微生物學之父巴斯德的未竟之業: 狂犬病預防的過去與未來

作者 | 發布日期 2013 年 07 月 30 日 10:20 | 分類 生物科技 , 醫療科技
Louis_Pasteur_by_Pierre_Lamy_Petit

從路易巴斯德於1885年用疫苗首次成功治癒狂犬病潛在患者開始,128年來人類對抗狂犬病已是成效卓著,但是,還不夠好,光是近來台灣在50年後又再次面臨狂犬病傳染的風險,人心之惶惶便可知曉。狂犬病疫苗是巴斯德人生最後一項偉大的成就,之後他就因多次中風身體衰弱而過世;那麼經過128年的後代科學家們,是否有找到真正能根絕狂犬病的療法?



轉型之路

法國人路易巴斯德(Louis Pasteur)最早是名化學家,後來轉向微生物學的研究。當時人們認為發酵或食物腐敗發霉都是自然造成的,但巴斯德以實驗證明有肉眼看不見的微生物參與了整個過程。下圖有著彎曲細長有如鵝頸的瓶子,讓裡面的肉湯仍能夠與流通的空氣接觸,但因為瓶頸彎曲,細菌霉菌等到不了肉湯,因此當年實驗的那瓶肉湯,到現在都還沒壞。透過微生物的理論,他發明了「巴斯德消毒法」,用60-65度的溫度加熱殺死大部份微生物,延長食品保存時間,他因此解決了法國釀酒工業長期面臨細菌讓啤酒變酸不能喝的問題,甚至因此讓法國大賺一筆,還清負債。想想看,沒有啤酒,這個世界會多沒趣味?

swan neck duct
(Photo Credit: Wikimedia Commons)

之後巴斯德運用微生物學理論研究動物疾病,1870年他以減過毒性的細菌製成疫苗的方式治好了牛隻身上的炭疽病。接著巴斯德開始面對狂犬病。在那個年代,對於狂犬病的「治療」跟狂犬病發病的狀況一樣恐怖:發病者會被壓到鐵匠鋪之類的地方,用燒紅的鐵放在被狗咬的地方,因為當時的人們相信用火可以燒死病毒,但他們並不知道病毒早就到了腦部才會發病。

巴斯德與同事Emile Roux一開始將病發的狗唾液注射到健康的狗身上,但發現效果很不穩定。之後為了製造疫苗,他們將染了病的兔子脊髓掛在下圖這種叫做洛氏瓶(Roux Bottle)的瓶子中,至少放12天後,脊髓裡的病毒虛弱到快死掉時,就把它取出來注射到健康的狗身上,連續12天,每天都注射比前一天毒性還要強一點的病毒。

roux bottle
▲洛氏瓶瓶子底部放了乾燥劑,瓶口塞了棉花,如此一來空氣從下方開口經過乾燥劑、經過脊髓再從上方出去,棉花可讓空氣出入,但會擋住其他微生物。在瓶中待得愈久,毒性就愈弱。(Photo Credit: Institut Pasteur)

救苦救難活菩薩

經過這樣漸進式餵毒,實驗的40隻狗就算直接從腦部注射狂犬病毒也全都沒發病,證實疫苗有效。1885年,巴斯德發表研究結果,社會一致好評,但也引來下一個難題:運用在人類身上。巴斯德猶豫很久,畢竟在當時人命重於狗命,不過這也由不得他了,因為1885年7月6日,一位母親帶著她被瘋狗咬得亂七八糟的9歲兒子Joseph Meister前來,懇求巴斯德治療她的寶貝兒子。

巴斯德在詢問了其他醫生後,終於展開了治療,獲得成功。我們必須了解,被狂犬病的動物咬到不一定會發病,但一旦發病幾乎要人命,巴斯德的疫苗就是確保你絕對不會發病,因此在第二位病人也完全康復後,巴斯德一夕爆紅,透過媒體報導與口耳相傳,連遠在俄羅斯甚至美國的病患,都大老遠前往巴黎掛號。巴斯德成了救苦救難的活菩薩,政府出資與民間捐款在巴黎建了巴斯德中心(現在則是著名研究機構)以應付不斷增加的病患,之後他在世界各地陸續成立診所救助病患。

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(Photo Credit: Wikimedia Commons)

新時代的狂犬病研究

其實,巴斯德在1885年前後幾年內就已經中風兩次,左半邊行動不便,身體狀況並不好,狂犬病疫苗算是他研究生涯最後的成就。1895年9月28日,巴斯德因為後續的中風而過世,享年72歲。他成了人類的不朽傳奇,葬禮時據說有數千人目送他的靈柩而去。

