医学有故事 02 | 恐怖的细菌芽孢

科学有故事 · 公众号 · · 2020-02-06 19:03

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科赫拿来一滴玻璃体，滴到这些小圆球上。当时是夏天，也用不着加温，室温正适合杆菌生长，需要的就是耐心观察。不到两小时，他就看到了结果： 这些小圆球长成了杆菌，就像一粒黄豆长成豆芽。

就这样，科赫做出了一个生物学里非常重要的发现： 细菌的芽孢状态 。

这个发现让他陷入沉思，他就想，这片玻片放置这么久，里面的标本早就干燥得皲（jun 1）裂。这么干燥的地方，如果是成年杆菌，用不了几分钟就会死亡，可是这些【细菌芽孢】居然没死，只要给一滴玻璃体，它们就能重新长成完整的杆菌。

这个发现让科赫顿感到毛骨悚然。干燥环境杀不死它们，别的杀菌方法能行吗？他开始逐一检验常用的杀菌措施，包括阳光暴晒、酒精涂抹、肥皂水浸泡，全都没用，甚至用沸水煮一个小时都没法杀死这些芽孢。只要提供适合的条件，它们就能复活。

如果给它们一滴牛眼玻璃体，就能重新长出成年杆菌，那么如果有机会进入动物身体，它们就更有条件复活。这岂不是说，要是把芽孢接种给动物，也会导致炭疽病？想到就干，他立刻开始用芽孢给各种动物接种。果然，所有被接种动物都患上了炭疽病，随后死亡。

就这样，困扰了科赫很久的那个问题终于得到了解答，为什么被炭疽病污染的牧场过几年还照样有感染能力，这个答案就是：

这些杆菌如果待在适合的生长环境里，比如在牛羊的血液里，能进行正常的分裂繁殖，就不需要变成防御值超高的芽孢；只有当患病动物死了，血液里的养分迅速崩解，杆菌觉察到末日即将来临，才会转变成芽孢，耐心等待复活时机。

牛羊死了，农民们的处理方式是把尸体扔到牧场角落里，任其腐烂。尸体腐烂之后，里面的芽孢被释放出来。芽孢细小轻盈，一阵风就能把它们吹散开，落到其他草叶上，在那里蛰伏着。

日晒雪冻都奈何不了它们，只要回到合适的环境，比如重新被牛羊吃进肚子里，它们就能迅速复活，变成完整的炭疽杆菌。

农民们一直对科赫有怨言，因为他老是到自己家里从死掉的牛羊身上抽血，可是从来没能救活一只羊一头牛，如今，三年多的时间过去，科赫终于可以给大家一个说法了。

不是说他有办法治疗已经染病的牛羊，这个现在还做不到，但他有办法预防牛羊染上炭疽病。

这个方法说起来也很简单，就是把染上炭疽病的牛羊尸体烧成灰。如果这有难度，那就埋起来，但不能随便盖点薄土，必须挖地三尺，深深掩埋，这样才能防止细菌重新跑回地面感染其他的牛羊。

虽然农民们听不懂他嘴里唠叨的那个什么“细菌芽孢”，但还是决定试试看。这个策略果然有效，但并没有完全解决问题。科赫没想到的是，即使把牛羊尸体深埋，芽孢还是有机会回到地面，比如借助蚯蚓的帮助。后来，是巴斯德发现了这个漏洞，并投入精力研究牛羊炭疽病，最后探索出炭疽病疫苗。

这里我们要补充说一下，细菌芽孢跟植物芽孢虽然名字类似，但从生物学角度看，其实大不相同。植物芽孢可以看作是一种生殖细胞，植物借它传播后代，而细菌芽孢并不是生殖细胞，倒更像是一具伺机复活的僵尸。

这类细菌遇到难以继续生存的恶劣环境时，会坍缩成一个小点，细胞壁顺势层层包裹这个中心，这就是一个芽孢。这个过程中细菌会抛弃大部分细胞器，只留下DNA（遗传信息）和一点基本的“建筑材料”。细菌变成芽孢之后就处于休眠状态，完全不消耗能量。既然“无欲无求”，也就无须担心饥荒问题。

芽孢

一般细胞膜或者细胞壁都有很复杂的空间结构，每个结构都有可能成为外物攻击的切入点，而芽孢的肽聚糖皮层（Cortex）几乎没有任何结构，就像一层水泥外壳。 这样的肽聚糖外壳，绝大部分物理和化学能量都对它无可奈何。

有研究人员在摩洛哥野外发现一种细菌，它的芽孢经历四百二十摄氏度的高温依然能复活。这样的抗打击能力让芽孢能在自然界长时间休眠，而一旦遇到适合的生长环境，就可以重新恢复生命力。1995年，加州理工州立大学的生物学家曾经从两亿多年前的琥珀里提取出一种古代细菌的芽孢，并且成功地让其重新繁殖。

对于科赫发现的炭疽杆菌芽孢，必须用高压消毒设备才能杀死。 家庭条件下，用百分之十浓度的次氯酸钠消毒剂，比如 84 消毒液，可以在几分钟里杀死大部分炭疽芽孢，浸泡时间越长消毒越彻底。

我们再说回科赫。现在，科赫对自己的实验结果和结论都已经有了绝对的把握。但凡有可能被质疑的地方，他都设计严密的实验，准备了完美的数据，证明自己的结论没有任何漏洞，但科赫毕竟是个乡村医生，没有巴斯德那样的名望和自信，他希望得到权威认证。这时的德国，最著名的临床医生是菲尔绍，而最著名的细菌学家是布列斯劳植物研究所的科恩（Ferdinand Cohn）。科赫想请科恩教授给自己验证。

1876 年 4 月中旬，科赫写信给科恩，说自己探明了炭疽杆菌的生活过程，而且能证明炭疽杆菌就是炭疽病的病原体，希望科恩教授能给他机会当面演示，证明自己的研究结果确实是对的。

科恩是德国细菌学的领衔人物，他提出的细菌分类（球菌、杆菌、弧菌）至今还在用。像科恩这样的知名科学家，每年都会收到很多人的信，往往都是声称自己有了什么重大发明，但九成九是业余爱好者的夸大其词。而名不见经传的科赫写信给科恩，宣称自己确定了炭疽病的病原体，这可是全球细菌学家研究多年都没能破解的难题。科恩看到这样的信，感觉这多半也是个民间科学家的妄言。