三、意外出现之后

1.奇怪的溶菌现象

1935年，当德国的杜马克在英国皇家学会报告他们发现的磺胺药物的研究工作时，在听众中有一位长着一头灰发的微生物学家，名叫弗莱明（Alexander Fleming，1881—1955）。他那时已经发现了一种比磺胺类药物更好的抗生素——青霉素，只是当时医药界的兴奋点都集中在磺胺类药物上面，而未引起注意。

弗莱明是英国细菌学家，1881年8月6日生于苏格兰艾尔郡。1908年毕业于英国伦敦大学圣玛丽医学院，获得医学学士和理学学士学位。翌年，通过考试成为皇家外科学会的正式会员。弗莱明作为军医，在第一次世界大战中研究了重伤员的感染问题，他发现许多抗生素对人体细胞的损伤甚至比对细菌的损伤还要大，而要解决这一问题，必须找到一些既能杀菌又对人体细胞无害的物质。1918年，战争结束后，弗莱明回到圣玛丽医院。1922年他发现，人的眼泪和唾液中有一种能杀灭细菌的物质，他称之为溶菌酶，从此便集中精力研究溶菌酶对各种细菌的作用，以便用于伤口的消毒。他用琼脂平皿培养各种细菌，在接种细菌时打开平皿的盖，空气中的霉菌就可能落到平皿内，特别是弗莱明实验室的楼下是培养霉菌的，用于制作对过敏症有效的疫苗，落入霉菌的机会就更多了。1928年6月，弗莱明和助手在接种完细菌后就开始休假，他们没有把培养皿放在37℃的温箱中，而是放在了实验台上。事有凑巧，那几天的气温较低，适合于霉菌的生长，于是落入的一种青霉菌便生长成绿色的菌落，而接种的葡萄球菌和其他的细菌没有生长。几天以后，气温升高，细菌开始生长，但青霉菌周围的葡萄球菌受到抑制没有生长，刚好与平皿其他部分生长旺盛的葡萄球菌的菌落形成鲜明的对照。9月3日弗莱明和助手回来以后，助手看到平皿被霉菌污染就要把它们处理掉，重新开始实验。可是弗莱明一眼就看见了这个平皿中长着大的绿色菌落的周围没有生长白色的葡萄球菌，而远一些的地方白色菌落茂密。他感到很奇怪，就把它拍了照片，并取出了一点青霉菌，用甲醛蒸气处理，以便保存。起初弗莱明认为绿色的青霉菌产生了溶菌酶，把周围的细菌溶解了。他让助手把这种青霉菌（取出的那一点点）继续培养，使菌种进一步纯化，然后大量地培养，以便分离溶菌酶，研究它的使用方法。他给这种“溶菌酶”命名为青霉素。两名助手设计了扁平的玻璃瓶子，使用液体培养基，将瓶子平放着，以便培养基接触空气的面积大一些（青霉菌生长需要氧气）。待青霉菌生长多了以后，他们做了试验，证明被称为青霉素的物质是在溶液里而不是在菌落里。于是他们把霉菌滤掉，把滤液调成微酸性，在40℃时减压浓缩，这是因为他们发现，若在微碱性或高温下，青霉素都会被破坏。待浓缩为粘稠状液体后加入酒精，便出现很多的沉淀。经过试验证明，酒精溶液的杀菌作用很强，而沉淀无效，因为溶菌酶是蛋白质，而蛋白质是可以被酒精沉淀出来的，这样就排除了有效成分是溶菌酶的可能性。可是他们发现酒精溶液的杀菌作用逐渐地减弱，几周后就完全消失了，说明这种溶于酒精的物质很不稳定。这使弗莱明感到气馁，因为不大可能用它做治疗药物。于是1929年，弗莱明发表了一篇文章，指出青霉菌可以产生一种有杀菌作用的青霉素。此后，弗莱明虽然仍继续研究青霉素的分离和性质等问题，但没有明显的进展，因为当时的化学手段还没有发展到足以解决青霉素结构问题的程度。出乎意料的是弗莱明的文章并未引起医药界的注意，其原因大概是当时大家的注意力集中在寻找化学合成的杀菌剂方面，认为青霉素没有实用的意义，因此青霉素在发现后将近10年内没有得到发展。

2.需求推动的进展

进一步推动青霉素发展的是在牛津工作的德国生化学家钱恩（Ernst Chain，1907—1979）和澳大利亚病理学家弗洛里（Howard Walter Florey，1898—1968）。

