历史回顾与相关关系在线视频

我是清华大学

医学院的

张林琦老师

欢迎大家来到MOOC课堂

今天我们要跟大家一起讨论的内容

是传染病与微生物学

在进入讲课之前

咱们对传染病

和微生物学的两个基本概念

内涵和外延先说明一下

以便我们进一步讨论

传染病对于我们大多数人来说

都是非常熟悉的字眼

指的是人与人之间

动物与动物之间

和人与动物之间

传染的疾病

可以通过多种方式

通过空气

粪口接触

母婴或者通过性传播

对我们的

正常生活

和健康造成了很大危害

特别是

近几年国际交流的增多

环境的恶劣

以及我们人为的一些

行为方式和滥用药物

新发和再发传染病

频频出现

慢性传染病还在加剧

比方说在81年

所发现的艾滋病

2003年咱们国家

爆发的SARS

和2012年在中东

爆发的呼吸道冠状病毒

以及2014年在西非国家的

埃博拉

都是这几年来传染病里的

突出的公共健康事件

给我们的社会发展

以及人类健康造成很多危害

微生物是什么

微生物实际上是一个微小的生物体

它是一个肉眼观察不到的生物存在

跟我们的日常生活和自然界也有很多联系

包括主要是病毒

细菌真菌

和寄生虫

微生物学是生命医学的

重要组成部分

是在分子细胞

个体或者群体水平上

重点研究病毒细菌真菌

和寄生虫等的形态结构

生长繁殖

生理代谢遗传变异

宿主互作

致病机理传播机制

生态分布

分类进化等

生命活动的基本规律

并将其

应用于医学健康

和生物工程等领域的科学

在过去的两百年间里

取得了突飞猛进的进展

我们这堂课重点讲述

传染病与微生物学

更偏重于医学微生物学

在过去的

几百年里头

我们针对于传染性疾病

和微生物的研究取得了

很大的成绩

但是内容非常多

为了大家能更清晰了解到

整个发展历程

今天咱们的课程是这么设置的

希望大家能按这种设置方式

来掌握相关的内容

首先我要对大家进行一个

简单的历史回顾

特别是要强调传染病与微生物

的相关关系

在了解了

发展历史和相关关系确定的基础上

来跟大家简单的介绍

微生物学和传染病的

重点研究方向和主要内容

进而综合总结出

在过去的研究过程中取得的一些

重大科技成果

和对于科技成果的一些分析

由于内容很多

所以只能

通过提纲携领式

把重点的内容和人物向大家介绍

其次将以艾滋病为

一个主要案例分析

从它的发现

到病毒学免疫学

以及疫苗和根治方面

对它现在的发展状况特别是一些重点和难点

进行介绍

使大家在听了广泛的微生物学介绍之后

能有一个疾病作为系统性的

案例分析使大家对

对事迹致病

特别是对于一些从疾病的发生

到研究到现在

最新的进展有一个全方位的了解

最后想跟大家综合总结一下

在新的形式下面对传染病

和微生物学的一些挑战

特别是我们能不能

利用身边新的技术

新的理念和新的机制

把挑战转变成新的机遇

首先我们再一起共同回顾一下

传染病与微生物之间的关系

人类跟传染病

的关系是非常非常紧密的

所以在过去人类历史上有很多

跟传染病相关的

资料

被用文字的形式记录下来

还用一些

多种形式

图像墓碑的形式记录下来

当然当时

传染病大家是知道的

但是真正导致传染病的

根本原因是不清楚的

总之这张图显示实际上

是在一个非常著名的

汉谟拉比法典中

所规定的如果被

狂犬咬伤了

之后处理的条款

当然那个时代实际上是

公元前1900多年实际上是处于

巴比伦时代的这说明在

公园前1900多年我们就对病毒

或者是病毒导致的狂犬

有非常清晰的法律条款

在公元前1400多年

埃及的墓碑上

看到了撑着拐杖的一个男子

呈现出一个非常典型的

