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制服微生物_生物世界面面观

时间:2020-02-09百科知识
制服微生物_生物世界面面观

制服微生物

在很早以前,人们经常得一些奇怪的病,而使人们死亡。当时人类还搞不清楚患这些病的原因。经过无数科学家的艰苦努力,终于找到了真正的杀人凶手,它就是细菌。人们研究后得知,结核病是结核杆菌引起的;霍乱病就是霍乱病菌引起的;而白喉的病原菌是白喉杆菌引起的;像伤寒、破伤风、肺炎、脑膜炎等传染病都是细菌在作乱。

细菌之所以使人患病是因为它具备两种武器,第一种是,有的病菌侵入人体后,就在人体的组织里繁殖和扩散,有时它还侵入血管,在血液里大量繁殖,然后运动到一定的组织器官危害人类的生命;第二种武器是它在人体内可以产生毒素。随着病菌在人体内的大量繁殖,毒素越积越多,最后使人陷于中毒的状态,毒素麻痹了心脏,毒害了脑组织,最终致人死亡。

细菌疯狂地杀害人类,人们难道就能容忍它们吗?不能。许多科学家们都在探索,来寻找制服这些杀人恶魔的武器。那是在1935年,德国有一位勤奋好学的年轻医生杜马克,他领导着一个试验小组在寻找着杀灭细菌的武器。他做了许多实验,都没有什么效果。最后他选中了一种红色的染料。他用化学的方法改变着这种染料的化学结构,然后把这种药注射到体内有链球菌的小白鼠身上,进行观察。经过无数次的试验,结果证明这种药品可以杀死小白鼠、兔子和狗体内的链球菌。这说明了此药对杀灭链球菌有特效。于是,他根据药的化学结构,给它起了个名字叫磺胺。

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证明一个药品能否给人体治病,首先要在动物身上进行试验,在动物体内实验成功后,才可以在人体上进行试验。这个工作非常危险,因为人毕竟和动物有着很大的区别。在动物身上有效果未必在人的身体上有效果。药品进入动物体内不会引起动物死亡,并不能说明药物进入人体就不会使人死亡。而且一个新药的试验还需要有合适的病例。

杜马克医生试用磺胺的第一个病例正是他自己的女儿爱莉莎。

有一天,小爱莉莎的手指被刺刺破了。到了晚上,她的手指肿胀发痛,引起高烧,剧烈的疼痛使爱莉莎整天呻吟不止。

杜马克请来了当时最有名的医生,用了最好的药品给爱莉莎治疗,可均不见效。伤口上的病菌进入到血液里,导致病情恶化。医生对杜马克说:“伤口上的链球菌进到血液里了,再也没有希望了。”难道眼睁睁地看着让爱莉莎这样死去吗?不,不能。杜马克想起了磺胺。既然磺胺可以杀死动物体内的链球菌,为什么不能在爱莉莎身上试一试。虽然磺胺还未用过于人体,但此刻也只有铤而走险了。他决定给爱莉莎注射磺胺。

整整一夜熬过去了,爱莉莎终于睁开了双眼。接着,热度慢慢消退,渐渐地,爱莉莎终于痊愈了。

磺胺在人类的身体里第一次战胜了链球菌。磺胺药被广泛地应用到医疗中去,救治了许多病人。一直到今天,它仍然被广泛地应用着。磺胺药虽然救了不少人,可它的能量也是有限的,它对付病菌的本领并非是万能的。越来越多的病例促使人们不断去寻找更多更有效的药物。

微生物把灾祸带给了人类,人类虽在痛苦中挣扎,但从来没有向这些病魔屈服,而是顽强地与这些病魔作斗争。最终,人类往往都能战胜病魔。人类不愧是万物之灵,通过运用自己的聪明才智而度过了一个又一个的难关。

微生物带给人以疾病,然而,微生物又能治疗疾病。人类在研究了这种矛盾而又玄妙的关系后,终于找到了对付微生物引起的病害的方法。

早在三千多年前,我国劳动人民就已经知道用长霉的豆腐来处理化脓的伤口和溃疡,用霉来控制脚部的感染。虽然,很多生物学家早就指出生物间存在着相互拮抗现象,然而,人类发现第一种抗生素——青霉素,实属偶然。弗莱明教授是个英国人。他的一生几乎一直在和微生物打交道。早在青年时代,弗莱明就曾经苦苦钻研过病菌引起疾病的秘密,辛勤地探求过消灭这些可怕病菌的方法。面对着当时由病菌肆意作恶的世界,他曾经为发明杀菌药物而努力过,他也为得不到满意的结果而苦恼过。在实验室里,弗莱明就这样天天不停地探索着微生物世界的种种奥秘。

