一个广为流传的说法是，在挽救生命方面，很少有人能超过路易斯·巴斯德。巴斯德一开始是一名化学家，但其职业生涯跨越了各个学科，在微生物学、免疫学、医学、食品加工和制造业等领域都赢得了认可。他因在微生物发酵、巴氏杀菌方面的工作而闻名，并因疾病的细菌理论而受到广泛赞誉。此外，他也是第一个以减毒或弱化的病毒为基础制造疫苗的人，成功开发了狂犬病和炭疽疫苗，并在防治霍乱方面取得了重大进展。
在这位传奇人物200岁生日之际，特以本期Pioneers in Science致敬他的人生与成就。
成长经历
巴斯德于1822年12月27日出生在法国东部的多尔，历史学家认为巴斯德在农村的成长经历对他后来的工作有很大影响。在这个地区，酿酒和制革等古老的实用艺术非常突出，涉及复杂的化学实践，巴斯德对此很感兴趣并坚持不懈。
据说，他小时候不太喜欢上学，是个平庸的学生，而是把大量的时间花在画画、钓鱼和绘画上。短暂地在巴黎的巴尔贝学院学习后，由于思乡心切，他回到了法国东部，于1840年获得文学学士学位，1842年又在贝桑松皇家学院获得理学学士学位。1847年，他获得了法国高等师范学院的博士学位，1848年，在第戎中学短暂担任物理学教授后，巴斯德被任命为斯特拉斯堡大学的化学教授。
具有"手性"的分子
在化学界，巴斯德以发现分子的不对称性而闻名，即由相同的相连原子组成的分子可以以不同的空间方向存在，在某些情况下，可以是彼此的镜像，这种特性被称为手性。这是他对酒石酸盐分子进行实验的结果，这些分子存在于酒类发酵的沉积物中。
在化学中，研究分子的一种手段是通过分析它们对偏振光旋转的影响。当偏振光通过酒石酸溶液时，光的角度被旋转了。然而，消旋酒石酸（酒石酸的一个异构体）并没有导致任何旋转，这意味着其具有相同的化学式，但原子排列不同。尽管当时大多数科学家认为这两种化学物质是相同的，但巴斯德推断，由于这种光学活动的差异，它们在某种程度上具有不同的三维结构。
巴斯德推断，这些分子具有独特的、"不对称的"内部结构，是造成光学性质差异的原因。在显微镜下，他观察到了两种不同类型的对位酒石酸晶体，它们似乎是彼此的镜像。之后，他将这些晶体分为两堆，并分别制成溶液。当偏振光通过各自的溶液时，它们各自向相反的方向旋转光线，而当使用两组晶体结合在一起的溶液时，即按50/50比例混合时，晶体相互抵消了光线的旋转，因此旋光现象消失了。
这个实验成为了有机化学中一个新领域的基础，即立体化学。这在当时是一个革命性的想法，因为它也证实了巴斯德一直在发展的一个理论：对称性是生命的关键，所有的生命过程都源于生物分子内原子的精确和不对称的排列。
巴斯德说："只有在生命影响下产生的产品才是不对称的，因为它们是在宇宙力量的影响下发展起来的，而宇宙力量本身就是不对称的。不对称被认为是有机世界和矿物世界的主要分界线，因此这也是生命的秘密。”
发酵和病菌理论
1856年，当巴斯德在里尔大学担任科学系主任时，当地的葡萄酒制造商就酒精酸败的问题向他寻求帮助。当时流行的观点是，发酵是一个可能由酵母导致的分解过程。酵母被理解为是"活的"，在不稳定的发酵液中才会产生发酵行为。
但是从发酵酒精中回收的戊醇并不符合这一规则。通过旋光性的验证，巴斯德发现了这些分子的不对称性并得出结论：生命在发酵过程中以某种方式介入，并促成了不对称性的形成。然而，这一观点没有被他的同行所接受，他们坚持认为这一过程不是一个生物过程。因此，巴斯德着手证明发酵的发生是活的微生物的结果。
在他1857年关于乳酸发酵的报告中，巴斯德报告了物质的积累情况：“在显微镜下可以看到它形成微小的球状物或小物体，这些球状物表现为非常短、孤立或成群的不规则块状。且这些球体比啤酒酵母的球体小得多，并通过布朗运动积极地移动。”
此外，他认为，如果乳酸发酵是一个简单的化学反应，应该只会某个反应的反应物和产物。然而，他发现，尽管乳酸确实是主要成分，但它远远不是唯一的产品，在发酵混合物中发现总能各种酒精和其他材料。
另一个流行的理论是"自发生成"，认为生命可以从非生命物质中自发产生，这也是葡萄酒变质争论的一种解释流派。这一时期这是细菌理论的早期阶段，该理论认为：存在无法用肉眼看到的微小活体微生物，且它们基本上到处都存在。但巴斯德同时代的许多人不同意这一观点，到1860年，争论变得异常激烈，以至于法国科学院举办了一次竞赛，为任何能够决定性地证明或否定“自发生成”的实验提供奖励。
一系列的实验被汇编成一篇文章，题为Memoire sur les corpuscles organizes qui existent dans l'airbosphere（关于存在于大气中的有组织的细胞的回忆录），巴斯德于1861年提交了这篇文章。在一个实验中，他用著名的天鹅颈烧瓶将肉汤煮沸，从而去除了其中的空气，此后即使经过几个月的时间，也没能观察到活的微生物出现。然而，如果引入大气中的灰尘，活的微生物就会在2~3天内出现。
通过这个无可置疑的证据，他最终驳斥了“自发生成”理论，并证明了微小微生物的存在。1864年，他发明了巴氏消毒法——一种破坏致病微生物的热处理方法，以保存啤酒、牛奶和奶油等食品，且不会损害其营养价值或味道。