小儿麻痹的后遗症

特别是他那个萎缩的

右腿以及他弯曲的

脚趾和脚弓

体现了当时由于男子

被小儿麻痹

感染之后的后遗症

公元前1145年

从古埃及

法老的面部和头部显示都有

天花感染恢复后的标志

当然当时大家不知道

导致这种传染病根本的诱因是什么

还有在

中世纪流行的黑死病

从中亚开始通过黑海地中海

大面积迅速的扩充到

欧洲

导致欧洲三分之一

以上的人口死亡

现在我们知道是由鼠疫杆菌所造成的

但是当时的人根本就不知道

它的致病原因是什么

在2010年著名的英国导演

导演的Black death实际上就

真实的反应了当时这种恐怖的现象

其实我们中国

关于传染病和人类历史

发展的技术也非常多

实际上在我们入关的

清朝第一个皇帝

顺治实际上就是死于天花感染

当然他在去世之前

他专门

提携自己的第三个儿子康熙作为他的

后继之人

除了康熙自己天真

多才多艺的本领之上

另外其中一个原因

就是康熙在小的时候得过天花并且

恢复了

保证了他在执政过程中的健康状态

当时由于人们

受传染病的困惑

非常频繁

对于这种现象大家非常困惑

不知道到底是什么原因

所以有很多传说

包括一些宗教的原因

还有一些迷信

还有一些巫医

有很多的说法

都认为可能是

坏了的空气或者坏了的水

导致了

这些传染病的传播

和对于人体机体的损伤

真正使得我们

认为传染病是由

微生物所造成的

要归结于这三个科学家

为我们最终提出所谓的

Germ Theory是微生物导致疾病

这个理论做出了突出的贡献

最左边的科学家是法国

著名科学家Louis Pasteur

中间的科学家是英国著名的Physician Joseph Lister

右边的是德国著名的

微生物学家Robert Koch

这三个科学家

做出了突出的贡献

待会给大家一一讲解

为了证明

传染病是由微生物所造成的

Louis Pasteur利用了特种的方法

来证明不是空气本身

而是空气中存在的微生物导致的传染性疾病

Joseph Lister研发出了一系列的

化学方法来消灭细菌

消灭微生物

而使得最后的临床手术

病人不会因为临床手术死亡

而大大提升了临床研究的

和临床治疗的成功率

那巴斯德是用什么方法来证明

不是空气

而是空气中的

微生物导致的这些感染呢

他利用了这个方法

其中一个非常关键的就是

特殊的烧瓶

这个烧瓶除了常规的形状之外

它有一个非常长的

弯曲的颈部

然后里边放上了可以生长细菌的培养基

他为了证实细菌

是导致

培养基变质或者培养力生长

他做了三组实验

第一组实验是

把培养基放到特殊的烧瓶里

通过加热

然后把它置于

实验室看看它是不是能生长出来细菌

第二张是在加热

灭毒之后

把长的弯曲的颈部去掉

使得

培养基可以直接

接触空气也可以接触微生物

看看它是不是可以有细菌长出来

第三组是在加热之后

它没有把上边的颈部

给它取下来

而是把液体倾斜

让它通过弯弯拿到颈部

直接接触空气

和空气里的微生物

假设的微生物

看看它有没有细菌长出来

从最右边的结果来看

就是

第一个是没有细菌长出

第二个有细菌长出那个黑点

第三个也是有细菌长出

第一个实验说明

虽然弯曲的颈部

它是跟空气接触的

它没有长细菌就说明

培养基的变质

或者细菌的生长肯定不是由空气造成

第二个和第三个

都说明了由于空气里

存在着可以使培养基变质的微生物

而导致培养基变质

所以这是人类历史上

第一次通过科学的方法和逻辑分析

而证实了

微生物

是在空气中存在的

并且不是空气本身

而是微生物导致培养基的变质

微生物客观是存在的

如何证明微生物可以导致

在机体内的致病性呢