1928年,弗莱明开始研究葡萄球菌。葡萄球菌是一种圆形小点样的细菌,它们常常聚集成串,就像一串葡萄一般,因此人们都把它叫做葡萄球菌。这种病菌一直是人类许多疾病的祸首。

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弗莱明开始了葡萄球菌变异的研究。他每天都观察着它们在培养过程中的变化。不同的培养条件下繁殖起来的菌落,可以产生不同的形态变化。均匀光泽的细菌菌落,在养料不充分的情况下会变得灰暗。弗莱明就是通过这些繁杂而细致的观察,来了解影响细菌变异的各种条件。

每天弗莱明用几十个培养皿接种上葡萄球菌,在培养皿里配制各种养料,调节不同的温度。每天早上,他都耐心地打开一个个培养皿的盖子,取出一点细菌菌落涂在玻璃片上,然后染上颜色放在显微镜下观察它们的形态。

当他打开培养皿盖,取出培养的细菌时,在空气中漂浮的一些其他微生物,或者是一种细菌,或者是一种霉菌总会落入到培养皿中,这些家伙在培养皿里也会生长繁殖,从而妨碍了正常实验的进行。这就是细菌研究上常说的染菌。染菌的情况,几乎在每一个细菌实验室里都经常发生。因为空气里的微生物实在太多,如果染菌,只得重新再做培养,增加工作的困难。细菌学家最讨厌这种不速之客。

一个初夏的早晨,弗莱明照例进行着他的工作。突然,弗莱明的目光停留在一只被污染了的培养皿上。一种来自空气中的绿色霉菌落到培养皿里,并且繁殖成了一个菌落。

弗莱明拿起这只培养皿对着亮光一观察,他发现了一种奇怪的现象。在这绿色霉菌菌落的周围,所有原先生长着的葡萄球菌全都消灭了,在菌落的周围形成了一个空白透明的圈。弗莱明记录下这一奇观。

他想一定是有什么东西把葡萄球菌消灭溶化了。他小心翼翼地把这位不请自到的客人培养繁殖起来,对它进行仔细的研究。多奇妙呀,凶恶的葡萄球菌被绿色霉菌制服了。

弗莱明在偶然的情况下发现了这一情况,这也许是一种“巧合”。在那么多的实验室里,这种情况是屡见不鲜的。只是人们习惯把它当做一般性的染菌而被随手扔掉了。只有弗莱明注意到了这个细节。这并不是一种偶然的巧合,而是弗莱明长期以来认真细致观察的结果。如果他没有做长期的、艰苦的钻研,如果他没有养成细致观察的良好习惯,如果他没有消灭病菌的恒心,一个染菌培养皿里的细小变化,他是不会观察到的。

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就这样弗莱明和他的助手对青霉素展开了攻坚战,他们培养了许多青霉,收集了许多青霉分泌的物质,找来了许多种细菌进行试验。当时肺炎是一种可怕的疾病,就和现在的癌症差不多。谁得了肺炎无疑等于宣判了死刑,它夺取了无数人的生命,可现在它有了克星。许多种细菌在试验中都被杀死。弗莱明又进行了动物试验,证明了它是无毒可靠的。他们把这个发现写成论文,发表在1929年英国的一本医学杂志上。并把这种青霉分泌能杀菌的物质叫做青霉素。(www.anred.net.cn)

青霉素在试管里可以成功地消灭危害人类的许多病菌,如果它能治愈人类的疾病,这将会使弗莱明感到多么高兴呀!