20世纪30年代，澳大利亚出生的病理学教授霍华德·弗洛里博士组织了一大批人专门研究溶菌酶的效能。1935年，29岁的生物化学家厄恩斯特·钱恩博士加盟对溶菌酶的专门研究，他们再次发现了细菌的抗菌作用，从而决定重点研究抗菌物质。独具慧眼的美国洛克菲勒基金会提供了这项资助。1939年钱恩等人在检索文献时，意外地发现了弗莱明10年前发表的关于青霉素的文章。他们当机立断，立刻把全部工作转到对青霉素的专门研究上来。同年，钱恩和弗洛里在牛津发现了一株青霉葡萄球菌氧化酶培养物，这一菌种同弗莱明首次发现的特异青霉一模一样。

到了年底，钱恩终于成功地分离出像玉米淀粉似的黄色青霉素粉末，并把它提纯为药剂。实验结果证明，这些黄色粉剂稀释三千万倍仍然有效。它的抗菌作用比最厉害的磺胺类药物还大9倍，比弗莱明当初提纯的青霉素粉末的有效率还高一千倍，而且没有明显的毒性。

1940年春天，他们又进行多次动物感染实验，结果都非常令人满意。于是同年8月，钱恩和弗洛里等人把对青霉素的重新研究的全部成果都刊登在著名的《柳叶刀》杂志上。^［4］这篇文章极大地震动了一个人，那就是青霉素的发现者弗莱明。他这10年来始终密切注视着抗菌物质的研究动态。他看到了钱恩和弗洛里的报告后，心中十分欣慰，因为他们最终证实了他心中长期存在的疑虑。他立刻动身赶到牛津会见这两个人。这次会见是历史性的。弗莱明毫不犹豫地把自己培养了多年的青霉素产生菌送给了弗洛里。利用这些产生菌，钱恩等人培养出效力更大的青霉素菌株。经过一年多的辛勤努力，七八十种病菌的试管实验和动物试验都证明了青霉素对引起多种疾病的病菌都有较大的杀伤作用。他们还提纯出一点结晶状态下的青霉素。

1941年2月，一位警察刮脸时划破了脸，因伤口感染而患了败血症。病人全身脓肿，体温高达华氏105度。医生使用了当时最好的磺胺类药物，也无法阻止感染的发展。面对垂危的病人，医生都认为他活不了几天了。在这种情况下，一直在寻找机会用他们的新药——青霉素的弗洛里和钱恩向院方要求试一试。

医生同意了他们的请求。于是弗洛里和钱恩带着他们所有的青霉素来到了这个警察的病床前。他们每隔3个小时为病人注射一次青霉素。结果24小时后，不可思议的事情发生了。病人的情况稳定了，两天后，病人的体温下降，脓肿开始消退，病人自己也感觉好多了。然而，钱恩等人总共只有一茶匙青霉素。开始，医生还能从病人的小便中回收一点，但是最后连这一点都用完了。五天后，眼看病人就要复原了，可是药没有了，病情也随之恶化，结果这位警察还是死了。他们为没能挽救那位警察的生命而感到不安。但是这毕竟是一个激动人心的开端。它表明，只要有青霉素，就能有效地制止感染，而且也不会对病人产生有害的副作用。

后来，他们又在非洲战场上小规模地试用了青霉素。结果再次表明，青霉素能防治多种严重感染性疾病，控制伤口的继发性细菌感染，局部应用还可使伤口早期缝合加快愈合。经过多次实验，钱恩等人对青霉素的特性、用法和提取都积累了宝贵的经验。问题是青霉素单靠实验室提取，只能满足少数病人的需要。为了把人类从各种疾病和传染病的威胁中彻底解救出来，必须在工业上大规模生产青霉素。弗洛里等人很快认识到了这一点，开始为青霉素的工业化生产而奔忙。