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(Photo Credit: David V. Cohn, Ph.D)

128年之後,當代的狂犬病研究有什麼進展?今年2月,倫敦大學何頓分子免疫學中心(Hotung Molecular Immunology Unit)研究員 Leonard Both等人,從基因轉殖菸葉上製造出一種單株抗體,可以有效組止狂犬病毒接觸到傷口附近的末端神經,或是阻止病毒進入腦部。而且另一個重點是,這種療法成本較低。

這份之後刊載於《美國實驗生物學聯會期刊》(The FASEB Journal)的研究,先把抗體的基因序列改造成人體能接受的範圍,再透過基因轉殖菸葉產生抗體,透過抗體的蛋白質與醣類的組成可以很容易地從葉片中辨識及純化出來。由於過程所需成本相對低廉,Both表示這對開發中國家低收入家庭的幫助會很大。

Both等人的研究明白就是針對狂犬病毒這一種,不過另有一個團隊試圖像發展抗生素一樣找出能一次對付多種病毒的新藥物。波士頓大學John Connor與John Snyder的團隊,針對伊波拉病毒或其他引發狂犬病、腮腺炎、痲疹等NNS病毒,從上千種小分子化合物中尋找可以有效對付的種類,目前他們已經找到數種來自於植物的化合物「吲哚生物鹼」(indoline alkaloids)可有效抑止曝露在病毒中的細胞受到感染。

這份刊載於化學生物期刊(Chemistry & Biology)研究的主筆人Claire Marie Filone表示,由於這種化合物可以阻斷病毒轉錄RNA的過程,等於是干擾病毒複製,因此未來可以開發出藥物,廣泛應用在對抗各類病毒上。

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▲圖右方綠色的小分子化合物可以阻擋左方橙色伊波拉病毒感染人體細胞。(Photo Credit: Boston University)

研究朝向干擾病毒生成

另一項稍早的研究,同樣也是在干擾病毒生成的過程,差別在於,Filone等人的研究是阻斷病毒轉錄RNA,而Amy Lee等人的研究則是阻斷RNA轉譯蛋白質的過程,而其關鍵就在於核醣體。核醣體是細胞內生成蛋白質的地方,不過這次研究新發現它本身也具有生產過程中的調控功能。

這項刊登於美國國家科學院院刊(Proceedings of the National Academy of Sciences, PNAS)網站的研究,同時關注病毒與其宿主將信使RNA內的遺傳訊息轉譯成蛋白質的過程,並找出不同之處,他們發現核醣體表面有一些蛋白質是病毒在生成其他蛋白質時需要的,但宿主卻不太需要。例如rpL40,如果阻斷它的作用,可以干擾狂犬病與痲疹病毒複製的過程,但對人體本身只有7%的影響。

類似的研究有好幾個都在進行中,但是都沒有像這些研究具有開發出藥物的潛力。

rpL40
(Photo Credit: Whelan Lab)

被法國尊為國家英雄、法國票選最偉大的法國人第二名、「歷史上最有影響力的100人」(新版)書中排第11名的巴斯德,身後有兩個孩子長大成人,但其實他有5個孩子,其他三人都因為流行病過世了。這可能是巴斯德後半生致力於傳染病研究的原因,也可能是他的猶豫不決輸給Joseph Meister老媽的原因;不同於已經滅絕35年的天花是只限人類間傳染的疾病,狂犬病這種人畜共通疾病可能永遠都無法消滅,因此透過當代最尖端的分子生物學途徑,製造出屬於「病毒界的廣效抗生素」藥物,用更為簡單安全的方式對付這些令人聞之色變的病毒,應當是現代巴斯德們給老巴斯德未竟之業的最佳獻禮。

Arbois louis pasteur
(Photo Credit: Wikimedia Commons)

(Opening Photo Credit: Wikimedia Commons)

相關資料
The Life and Times of Louis Pasteur
Wikipedia: Louis Pasteur
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後記
你知道被巴斯德治好的9歲小男孩Joseph後來怎麼樣了嗎?長大後的Joseph回到巴斯德中心當保全。在接受治療並康復的55年後,西元1940年,第二次世界大戰期間,納粹佔領軍命令64歲的Joseph打開巴斯德的地下墓室,Joseph嚴詞拒絕,舉槍自殺明志,絕對不因惡人的威脅而損及救命恩人的尊嚴!

Joseph_Meister 

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