接种,并且在狂犬病的潜伏期结束前产生抵抗力,那么疫苗的效益无疑是最高的。这种看疫苗和病毒比赛谁更快发挥作用的思路极具突破性,但也受到许多来自权威认知、传统理论的质疑。
巴斯德第一次将治疗性疫苗应用于人类狂犬病是在1885年,患者是9岁的约瑟夫·迈斯特(JosephMeister),他被一只疯狗多处咬伤,但尚未出现狂犬病的症状。巴斯德安排两名医生对迈斯特进行检查,医生们都认为他极有可能死于狂犬病,并建议使用巴斯德的试验性疫苗。
第一次接种时,迈斯特被狗咬伤已有约60小时医生在他右上腹的皮肤内接种了干燥15天的兔子脊髓悬液,也就是减毒最多、毒力最弱的一种。在接下来的10天内,迈斯特又接受了12次接种,每次接种的疫苗因干燥天数逐渐减少,毒力变得越来越强,最后一剂脊髓制剂仅干燥了1天。完成接种后,迈斯特在巴黎待了3周,并没有发病,安全回到家中。严格地看,由于并不是所有被动物咬伤的患者都会发病,即使是被确定带有狂犬病毒的动物咬伤,是否发病也与病毒的载量、伤口的大小等多种因素有关,因此很难评估针对天然狂犬病感染的疫苗功效。唯一可以确认的是,迈斯特在接种了毒力更强的狂犬病疫苗后,没有出现任何临床症状他后来在巴斯德研究所担任保安,一直活到64岁。
迈斯特的接种如今看来是一件里程碑性质的事件,但当时还不足以使全世界认可巴斯德的人用狂犬病疫苗。直到1885年下半年,一个只有15岁的牧羊人朱佩勒(Jean-Baptiste Jupille)因为营救一群年幼的孩子被一只疯狗咬伤,随后被送到巴斯德处接种疫苗并完全康复。朱佩勒的英勇事迹引起了人们的关注,来自世界各地的被疯狗咬伤的患者蜂拥而至。到1886年底,已有2000多人接受了巴斯德的狂犬病疫苗接种,鲜有失败案例。1898年,巴斯德研究所的年度报告显示,20166名接受治疗的患者中有96例死亡,病死率为0.5%,而未接种疫苗的病死率至少为16%。
为什么接种疫苗能预防传染病?
我们可以这样描述病原体攻击人体的过程:病原体入侵一造成一定损伤一人体免疫细胞开始反应一免疫细胞识别病原体的特定部分(抗原)一免疫细胞产生针对性的抗体一新产生的抗体帮助摧毁病原体,或能产生特定抗体的免疫细胞存活下来,在下一次同样的病原体入侵时快速反应。
而疫苗就是一部分能刺激人体产生抗体(也就是我们常说的免疫力或抵抗力)的成分。由于这些成分基本没有攻击性,因此疫苗既不会像病原体那样对人体“造成一定损伤”,又可以促使免疫系统产生抗体。这样当真正的病原体入侵时,免疫细胞就可以快速反应,迅速杀灭病原体,保护人体了。
以往的疫苗都是在接种的基础上发挥作用,让人们对特定的病原体产生免疫力;巴斯德则在人们感染病原体后,也就是被疯狗咬伤之后才实施接种。原本用于预防的疫苗最终发挥了治疗的作用,这就是狂犬病疫苗的与众不同之处。虽然巴斯德的狂犬病疫苗现在已被更安全、成熟的细胞培养灭活疫苗所取代,但狂犬病暴露后预防的做法沿用至今。希望大家牢牢记住:一旦被狗咬伤,越早接种越好,即使超过48小时接种仍然有效。狂犬病毒呈子弹形,外壳为一层脂蛋白双层包膜,镶嵌糖蛋白。
狂犬病毒出呈子弹形,外壳为一层脂蛋白双层包膜,镶嵌糖蛋白
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