因为在培养青霉素的滤液里仅含有少量的青霉素,即使用它来治疗人体皮肤上一个小伤口,恐怕也要收集好几公斤的滤液。要杀死人体内的病菌,需要量就更多了。这么多滤液怎么才能灌到人体内呢?弗莱明的研究遇到了很大的难题,研究工作停止了。当时,谁也没有想到青霉素会变成我们今天对付病菌最厉害的药物。人们忽视了弗莱明的发现,再也没有人对它进行研究了。

时间过去了整整十一年。

弗莱明关于青霉素的论文,终于引起了一位科学家法劳莱的注意。

当时,由于磺胺药的广泛应用,已经引起了细菌的抗药性,磺胺药不灵了。法劳莱也在寻求着新的药物。当他看到弗莱明的论文时,对青霉素产生了浓厚的兴趣。他深知要使青霉素用来治疗人类的疾病,还必须付出艰辛的劳动。他组织起各方面的专家集体攻关。经过漫长的岁月,经过几百人的辛勤劳动,终于试制出一小勺青霉素,它当时的价格要比黄金贵重许多倍。一直到第二次世界大战期间,人们终于解决了青霉素生产过程中的许许多多的困难,使青霉素走出了实验室,转入工厂进行批量生产。当时人们都把它当做是杀灭病菌、拯救生命的灵丹妙药。1941年,第二次世界大战正酣,英国遭纳粹德国的飞机狂轰滥炸。青霉素生产无法进行。1943年,他们远渡重洋,在美国开始大量生产青霉素。而青霉素的神奇功效在战争中也马上显露出来,正是由于它的使用,才使无数的伤病员摆脱死亡的威胁。因此,它同原子弹、雷达一起被认为是第二次世界大战的伟大产物。青霉素的发明使人类的平均寿命提高了二十多岁,是人类生命史上的重大发现。今天,全世界的每一个医院里的医生都在广泛地应用着青霉素,几乎每一个小朋友都使用过青霉素。现在人们并不把肺炎当做多可怕的病,而在青霉素未发明之前,每十万人中就要有二百人死于肺炎。青霉素的发现,激发了各国科学家向抗生素进军的信心,他们继续从各种各样的霉菌堆里,寻找着各种有效的抗生素,使抗菌素成为当代的一个主要的药物品种。自从青霉素发明以来,许多致病菌都有了克星,人类的许多疾病都可治愈了。但是青霉素并不是万能的,它对另外的许多致病菌无能为力,使得这些致病菌仍然逍遥法外,危害着人类的健康。

1944年,即青霉素已经大量工业生产以后,为了对付结核菌对人类造成的危害,美国细菌学家瓦克斯曼在放线菌中寻找抗生素取得成功,它是从土壤中分离出的一种灰色链霉菌。这种菌可以产生一种抗生素,它就是我们非常熟悉的链霉素,瓦克斯曼因发现了链霉素等多种抗生素而成为现代抗生素的鼻祖。

青霉素和链霉素的发现开拓了抗生素的广阔道路,各种各样的新抗生素陆续出现了。

氯霉素、金霉素、土霉素、四环素、红霉素、庆大霉素、争光霉素等等,像雨后春笋般地涌现出来。在每一个有效的抗生素的名字后面,都凝结着科学家的大量心血。因为要发现一种新的有效的抗生素,需要经过许多科学家几年甚至几十年的努力工作。像金霉素的发现,是在研究了三千四百个含有无数菌种的土样后,才最后取得的。而土霉素则几乎收集了从赤道到两极各地区的千万个土样,才分离出来的。至于经过无数分离仍然不能获得有效结果的泥土标本,则是无法计算的。

在今天,世界上已经分离成功的抗生素,已达两千五百多种,在临床应用上比较广泛的有五十多种。这些抗菌素大部分都是由放线菌产生的。这是放线菌对人类做出的巨大贡献。

现在世界上临床常用的抗生素品种,我国基本上都能生产,而其中的许多生产菌都是我国的微生物学家自己找到的。我国辽阔的土地上,肥沃的土壤里蕴藏着许多世界上独有的抗生素菌种。如从贵州取来的土样里分离出抗菌素万一巧菌,它可以产生万古霉素,可以抗击已经对青霉素产生耐药性的葡萄球菌。来自河北正定县土壤中的菌种能产生治疗白血病等恶性肿瘤的有效药物,它被命名为“正定霉素”。在我国各个省,到处都有分离到新抗菌素菌种的报告。