1941年12月美国军方宣布青霉素为优先制造的军需品。伊利诺伊州皮奥里亚的一家工厂生产了第一批青霉素。但产量少得可怜，因为青霉素的生产工艺十分复杂。直到1942年，青霉素的大规模生产才有可能，因为：第一，人们发现了一种来源广泛又非常便宜的营养液。第二，人们在皮奥里亚的一家杂货店里腐烂的罗马甜瓜中，找到了一种叫做金菌青霉素青霉菌。这种霉菌生产速度很快，产量也比青霉葡萄球菌氧化酶高上百倍。利用这个菌种，科学家们又培养出一种产量更高的霉菌突变种。第三，人们找到了一种更为有效的培养方法——发明了一种有两层楼高的巨大的容罐，里面装上2万5千加仑营养汤，用像飞机的螺旋桨一样大的搅棒在罐中不停地搅拌，使纯净的空气源源不断地通过容器内的营养汤。这样，霉菌就不仅仅生长在营养汤的表面，而且也可以在全部营养汤内部生长。有了这三个方面的突破，青霉素的产量一下子提高了。

到1942年末，有二十余家美国公司开始大量生产青霉素。待战争结束时，产量已能满足一年治疗七百万病人的需要。

青霉素应用之初，不仅一般人对它表示怀疑，就连多数医务工作者也不相信它的药效，当感染发生时仍首选磺胺药。直到1944年，英美联军在诺曼底登陆，开始大规模地同德国法西斯作战，受伤士兵越来越多，对抗菌药物的需要尤为迫切。在这次战争中，磺胺药虽发挥了很大作用，但在医治重伤员时效果却不理想。而为数不多的青霉素填补了磺胺药的空白，显示了较大的威力。活生生的事实，使得医护人员不能不对青霉素刮目相看。

青霉素大量应用以后，许多曾经严重危害人类的疾病，诸如曾是不治之症的猩红热、化脓性咽喉炎、白喉、梅毒、淋病以及各种结核病、败血病、肺炎、伤寒等，都受到了有效的抑制。在全世界应用青霉数总数超过亿剂后，青霉素引起了第一例死亡。后来人们发现，多达10%的人对青霉素有过敏反应，而且某些细菌逐渐对青霉素产生了耐药性。

青霉素是医药技术上的一次革命。弗莱明、弗洛里和钱恩于1945年12月11日共同获得了诺贝尔医学或生理学奖。

3.设计出来的成果

青霉素是有史以来第一种对抗细菌的药物，但是青霉素对许多种病菌并不起作用，包括肺结核的病原体结核杆菌。肺结核是对人类危害最大的传染病之一，在进入20世纪之后，仍有大约1亿人死于肺结核，包括契诃夫、劳伦斯、鲁迅、奥威尔在内的这些著名作家都因肺结核而过早去世。世界各国医生都曾经尝试过多种治疗肺结核的方法，但是没有一种真正有效，患上结核病就意味着被判了死刑。即使在科赫于1882年发现结核杆菌之后，这种情形也长期没有改观。青霉素的神奇疗效给人们带来了新的希望，能不能发现一种类似的抗生素有效地治疗肺结核？(www.daowen.com)

果然，在1945年的诺贝尔奖颁发几个月后，1946年2月22日，美国罗格斯大学教授赛尔曼·瓦克斯曼（Selman A.Waksman）宣布其实验室发现了第二种应用于临床的抗生素——链霉素，对抗结核杆菌有特效。人类战胜结核病的新纪元自此开始。和青霉素不同的是，链霉素的发现绝非偶然，而是精心设计的、有系统的、长期研究的结果。

瓦克斯曼是个土壤微生物学家，自大学时代起就对土壤中的放线菌感兴趣，1915年他还在罗格斯（Rutgers）大学上本科时与其同事发现了链霉菌——链霉素就是在后来从这种放线菌中分离出来的。由于他的科研方向最初并不在这方面，所以，他曾多次失掉了早日发现链霉素的机会，否则他将提早25年发现链霉素。直到1939年他才确定了研究链霉素的方向，并断定寻找抗菌素最好的地方是土壤。为此，他与他的学生、助手一起分离和检查了大约10000种各种自然基质的微生物培养，其中约10%（1000）具有抗菌作用，而在合适的培养基上能产生抗菌素的只有其中的10%（100），由于当时技术和设备的限制，又只能分离和鉴定出其中的10%（10）。最后，经生物学鉴定，只有其中的一种是有效的，这就是链霉素。