在这方面的突出贡献

主要是德国科学家Koch提出来的四个

基本的要求

如果一个微生物真正能导致

这个个体

致病的话

必须满足至少

以下四个条件

这个条件是

这个微生物

必须存在于被感染的个体

并且是所有具有

同样症状的个体都应该存在第一点

第二点从这些感染者身上

必须能够分离出来

并且能够培养这些致病的微生物

第三培养出来的微生物如果你

被介入到另外一个新的个体可以同样

导致同样的疾病

第四个

是在这些被

导致新个体身上还可以

分离出培养出同样的微生物

所以这四个方面

在1890年提出来之后

对于在证明微生物或者说是

验证微生物导致疾病

提出了非常科学的

逻辑的判断

和标准

于此同时由于显微镜的发现

也大大加强了我们对

细菌发现的

直观判断特别是

荷兰科学家叫leeuwenhoek

以及英国科学家hooke

通过他们自己研发成功的

不同形态的显微镜

第一次观察到细菌的真实存在

以及Robert Hooke也第一次观察到了

啤酒的钙化的塞子上有很多蜂窝状的

这个形状存在

它也是在世界上第一个命名为

是细胞也就是我们今天

利用细胞这个字眼的来源

发现了细菌的存在以及它是导致

培养基变质以及感染

造成的一些危害之后

当时的学界

开始研发如何

更好的在环境里清除这些细菌

其中一个非常重要的方法

就是巴斯德的学生他们俩一起

共同研发出来的一种过滤膜

这种膜叫Chamberland-Pasteur

因为Chamberland是Pasteur的学生

这个膜是一种陶瓷所组成的

主要没有它表面的釉质

它的直径大约在100-1000个纳米左右

可以完完全全

把细菌清除掉

所以业界人士

或者说在当时领域的科学家

利用这种方法

很有效的把很多的细菌

都通过这种滤膜的方法

滤掉了

但是在植物界

有很多科学家

特别是在右图所列的

三个科学家一个是德国的Adolph Mayer

还有俄国的Ivanowsky

荷兰的科学家

他们这三位突然发现在烟草花叶上

经常有这种

漏洞的情况窟窿一样

后来他们刚开始认为可能是由于当时

发现的细菌所造成的

然后就把叶子通过研磨

通过Chamberland-Pasteur滤纸

滤过它

发现是不是能把

所谓的细菌能滤掉

但是他们很惊讶的发现

通过滤纸滤过

叶子提取液

仍然可以导致

正常的叶子产生这种

空洞的状态

所以当时他们提出的假说

可以导致这种花叶状的

病状的叶子肯定不是细菌

而是另外的未知未发现的一种

微生物

这也就是后来的

引起的病毒的发现

两位科学家Friedrich Loeffler

和Frosch两个人证明了

在动物上证明了

除了细菌之外仍然有些微生物可以

通过Chamberland-Pasteur的

滤纸致使

动物得病

也是世界上第一个发现

动物身上的病毒

我们称之为口蹄疫病毒

所以可以看到在人类发现

细菌的过程中

通过特定的filter去除过程中发现

还仍然存在一些

无法清除去除的微生物

而直接引起病毒的发现

相当于一举两得

所以在我们整个

科技界当时整个微生物界认为

如果你是一个可培养Cultureable可培养

同时又是Unfilterable

不能过滤纸的就应该

被称之为细菌

而那些不能培养

又能通过滤膜的

或者说能通过滤膜肯定体积小

这个东西就叫

病毒现在讲的Virus

人类对于

微生物的存在

或者说细菌和病毒的存在

不是被动的

不是就地挨打

而是主动出击呢

对这些微生物在人体疾病上

人体上导致疾病

进行了主动的探索

在这里首先要提到我们

中国老祖宗

在预防天花

方面的创新

左图显示的是一个医师

