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菌群培養大師:1905年第五屆諾貝爾生理學醫學奬得主Robert Koch的研究工作回顧

第五屆諾貝爾生理學/醫學獎,於1905年頒給了德國醫師/生理學家Robert Koch。
Robert Koch在細菌學上的研究,特別是針對炭疽桿菌和結核桿菌的研究,並以此為基礎提出的Koch’s four postulates(柯霍氏假說),成為日後傳染病學的經典理論。Koch也因此被後人尊稱為現代細菌學之父。

德國醫師/生理學家Robert Koch。 Image courtesy of Nobelprize.org

德國醫師/生理學家Robert Koch。
Image courtesy of Nobelprize.org

Koch在1866年以極為優秀的成績從醫學院畢業後,師從Rudolf Carl Virchow(德國著名病理學家)學習化學技術,並累積幾年臨床工作經驗後,於1870自願從軍參加普法戰爭,擔任軍醫。

當時炭疽病(Anthrax)在他所駐紮地區的農場家畜中廣為流行。此前法國醫師Davaine等人已經成功分離出炭疽桿菌,但尚未證明這就是造成炭疽病的元凶。

Kock於是將從因為炭疽病病死的家畜脾臟分離出的炭疽桿菌,注入健康小鼠體內,發現這些小鼠之後都因為感染炭疽桿菌而死,而注入取自健康動物脾臟血的小鼠則都沒有感染炭疽病,證明了炭疽桿菌就是炭疽病的病原體。

但Koch並沒有因此滿足。他還想知道炭疽桿菌是否能透過非活體途徑傳播。

在培養並紀錄炭疽桿菌在不同狀況下的生長情況和形態後,Koch發現炭疽桿菌在不利於生長的外在條件下(特別是缺氧情況),會形成孢子體(spore)。處於休眠狀態的孢子體對外界不利生長的環境有更強的抵抗能力,有利生存,而一旦孢子體進入利於生長的環境,又會再活化轉變成炭疽桿菌形態,繼續繁殖擴散。Koch通過實驗證明,藉由孢子體,炭疽病可以通過非活體途徑傳播。

顯微鏡下的炭疽桿菌。 Image courtesy of Wikipedia

顯微鏡下的炭疽桿菌。
Image courtesy of Wikipedia

他的發現立刻吸引了德國醫學界的重視,1880年Koch被任命為Reichs Gesundheitsamt(德國皇家衛生署)的一員,開始專研傳染性疾病的病因研究和管控方法。

Koch決定首先將研究重心放在結核病上。

十九世紀的歐洲,人們普遍認為結核病是遺傳性疾病,但Koch堅信結核病是由某種病原體引發的傳染性疾病。

為了證明自己的理論,Koch和他的同事一起發明了許多培養細菌和細菌固定、染色的方法。Petri dish(培養皿)就是Koch的助手Petri發明的實驗工具,成為日後科學界培養微生物的標準方法之一。

實驗方法經過不斷改良後,Koch成功從病體身上分離出結核桿菌。這是人們第一次看到長期以來對人類健康造成嚴重危害的結核病的元凶。在當時,每七人就有一人死於結核病,而中古世紀的歐洲,結核病更是造成了三分之一以上人口死亡的可怕傳染病。

結核桿菌菌培養 Image courtesy of Wikepedia

結核桿菌菌培養
Image courtesy of Wikepedia

顯微鏡下的結核桿菌 Image courtesy of Wikipedia

顯微鏡下的結核桿菌(圖中紅色線條為結核桿菌)
Image courtesy of Wikipedia

與此同時,Koch根據自己的研究經驗,提出了Koch’s four postulates。這套假說包含以下四點描寫疾病(通常是傳染病)與病原菌之間因果關係的條件:

  1. 病體身上可以找到大量致病病原菌,而在健康活體上找不到這些病原菌。
  2. 這些病原菌可以從病體身上分離出,而且可以在適當的培養基上生長。
  3. 培養出的病原菌可以造成原本健康的活體患病。
  4. 從這些因為接種了培養出的病原菌而患病的病體身上,可以再次分離出和原先培養一樣的病原菌菌種。
Koch's four postulates示意圖。Image courtesy of Wikipedia

Koch’s four postulates示意圖。Image courtesy of Wikipedia

根據之前炭疽病的研究結果提出這一系列假設後,Koch立刻在結核病上驗證這套假說,結果發現每一項條件都符合結核桿菌與結核病之間的關係。

根據研究結果,Koch發表了題為《Aetiology of Tuberculosis(結核病病原學)》一書。該書成為醫學界攻克結核病的灘頭堡。

除了炭疽病和結核病,Koch還參與了霍亂、牛瘟、瘧疾、牛二聯巴貝蟲病等人、畜傳染病,研究足跡遍及歐亞非。
von Behring, Ronald Ross 和 Ehrlich(1901、1902和1908年的諾貝爾生理學/醫學獎獲獎人)都是Koch的同事。

最後,說些軼聞。

Koch在接受德國皇家衛生署的任命之前,他在普法戰爭期間做的關於炭疽病的研究,都是出於「對醫學研究的熱愛」而自發做的。
他狹窄的宿舍就是他的實驗室,裡頭放有因炭疽病而死的動物的內臟、小鼠、各種各樣實驗器材等等。除了太太愛情贊助的一台顯微鏡以外,其他所有實驗材料都是自費取得。(可能也有些農夫會友情贊助他病體動物的內臟吧?)而且當時還處在戰爭時期,物質條件之艱苦可想而知。但即便如此,他還是跟王菲一樣地「將愛(研究)進行到底」。

真是令人佩服其對炭疽病致病源真相之渴望。

另外,在1882年三月裡的某個晚上,Koch公開發表了關於結核病研究的實驗結果。

據當天與會的人形容,是空前的具有創新性、啓發性和完整性的一場演說。

Koch將整個實驗室搬進了講廳。他為所有觀眾解釋了整個實驗過程的步驟,向他們展示各種各樣動物組織切片和器官標本,還邀請他們上台來,透過顯微鏡一起驗證他的研究成果。

Paul Ehrilch(1908年諾貝爾生理學/醫學獎獲獎人)日後形容這是他一輩子科學生涯中參加的最重要的一場演講。

其實這些有重大科學貢獻的人,常常都將自己的成就歸功於以前曾經參加過的某場演講或者學術會議。

因此千萬不要小看一場演講的力量哦~

Koch晚年時如此總結自己成功的經驗:

“If my efforts have led to greater success than usual, this is due, I believe, to the fact that during my wanderings in the field of medicine, I have strayed onto paths where the gold was still lying by the wayside. It takes a little luck to be able to distinguish gold from dross, but that is all.”— Robert Koch, Journal of Outdoor Life (1908), 5, 164-9.

「我的努力之所以能帶來如此成就,我相信是因為,當我還徘徊在醫學研究的荒野上時,我選的路,路旁都堆滿了知識的金子。需要一點運氣將這些金子和其他無用的東西分開,不過這樣也就夠了。」

虛懷若谷的話語中,埋藏了許多寶貴的人生經驗與智慧。

 

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關於作者

Hemmings

認為科學必須從基礎紮根,相信經典必有其價值和意義。 通過介紹諾貝爾大師們的研究工作和嚴謹態度,在大眾科學的汪洋中推廣經典科學理論以及科學精神的重要性,並冀望藉此能讓讀者以一個更寬廣的角度來欣賞現代社會之包羅萬象。