瓦克斯曼1888年生于俄国，1910年移居美国。1914—1921年间，他研究的是土壤放线菌属。但当时他注意的是土壤中的细菌如何把土壤转化成肥沃的腐殖质，而并未考虑到微生物间的拮抗作用。否则，人类将早25年获得链霉素。1932年，美国全国研究委员会及全国结核病协会特意邀请瓦克斯曼研究结核杆菌进入土壤以后的命运。他指定他的学生Rhines做研究。他们发现，虽然在一定条件下结核杆菌继续繁殖，而在其他情况下，结核杆菌却明显地减少了。他们从中得到了鼓舞，但当时由于瓦克斯曼对致病微生物的兴趣不大，以及研究费用昂贵等原因，他们对这一诱人的现象未做进一步的研究。

瓦克斯曼的学生Dubos后来在研究资金较为充裕的洛克菲勒医学研究中心工作时，与Avery一起，于1939年发表了一项很有成绩的研究成果。那就是用土壤中的芽孢细菌去消化Ⅱ型肺炎球菌的荚膜多糖，以促使身体中的吞噬细胞去吞噬肺炎球菌。这项成就加上有关土壤抗菌素研究成果，促使了瓦克斯曼暂时放下他从事了25年的土壤微生物的研究，而进入研究链霉素的领域中去。1943年新泽西州的家禽病理学家Beaudette交给瓦克斯曼一支采自病鸡咽喉标本的培养管。瓦克斯曼把它交给一名助手进行鉴定，确定为灰色链霉菌。这是瓦克斯曼早在1915年就已分离出来的灰色放线菌，而这正是他从事筛选有抗菌活性的土壤微生物。灰色链霉菌正好产生链霉素，链霉素是一种有广谱抗菌活性的抗菌素，也能抗结核杆菌。在1944年1月，瓦克斯曼终于和他的两名助手（Schatz和Bugìe）报告了链丝菌素和链霉素对22种细菌，包括结核杆菌的抗菌活性。没有任何人否认是瓦克斯曼发现了链霉素及其他许多由放线菌属所产生的抗菌素。但发现链霉素能治疗人肺结核的却是Feldman和Hinshaw。1933年以后，他们两人都在Mayo临床医院从事结核病治疗的研究。由于结核杆菌是抗酸菌，又有一层腊质外壳，在肺里常被一层组织围绕，因而药物不易进入。因此，当时那种不可能造出新的抗痨药的观点颇占上风。

Feldman和Hinshaw并没有被困难所吓倒，而是更加坚定地研究结核病的治疗。他们断定，致病结核杆菌和非致病结核杆菌有不同的特性，因此，药物必须能作用于致病的结核杆菌。他们在研究中选用了对人有致病力的H-37Rv株，而实验动物则采用豚鼠，因为豚鼠对H-37Rv株非常敏感，感染后，病情较重，并可预测病情的演变。他们选用的治疗方法则是等到结核杆菌引起严重疾病时才用药。

他们的第一个突破是使用普罗明（Promin）给豚鼠治疗结核的试验，这个试验在1940年开始，共进行了五个半月，证明普罗明对结核菌有抑制作用。初步的成效使他们得到了极大的鼓舞，他们加倍地努力研究，以寻找更有效的抗结核药。当Feldman了解到瓦克斯曼的研究情况后，在1943年7月写信给他，要求参观瓦克斯曼的实验室，并且要求瓦克斯曼让他知道什么时候能得到实验用的抗结核药物。次年3月，瓦克斯曼写信给Feldman，问他是否已准备好感染结核的豚鼠，以便做实验。

准备工作已就绪，他和Hinshaw在4月初用来自瓦克斯曼的10克链霉素，少量持续地治疗4只感染了结核的豚鼠。豚鼠对治疗剂量的耐受性较好，经治疗病情也得到了缓解。这次试验的后期，在药物来源极为困难的情况，他们又颇有远见地准备了大量受感染豚鼠，为进一步的试验打下了基础。后来药物公司同意生产他们实验所需的链霉素，并要求他们同时试验瓦克斯曼合成的链丝菌素。他们在7～9月重复做了两次少量试验，效果可靠。在8月中旬做了大批试验，他们使用了25只豚鼠，另外用24只作对照。这次实验持续了215天，用49天以结核杆菌感染豚鼠，直至需要治疗，用166天进行治疗。他们没有技术员，试验中，两人整整用61天，每天6小时一次给豚鼠注射链霉素。于1944年12月底提出了试验报告，结果显示，感染动物的治疗组和对照组，在尸体解剖中有明显的区别：未治疗的对照组病变广泛播散，多数情况下是破坏性的，治疗组则病灶逐渐消退，几乎不能察觉，病灶多局限于接种部位和相邻的腋窝部淋巴结。

