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第14章 生物医学篇(2)

塞麦尔维斯于1850年回到家乡布达佩斯,任一所医院的产科医师,与以前一样,他坚持在产房里使用漂白粉溶液为接生人员的双手和产科器械消毒。结果,产生了令人非常满意的效果,发生产褥热的产妇人数有了明显的下降。

后来,随着微生物领域内的细菌进入到人们的视野,医学界对细菌的研究逐渐深入,也发现了产褥热的病因,原来这个人间悲剧是由细菌感染造成的。

而医生不干净的手和污染的医疗器械,充当了细菌的传递媒介。由此证明了塞麦尔维斯多年前论断的正确性。

至此,“产褥热”的病因才真正找到了,人们也开始踏上了治疗“产褥热”的科学之路。

微观世界的眼睛

1590年前后,一个叫詹森的眼镜制造匠人,发明了世界上最早的显微镜。

这个显微镜是用一个凹镜和一个凸镜做成的,制作水平还很低。詹森虽然是发明显微镜的第一人,却并没有发现显微镜的真正价值。也正是因为这个原因,詹森的发明并没有引起人们的重视。

事隔90多年后,显微镜又被荷兰人列文虎克研究成功了,并且开始真正地用于科学研究试验。

列文虎克于1632年出生于荷兰的德尔夫特市,从没接受过正规的科学训练。但他是一个对新奇事物充满强烈兴趣的人。

一次,他从朋友那里听说荷兰最大的城市阿姆斯特丹的眼镜店可以磨制放大镜,用放大镜可以把肉眼看不清的东西看得很清楚。他对这个神奇的放大镜充满了好奇心,但又因为价格太高而买不起。从此,他经常出入眼镜店,认真观察磨制镜片的工作,暗暗地学习着磨制镜片的技术。

1665年,列文虎克终于制成了一块直径只有0郾3厘米的小透镜,并做了一个架,把这块小透镜镶在架上,又在透镜下边装了一块铜板,上面钻了一个小孔,使光线从这里射进而反射出所观察的东西。这样,列文虎克的第一台显微镜制作成功了。由于他有着磨制高倍镜片的精湛技术,他制成的显微镜的放大倍数,超过了当时世界上已有的任何显微镜。

列文虎克并没有就此止步,他继续下工夫改进显微镜,进一步提高其性能,以便更好地去观察了解神秘的微观世界。为此,他辞退了工作,专心致志地研制显微镜。几年后,他终于制作出能把物体放大300倍的显微镜。

功夫不负苦心人。1675年的一个雨天,列文虎克从院子里舀了一杯雨水用显微镜观察。他发现水滴中有许多奇形怪状的小生物在蠕动,而且数量惊人。

在一滴雨水中,这些小生物要比当时全荷兰的人数还多出许多倍。以后,列文虎克又用显微镜发现了红细胞和酵母菌。这样,他就成为世界上第一个微生物世界的发现者,被吸收为英国皇家学会的会员。

显微镜的发明和列文虎克的研究工作,为生物学的发展奠定了基础。通过显微镜发现,各种传染病都是由特定的细菌引起的。这就促使了抵抗疾病的健康检查、种痘和药物研制的成功。

据说,列文虎克是一个对自己的发明守口如瓶、严守秘密的人。直到现在,显微镜科学家们还弄不明白他是怎样用那种原始的工具获得那么好的效果的。

奇妙的细菌洗衣

细菌也能用来洗衣服吗?是的。提出这一奇思妙想的,是美国生物学家亚历克斯·福勒。他设想在纺织品的纤维中放入一些特殊的细菌,让它们在衣服中大量繁殖,把其中的油污和汗渍吃得精光。这些奇特的细菌,是福勒对某些细菌进行基因改造的成果。这位生物学家还找到了一些天生能防水的细菌。他预言,若把这种细菌植入衣服的纤维中,就能防腐防潮,保护衣料,延长衣服的使用寿命。

不过,要真正用细菌清洗衣服,也并非易事。因为要实现这一目标,首先得让细菌顺利地进入纤维中;其次要让它们在纤维中生存和繁殖。福勒原先以为,可以借助纤维的毛细现象,一举将细菌吸入纤维中。结果,这一设想未能如愿以偿。后来,他发现了一种两端有孔的植物纤维,就把真空泵连在这种纤维上,纤维吸进几滴含细菌的琼脂胶后,细菌便在里面繁殖起来。此后,他又把几百个细菌植入这种纤维的孔内。如今,福勒正在探索如何将细菌植入其他纤维中。

时至今日,这位生物学家还不知道细菌能在纤维中存活多久。因为一旦这些细菌弹尽粮绝、营养告罄,就会处于休眠状态。只有再次将纤维浸泡于营养液中,才能使细菌恢复勃勃生机。福勒的设想是用细菌清洗内衣,其原因是显而易见的:内衣的脏物主要是有机物和汗渍,而这些物质恰好是细菌的美味。