来给另外一个

正常的一个妇女在

通过鼻腔接种

接种的是从天花恢复期病人的

皮肤上所取下来的结痂通过研磨

碰到正常的女的鼻腔里

来诱导她产生相应的反应

当然这跟我们中国以毒攻毒的哲学思想

是非常的接近

这就是我们现在说的叫

人痘接种的方法

这种方法实际上出现在中国的

宋代

在预防天花在中国

的快速蔓延起到了关键作用

这种方法

后来

被右边的这个女的

在1700年

英国驻土耳其大使的夫人Lady Mary听说了

并且通过她的书信

在领域

非著名的Lady Mary Letter

把这种人痘接种的方法介绍到了

西方特别是英国

所以中国老祖宗在

天花疫苗的创新

或者以毒攻毒的哲学思想方面

特别是在阻断

抑制天花在我国扩散

乃至于西欧的扩增中起到重要作用

英国天花疫苗创新跟

咱们国家的天花疫苗的创新

有很大的区别

它的创新主要是当时

基于一个乡村医生Edward Jenner

他发现在英国的挤奶女工

跟其他的正常人不一样她们

得天花的几率非常非常小

或者说几乎没有多少

他认为

由于这个牛

经常被牛痘所感染

并且产生一些

lesion所以他认为

可能是他假设

在牛痘身上的lesions里肯定

包含了一些物质可以诱导

这些挤奶女工产生相应的反应

而阻断天花感染这些女工

所以他为了证实他这个

假说就把牛身上的lesions

打到了一个小孩的胳膊上

并且用天花进行攻毒

证实了他的理论

并且这种方法

快速传遍了欧洲

虽然这种方法当时非常具有争议性

因为用真的天花攻毒的危险是相当大的

这就是我们

正常人再接种天花之后

在皮肤上的正常反应

你可以看到整个过程从注射

痘苗之后

从第四天到第七天有一个

出泡的过程

然后到两周之后14天它有个结痂的过程

到了3周之后结痂

慢慢愈合

引起了足够的免疫反应

或者足够的反应使得

我们终生得到了天花的对天花进行保护

除了疫苗之外

其实人类在发现

抗细菌病毒或者抗微生物

这些方面也取得很大成绩

其中非常突出的就是苏格兰的微生物学家

Alexander Fleming

他在做实验的时候发现

在细菌的盘子上

周围长了很多真菌

发现在真菌边上的细菌都不长

后来他发现这些真菌

释放特殊的物质叫Penicillin

就是后来

在整个人类战胜细菌

的感染方面起到非常关键的作用

这方面我作一个小结

大家可以看到在过去的几千年里

我们人类对于微生物和感染之间的相互

作用实际上有一个非常初步的认识

不仅仅从它的形态Morphology

得益于显微镜的发现

还有它的生理学特点

特别是Louis Pasteur

和Doctor以及

Lister他们通过这种假设

通过方法体内和体外的实验

证明了微生物的存在

同时也在免疫学方面有了

初级的尝试特别是由

英国的E.Jenner

以及法国的L.Pasteur所研发出来的

痘苗以及

L.Pasteur所研发出来的

狂犬疫苗

还有就是通过

滤纸不能清除这个现象

俄国科学家Ivanowsky

和两位德国科学家Loeffler和Frosch

发现的病毒

以及后来由

Paul Erlich以及Alexander Fleming

所发现的抗微生物的一些

药物和干预方法

特别是在20世纪

由O.Avery

所研究的分子微生物学

发现了DNA

是遗传的最重要遗传物质

为下一步的

Watson以及Crick研究DNA的双螺旋结构

奠定了非常重要的基础

在简单回顾的历史上

我们非常清晰的知道

传染病和微生物

之间的关系是非常紧密的

显而言之这个发现非常重要

由于它的紧密由于它的因果关系

使得我们

整个人类研发的重点

它的方向更加明确