第一个接受链霉素治疗的是一位21岁的晚期肺结核女患者。她在Cannon Falls的矿泉疗养院，经与Feldman等合作的Pfuetze医生治疗。1944年11月开始使用链霉素，到1945年4月共接受了5个疗程的治疗。她的病情明显好转，由于控制了肺结核，两年后病灶封闭了。后来她结了婚，在1950—1954年间生了三个小孩。^［5］

链霉素能治疗结核病的消息一经传出，危重病人及其亲属，以及世界各国的医生们都力求早日得到链霉素。在开始时，供应远远不能满足需要。迫切的要求来自世界各地，甚至有人还采用了多种政治和经济的手段以获得这种救命药。可能也出现了活跃的链霉素走私贸易。

链霉素适于治疗活动性结核。它的出现，打破了当时在医学界占统治地位的“没有一种药物能制服和杀灭人类结核”的陈腐观念。但它并不是完美无缺的，除了它对第八对脑神经有毒性的副作用外，更糟糕的是在长期用药后，结核杆菌能对链霉素产生耐药性，常可导致病人在近期好转后再次复发。现在我们了解到，联合化疗比单一用药更为有效，任何一种首选化疗剂的成效，实际上需要至少一种以上次要有效的药物与其联合使用。治疗结核之所以能成为现实，这和当时同时进行其他化疗剂的研制成功是分不开的。正当瓦克斯曼、Feldman和Hinshaw等在美国创造链霉素的治疗史时，一位对酶化学感兴趣的瑞典人Lehmann正在Gotebora领导研制亦能治疗结核的对氨基水杨酸（PAS）。他比瓦克斯曼更高明些，瓦克斯曼花了25年时间研究土壤微生物，但他却没有从研究结核杆菌的内在活动中去寻找摧毁细菌的方法，Lehmann在研究了有关结核杆菌的物质代谢的资料后，就设计出了PAS可能干扰细菌代谢的途径。1943年12月，他得到了13克PAS，试用于在Sauton培养基上生长的BCG，结果证明了低浓度的PAS就能抑制结核杆菌。

瑞典研究PAS，几乎是与美国研究链霉素是在同时间进行的。但PAS在瑞典的试用要比链霉素慢得多。直到1946年，仍有相当多的人对PAS的疗效持怀疑的态度，PAS能顺利地试用，需要感谢的第一个人就是Feldman。他在1948年患了肺结核，这毫无疑问是他多年来给豚鼠注射结核杆菌、制造疾病模型时给感染上的，他的好友和科研伙伴Hinshaw成了他的医生。Feldman是第一个接受普罗明、链霉素和PAS三种药物联合用药的患者。结果疗效十分满意，他完全康复了，并于1957年已达退休高龄时，再度出任退伍军人管理局所属的肺病研究实验室主任。

以后数年中，人们又陆续发明了像雷米封、环丝氨酸、吡嗪酰胺等多种有效的抗结核药物，这就大大地扩展了化疗剂治疗结核病的范围。结核化疗的发明也像其他许多重要发明一样，是许多人进行研究所获得的成果。例如巴斯德最先肯定了微生物能引起疾病，科赫发现结核杆菌，瓦克斯曼研究土壤微生物，他的学生Dubos研究土族细菌作用于肺炎球菌的荚膜，病理学家Beaudette提供给瓦克斯曼放线菌菌株，Feldman和Hinshaw从事了大量的临床研究，Lehmann发现PAS等，还有美国、瑞典药物公司为临床试用提供了很难合成的化疗制剂。链霉素的发明，以及结核化疗的成功，是集中了多种门类的许多科学家的智慧和艰辛劳动的结晶。

注释：

［1］高宣亮.药物的发现.北京：人民卫生出版社，1997：16-17

［2］［美］Jie Jack Li著.药物考：发明之道.上海：华东理工大学出版社，2007：46

［3］刘学礼著.诺贝尔奖百年鉴，蛇杖生辉：临床医学与药物.上海：上海科技教育出版社，2001：16

［4］张大庆主编.人道主义的凯歌——科学技术与20世纪的医学.太原：山西教育出版社，2002：19

［5］Julius H，刘琼华，黄世义.有益的发现——链霉素的故事.国外医学（微生物学分册）、1980（1）：47-50