这种植入细菌的内衣,对于忙于学习和工作的人来说,无疑是一大福音。

因为穿上这类衣服后长时间不必清洗,只要定期把内衣放入专用的营养液中浸泡一下,就万事大吉了。

细菌“吸血鬼”的妙用

自古以来,人们从未发现有一种细菌会施展孙悟空钻进铁扇公主肚子里的战术,钻到别的细菌“肚子”里去兴妖作怪,吸“血”繁殖。1962年,德国科学家斯督普,在研究会使植物得病的细菌——菜豆叶烧病菌时,幸运地发现了一种极小的弧形细菌,它像蚂蟥吸人血那样,附着在菜豆叶烧病菌的表面,拼命地吮吸着。他把这个“吸血鬼”称为蛭弧菌。

蛭弧菌广泛分布在自然界中,土壤、污水和河水中随处可见,海水中也有它的踪迹。这种细菌的个子比一般细菌都小。在蛭弧菌细胞的一端,拖着一条较粗的鞭毛,这是它游泳用的“桨”。当它遇到合适的宿主细菌时,尾部的鞭毛迅速摆动,蛭弧菌便以每秒钟超过它体长100倍的速度,向宿主冲去,一头栽到宿主的细胞壁上。紧接着,蛭弧菌像钻头那样,以每秒100转以上的速度,在宿主表面快速旋转。同时它会分泌几种特别的酶,去消化宿主的细胞壁。5—15分钟以后,宿主的细胞壁便被“钻”出一个小窟窿。这时,蛭弧菌收缩身子,一头钻了进去。在宿主细胞壁的小孔上定居下来,吸取和消化宿主的“血肉”来养肥自己。要不了多久,蛭弧菌就伸长成螺旋状,并分裂成许多小段。

待宿主细胞壁进一步被消化溶解后,这些小段便一齐破壁而出,开始新的生活。

在微生物世界中,寄生物对宿主的选择,通常都是非常严格的。然而,蛭弧菌却与众不同。它的宿主范围很广泛:不但能寄生在许多植物致病细菌,如菜豆叶烧病菌、番茄青枯病菌和白菜软腐病菌中;还能寄生在人体和动物的一些致病细菌,如伤寒和副伤寒沙门氏杆菌、大肠杆菌中。

有些科学家用这种“吸血鬼”来对付水稻白叶枯病菌和大豆疫病菌,取得了可喜的进展。也有些科学家设想,用蛭弧菌来去除污水中的大肠杆菌等病菌,净化水体。看来,蛭弧菌将在防治人类疾病、确保家畜和农作物健康生长方面大显神通。

病毒的克星

说起干扰素的发现,还要追溯到70多年前。1935年,美国科学家用黄热病毒在猴子身上做试验。黄热病是一种由病毒引起的恶性病。这种人和猴子都会得的病有几种类型。他们先用一种致病性弱的病毒感染猴子,猴子安然无恙,可是再用致病性很强的黄热病毒感染同一只猴子,猴子竟然没有反应。这一现象使美国科学家得到启发:前一种病毒可能产生了某种物质,使细胞受新病毒的进攻时能自我防御。1937年,有人重复类似的实验,证实给经裂谷热病毒感染的猴子注射黄热病毒,猴子也没事。反复的实验证据让科学家们想到,生物界的病毒也存在着奇妙的互相干扰现象。

1957年,美国细菌学家萨克斯决心搞清“以毒攻毒”的物质基础。经过大量的实验,他发现,在病毒的刺激下,细胞中会产生一种蛋白质,能抑制后来病毒的侵染。萨克斯认为这种特殊的蛋白质能起到干扰作用,就将其命名为“干扰素”。

病毒之间的干扰作用和干扰素的发现,让科学家们很兴奋,也给了他们无穷的想象和启示。因为人类的许多疾病都是由病毒引起的,再好的抗生素也拿它们没辙,可是干扰素却是病毒的克星。要是能把干扰素制成药品就好了,那么人类的许多疾病问题不就迎刃而解了吗?

但是,要使干扰素成为药品,进入实际应用当中,必须有足够的量。那么,如何获得大量的干扰素呢?人们首先想到的是,用病毒刺激老鼠,让它们产生干扰素,再提取出来供人使用,但是这种方法失败了。原因是干扰素的活动场所很专一,老鼠体内产生的干扰素对人不管用。所以最理想的办法是用人自身产生的干扰素。

其实,我们生活的环境是被微生物包围着的,时时刻刻都要接触到许多微生物,其中病毒的侵染刺激也不少。科学家猜测,人的血液细胞里本身就存在干扰素。后来研究证明,这种猜测是有道理的。通过精密的血液分析,在人和许多动物的细胞中都找到了干扰素。