这是保护公众健康的一个重大突破，因为在19世纪和20世纪，巴氏消毒法出现以前，乳制品消费常常会带来结核病、白喉、严重的链球菌感染和伤寒等等致命危险。巴氏消毒法推广后，与牛奶有关的细菌性疾病爆发率大幅下降，许多专家预测，至少有数百万人的生命因此而得到挽救。在接下来的20年里，巴斯德继续帮助解决了乳品、蚕虫、葡萄酒、醋和啤酒行业面临的问题，赢得了广泛的声誉，并被视为法国的英雄。
第一批疫苗
巴斯德在微生物发酵和细菌理论的应用方面取得了成功，他受到启发，将这些知识应用于传染病的管理。在19世纪末，由于城镇和工业化的发展，传染病问题日益严重。他在1878年写道：“在目前的科学界，想要证明微观生物体是疾病本身及其传播的原因，只能对该微生物进行连续培养来实验证明。”
在实验室实验中，巴斯德试图通过让病原体通过不同的动物来改变其毒性或严重程度。他的第一个突破是在19世纪70年代末，当让鸡接触到减弱的鸡霍乱病原体后，它们真正地对病毒有了抵抗力。
1880年，他向学院成员介绍了他的研究结果，将这一现象称为"疫苗接种"，这参考了爱德华·詹纳近100年前的工作。而早在詹纳证明疫苗的功效之前，他所在农村的人们已经知道牛痘可以防止天花。
巴斯德扩展了他的理论，认为所有的微生物都可以通过他的"大气衰减法"来减弱，在这种方法中，微生物在2~3个月的培养中暴露于大气中的氧气而被削弱，尽管他从未解释过为什么氧气会削弱微生物。这些被削弱的活体微生物之后被用来帮助宿主建立抵抗力，这一概念现在已被称为免疫力。
为此，他把注意力转向了炭疽病，这是一种由炭疽杆菌引起的牛和其他牲畜的破坏性疾病。德国医生罗伯特·科赫（Robert Koch）已在这一领域开展了工作，并证明了在显微镜下观察到的杆状细菌有一个生命周期并进行了分裂。在这项工作的基础上，经过几年的努力，巴斯德开发出了用于疫苗的减活病原体，大大降低了牛的死亡率。
关于巴斯德开发了第一个炭疽疫苗的说法存在一些争议。显然，巴斯德对疫苗制备和及使用（如著名的1881年动物试验）非常保密。他回避称：自己在炭疽试验中使用了减毒活病毒，即他此前在鸡霍乱疫苗实验中使用的方法。
直到1995年，普林斯顿大学历史学教授、巴斯德的传记作者杰拉尔德·盖森（Gerald Geison）检查了巴斯德的笔记本后才发现，他实际上没有使用活疫苗，而是使用了他的竞争对手、兽医让·约瑟夫·亨利·图桑（Jean Joseph Henri Toussaint）开发的疫苗，该疫苗仅是在使用前简单地用高温杀死细菌。不幸的是，Tousssaint的工作没有得到认可，并于1890年因精神崩溃而去世。但在1998年，法国政府正式正确地承认图桑的疫苗是第一种有效的抗炭疽疫苗。
狂犬病疫苗
巴斯德在炭疽疫苗方面取得成功后不久，他在凡尔赛的国际农学站主任大会上发言，表示打算将他的衰减方法应用于在一个死于狂犬病的儿童的唾液中发现的一种未知微生物上。狂犬病是一种病毒感染，在19世纪初，其死亡率几乎为100%。与细菌相比，病毒无法以细菌的方式进行培养和分离，因此产生了巨大的挑战。当时，病毒的概念还不为人所知，人类直到20世纪30年代才观察到第一个病毒。这也意味着巴斯德的大气衰减法不能用来削弱病毒的活性。
在接下来的几年里，巴斯德通过将狂犬病病毒感染给不同物种，来确定是否能减弱其毒性。1884年，他报告说，将病毒从狗身上传给猴子后，再次给狗注射时，病毒就会减弱，最终表明他可以对狗进行狂犬病免疫。
1885年7月，巴斯德接手了Joseph Mesiter的案子，他是一个被疯狗咬伤的9岁男孩。他的母亲听说了巴斯德在开发狂犬病治疗方法方面的工作，于是把他带到巴黎。经过几个星期的一系列由解剖的神经组织组成的注射，Mesiter活了下来。
这个病例不仅在医学界，在一般公众中也引起了震动，这一成就也成为众多法国报纸的头版头条。1885年，巴斯德的狂犬病疫苗被广泛使用，据说甚至有人从遥远的印度赶来接受治疗。在这次向学院的报告之后，巴斯德逐渐退出了积极的实验，直到1895年他73岁时去世。巴斯德对社会的贡献是深远的，他向世人清晰地展示了科学力量是如此的强大。
"科学不分国界，因为知识属于人类，是照亮世界的火炬"——路易斯-巴斯德。
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https://www.advancedsciencenews.com/category/pioneers-in-science/
原文链接：
https://www.advancedsciencenews.com/louis-pasteur-germ-theory-and-the-first-life-saving-vaccines/
译者：潘奕辰，Procter&Gamble
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