【探索12】小小微生物開啟巨大醫學突破

圖片來源|womengineer.org
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撰文|姚云喬

時間 理論發展
第一階段 西元前107年~17世紀 微生物學說
第二階段 19世紀中葉~20世紀中葉 細菌致病論
第三階段 19世紀晚期~現今 病毒學說 (微生物致病理論)

微生物現蹤
37億年前微生物即已開始在地球活動,我們人類卻是在三百年前才知道微生物的存在,將微生物與疾病連上關係更只是這一百年的事。但在歷史中尋找蹤跡,仍處處可見微生物的蹤影。三千年前的埃及木乃伊中發現石化的結核菌。中古時代,摧毀當時文明與社會結構的黑死病,亦是由病菌引起。1850年前後,馬鈴薯受病菌感染造成愛爾蘭大飢荒,促使愛爾蘭人進入北美社會,爾後也支撐了著名的甘迺迪家族發展。

就廣義的定義上來說,微生物指肉眼看不到或看不清的小生物之總稱。在公元前107年的《論農業》中,羅馬人馬庫斯(Marcus Terentius Varro)臆測沼澤使人生病,可能是空氣中有某種「小生物」所致,但無法證明。因微生物之「小」,不難發現微生物學的發展需與儀器的進程一起理解。17世紀,虎克(Robert Hook)設計出顯微鏡,而列文虎克(Leeuwenhoek)則使用自己磨製的鏡片,看見並記錄了這些小生物,為微生物學的開端。值得一提的是,17世紀對待科學的態度與今大不同,發明顯微鏡和磨製鏡片象徵的是優雅文人的身分與品味,還有知識份子對自然界的好奇,需要有錢、有閒、有心,因此該學科的發展並不普遍。

微生物致病論
1854年倫敦霍亂,公共衛生學著名的「白雪王子」斯諾(John Snow)利用統計分布技術,發現霍亂疫情與抽水站相關,推斷霍亂疫情依水傳播。1850年,匈牙利醫師塞麥爾維斯(Semelweis)察覺「產褥熱」導因於醫師不洗手而使孕婦感染,進而推廣洗手與消毒。二例皆從機率統計出發,雖無直接例證,但微生物與疾病的關聯隱隱成形。1861年法國巴斯德(Pasteur)著名的鵝頸瓶實驗終結了自然發生說,證明生命要來自生命,成為微生物致病論的前提基礎。1867年,英國外科醫師李斯特(Joseph Lister)根據巴斯德的研究,推廣石碳酸液消毒,切斷交換感染的可能,而降低手術台上的死亡率,在實證上印證了微生物致病論的可能性。

德國的柯霍(Robert Koch)則從生物的角度切入微生物學說,他找到炭疽熱桿菌,並且發展細菌分離、染色和純粹培養技術,進而建立微生物與疾病的關係:柯霍原則(Koch's postulates),促成微生物致病論以及實證醫學蓬勃發展。在實驗之外,這段時期的社會背景為工業革命以及民族國家興起。可應用的技術代表科學成就,亦能提高國家聲譽,當時的西歐國家無不瘋狂投入細菌的發現。

在此期間,陸續有巴斯德滅菌法保存了法國酒商名望且促進酪農業發展、柯霍確認霍亂來自霍亂弧菌、狂犬病的疫苗、梅毒的化學療法、佛萊明(Alexander Fleming)發現青黴素(Penicillin)等,種種成就讓當時的人不禁產生過於自負的想法:「細菌致病學發展得如此之好,還有什麼(傳染病)是控制不住的?」。至此,疾病的歸因一路從人類早期的神諭(人因行為而受到上天懲罰),到瘴氣論(環境影響),來到細菌致病論的活躍時期。

但醫學研究也因細菌致病論之蓬勃而限縮了對未知的拓展,阻礙病毒研究及老年醫學、慢性醫學的進步。1796年,英國醫生詹納(Jenner)研究出牛痘的抗毒血清,接種疫苗能預防牛痘,但他知其然而不知其所以然,沒有意識到他處理了「病毒」。1892年俄國植物學家伊凡諾夫斯基(Ivanovsky)發現菸草花葉病毒,「它」可以通過細菌濾杯,且依然具有感染性,繁衍型態與細菌相當不同,讓他大感驚訝。起初,人類在既有的知識上尋找可能的解釋,將病毒視為細菌的寄生蟲,在有限的條件下進行研究,直到1931年電子顯微鏡問世,方開啟20世紀下半葉病毒的黃金時代,微生物致病論也逐漸趨於完整。

Garfield之死與鼠疫菌之爭
微生物致病在歷史上參與無數事件,一例為著名的Garfield之死。第二十任美國總統加菲(James A. Garfield, 1831-1881)在任上遭遇暗殺,子彈留在身體裡,當時的總統醫療顧問團使用各種「高招」,讓總統受了兩個多月折磨才因敗血症、肺炎感染死亡。這些高招包含以沒消毒的竿子在身體裡到處戳以尋找子彈、用沒有清洗的手指在身體裡挖彈頭,現在聽來讓人大驚失色不敢置信,但那時「手術消毒」在歐洲正開始推廣,而在美國還不是主流。難怪當時唯一通過認證的非裔醫生Dr. Purvis看到醫療團的做法後直言:「總統非因槍傷而死,而是被醫療團害死。願主保佑!(God help him!!!)」

此外,微生物致病理論也與學術爭論扯上關係。19世紀晚期,吹起一股「發現病原體」的風潮,德法英三國占有領先地位,並以之象徵其國力優越。1894年香港鼠疫爆發,香港總督向外尋找國際援助。日本細菌學家北里柴三郎與法國細菌學家葉爾辛(Yersin)皆到香港尋找鼠疫的病原體,他們分別找到了北里菌和葉爾辛氏菌兩種完全不同的細菌,前者為格蘭氏陽性細菌,後者為陰性,當時對於何者才是鼠疫的病源未能確定。1897年臺灣鼠疫爆發,日方派遣緒方正規(北里柴三郎學術上的競爭對手)來臺處理,確認鼠疫菌來自鼠蚤,是葉爾辛氏菌,而北里菌則是來自被污染的檢體。之後,北里柴三郎承認其錯誤,後續更造成日本醫界勢力的重組。

醫療史觀點
根據傳統的說法,科學進展來自某些人的突破發展而大眾受到啟蒙,現代醫學好像是由偉人、技術、和愚蠢的一般人組成。但,這非事實,而是將時間過度壓縮後的誤解(注)。從劉士永老師講述的微生物歷史年代記以及種種故事,我們可以發現:沒有單純線性的科學發展史,有時是歪打正著,從錯誤的假設得出正確的結論,有時則是曲折的研究過程。我們若不能回到當時的那個情境,就無法了解當時的思考。這次講座順著歷史、文化、社會背景將科學與醫療發展的脈絡理清,綜合每個故事,呈現微生物致病理論發展的整體形貌。

※ 注:劉士永老師於演講時播放影集The Big Bang Theory的片頭
根據影片,隨著歷史年代推進,音樂速度越來越快、畫面越來越多,呈現晚近幾百年間,人類的加速發展。

--本文整理自:103/11/15由劉士永老師在臺大應力所國際演講廳所主講之「微生物致病理論」演講內容>>現場全程影音
責任編輯:Kerina Huang

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