随着抗生素科学的发展,人类对抗生素的了解也越来越深入。现在知道不仅霉菌、放线菌,就是细菌乃至一些动、植物都能分泌抗生素。

抗生素是如何杀灭细菌的呢?细菌的生命活动有其自身的规律,在它的身体内部已有着许许多多的“小零件”。在它的生命活动中,要进行着许多新陈代谢的反应,如果破坏了它的生命规律,或者破坏了它的一个“小零件”,阻止它的一个代谢反应的正常进行,都会破坏细菌的整体,而使细菌死亡。抗生素的抗菌作用主要有阻碍细胞壁的合成;影响细胞膜的通透性;干扰蛋白质和核酸的合成。由此可以使细菌在生长中不能形成细胞壁而大大降低生活力,或使细菌的细胞膜受损,胞内重要物质流失而使细菌死亡,或使细菌的重要的蛋白质和核酸不能合成而使细菌不能生长。有的抗生素能抑制细菌体内核酸或蛋白质的合成,使细菌自身缺乏原料而死亡。像青霉素能破坏某些细菌细胞壁的合成,而使细胞破裂而死亡。人类自从有了抗生素这一法宝,不再在细菌感染、败血症面前束手无策了,由此,大大降低了人的死亡率,大大提高了人的平均寿命。抗生素虽然可以杀死细菌,但长期使用,也会使细菌产生抗药性。另外,有的抗生素对人体有严重的副作用。如青霉素不经皮试而注射,容易引起过敏性休克甚至死亡。链霉素会引起耳聋,氯霉素可以引起再生障碍性贫血等。所以在使用抗生素时,一定要在医生的指导下,采用科学的态度,不可乱用、滥用。

现在,人们还在不断地寻找着新的抗生素,以对付病菌、癌症、艾滋病等疾病。

抗生素不仅可以为人类治疗疾病,而且可以治疗其他动物的疾病。在动物饲料中加入一些微量的抗生素可以使家畜、家禽生长快,少生病。还有一些抗生素可以用来防治果树、蔬菜、家作物的病虫害。

在食品保藏方面,可用抗生素保藏新鲜鱼、肉、水果和蔬菜,可以在远途运输和长期保存中用抗生素防止腐败变质,抗生素用于罐头食品中还可以改进食品的风味。

抗生素在各个方面都有着广泛的用途。它将在国民经济中发挥更大的作用。如果说抗生素在治疗细菌性疾病方面有神奇功效的话,那么干扰素则在病毒病和癌症方面有超凡的作用。

1957年,英国的两位病毒专家艾萨克斯和林登曼在研究中发现,细胞受病毒感染后会产生抗病毒的物质。

事情是这样的:一次,他们把受流感病毒感染的鸡胚细胞放在培养液中培养以期获得更多的流感病毒,培养几天后,他们又用这种已培养过受病毒感染的细胞的培养液去培养新的鸡胚细胞,然后把新培养的鸡胚细胞进行流感病毒的接种,几天后,发现细胞生长良好,根本没有病毒产生出来,这说明培养液中存在着什么物质能妨碍病毒的复制。他们换了许多其他动物的细胞重复这一试验,结果,每次都得到同样的结果。显然,培养液中确实存在抑制病毒的物质。那这种物质是什么呢,怎样产生的?他们通过仔细研究和分析,发现这种物质是由活细胞受病毒感染后所产生的一种低分子糖蛋白。艾萨克斯和林登曼把上述结果写成论文,发表在英国伦敦皇家协会学报上。在论文中,他们称这种物质为干扰素,因为它能干扰病毒的复制。

后来,经许多学者对干扰素的研究表明,干扰素具有广泛的、非特异的抗病毒作用。并且,除病毒外,细菌、寄生虫及某些化学物质也能诱导细胞产生干扰素。

干扰素的发现,为人类降伏病毒病带来了希望的曙光。临床试验表明,干扰素对许多病毒病如流感、病毒性肝炎、水痘、麻疹等以及成骨肉瘤、淋巴瘤和肺癌等都有神奇的疗效。由于它是细胞的产物,它对人及动物体细胞无毒副作用,可谓是人类未来治疗病毒病和一些癌症的灵丹妙药。

然而,干扰素得来极不容易。四千万五千CC的人血中,才能提取零点四克的干扰素。据估计,提取一克纯干扰素至少要花五千万美元,如此昂贵的东西,绝非一般人可以用得起。因为治疗一位感冒病人的开支就得花几万美元。

值得庆幸的是,科学家已初步查明干扰素的控制基因及其氨基酸的组成,通过提取干扰素的控制基因,把此基因整合到大肠杆菌的核酸中去,这样大肠杆菌就会成为制造干扰素的工厂。许多科学工作者正在努力,而且已有人成功地培养了含有干扰素基因的大肠杆菌,并获得了细菌产生的干扰素。

相信,不远的将来,干扰素也会像现在的青霉素、链霉素一样普通、价廉。而人类降伏许多疑难顽症的时代也将不会遥远了。

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