人们最初想到的是,通过血液制取干扰素。可惜,干扰素在血液中的含量实在是太少了,用大量的血液才能制得微量的干扰素,这种生产方式,产量低得可怜,自然价格也就十分昂贵。治疗一个患者的费用高达几万美元,一般百姓只能望“药”兴叹,是名副其实的“贵族药”,干扰素无法得到普及、推广。

既然蛋白质是干扰素的本质,那么把制造成这种蛋白质的遗传基因找出来,转入大肠杆菌体内,让它们代劳进行大量生产,也许能行。经过科学家的试验,干扰素的批量生产便成为可能。1980年,终于实现了干扰素的批量生产,这是美国科学家的杰作,他们利用DNA重组技术构建了生产干扰素的基因工程。

如今,运用基因工程技术的国家有:美国、日本、法国、比利时、德国、英国、中国等。通过DNA重组、大肠杆菌发酵等方法,大量获取了各种干扰素。经过试验证明,这样制得的干扰素对治疗乙型肝炎、狂犬病、呼吸道发炎、脑炎等多种传染病都有一定疗效。干扰素能减缓癌细胞的生长,是很有希望的防癌、治癌药物,具有非常诱人的前景。

转基因作物是福音还是灾星

转基因工程技术作为一门生物高新技术在最近20年才发展起来。转基因植物于1983年在世界上首次培育成功。转基因植物是指科学家在实验室中通过基因工程方法,改变作物原来的基因构成,培育出的新品种。许多转基因植物产品早就成为人们的食物,和人类生活、健康之间的关系越来越紧密。

那么,转基因作物是人类必需的吗?转基因作物是否安全呢?

一些科学家认为,不能将转基因技术的实用性看得太高。如果认为转基因“无所不能”“无所不用”,那是一个极大的错误。根据唯物辩证法,事物有内因和外因两个方面,内因是基础,外因是条件,外因通过内因才起作用。事物的发展是内外因共同作用的结果,作为内因的转基因,必须得和外部环境结合,否则将发生不了什么作用。首先,从盐碱地里长出的作物天然具有抗盐碱的基因,但这是环境通过自然选择、适者生存而产生的,如果把抗盐碱基因转移到其他脱离盐碱环境的作物上,并不一定能起作用。

转基因技术的另一个问题就是安全性。2001年夏秋之际,比利时科学家在《欧洲食品技术研究》杂志上发表文章,将他们最新的研究发现公布于众:从美国孟山都公司生产的一种转基因大豆中,发现了奇怪的基因片段。科学家们对该基因片段进行同源性分析,花费了好几个月,但最后仍无法找到它的DNA序列。科学家们呼吁各国政府:对这种可疑的转基因大豆的定购应暂缓。

孟山都公司对他们遇到的“麻烦”轻描淡写地说:这种基因改造大豆像传统大豆一样安全,只不过有一段基因需要重新测序命名。他们还“很有信心”地称:在对传统大豆的基因进行改良的过程中,无论是注入新基因还是改变原有的基因,都不会产生任何预计不到的不良后果。

就在“大豆事件”引发人们为安全问题争得难解难分之时,一份美国科学家的研究报告在英国权威的《自然》杂志上发表了。科学家在报告中称:他们首次发现转基因作物产生的杀虫毒素(BT)可由根部向周围土壤渗透。他们种下BT转基因玉米25天后发现,BT毒素通过根部渗出物进入周围土壤,仍具有很强的活力,能将虫杀死。但是这些毒素也能使害虫的抗药性增强,而且对土壤的生态环境十分不利,这一点和普通杀虫剂的负面影响没有本质区别。被人们请来“帮忙”的病毒基因,所起的作用可能相反。

另外,“转基因”是人为地从外部“转”来的,很可能会破坏原来基因家庭的亲密与和谐,对生态系统产生影响。因此,它要起正面作用,就必须和作物原来的基因家族成员“搞好关系”,取得必要的“帮助、协作”。它要和相关基因、基因诱导、调控方式、胞质因子进行适宜的结合,甚至要对细胞、组织、个体、群落、相关种群、系统、生物圈等多层次的水平和机制进行调动。

然而也有一些科学家认为,利用转基因技术拓宽了生物育种的思路,从纯技术层面来看,转基因是中性的,对人体不存在利弊问题。根据跟踪观察,转基因农作物及食品的安全性问题,在于转进了是否合适的基因,而不在于转基因动植物本身。他们认为,目前的转基因动植物是人们平时食用起来安之若素的食品,转进的基因大都是动植物自身的基因。部分植物生理学家呼吁,公众应该消除有关转基因食品不安全的疑虑。

事实上,探索理想的生物技术与人类休戚相关。因此,采取更温和、更周全的步骤,寻找更符合自然天性的方式,改善作物品种,增加粮食产量,造福人类,这才是一件功德无量的事情。