科赫氏法則

科赫氏法則

科學驗證方法
科赫法則是偉大的德國細菌學家羅伯特·科赫(Robert Koch,1843~1910年)提出的一套科學驗證方法,用以驗證了細菌與病害的關系,被後人奉為傳染病病原鑒定的金科玉律。它為病原微生物學系統研究方法的建立奠定了基礎,使其成為一門獨立的學科。它作為一種研究方法,可能多少已經受到現代研究方法的沖擊而顯得意義不再;但是作為一種研究思路,對人們建立嚴謹的思考習慣還是極有意義的。[1]
  • 中文名:科赫氏法則
  • 外文名:Koch’s Rule
  • 别名:證病律
  • 又稱:柯赫氏假設
  • 性質:侵染性病害病原物的操作程序

鑒定方法

鑒定則是将病原物的種類和病害種類同已知種類比較異同,确定其科學名稱或分類上的地位。有些病害特征明顯,可直接診斷或鑒定,如霜黴病或稈鏽病。但在許多場合難以鑒定病原物的屬、種。如花葉症狀易于識别,要判斷由何種病原物引起,就必須經詳細鑒定比較後才能确定。

(1)在病植物上常伴随有一種病原微生物存在;

(2)該微生物可在離體的或人工培養基上分離純化而得到純培養;

(3)将純培養接種到相同品種的健株上,出現症狀相同的病害;

(4)從接種發病的植物上再分離到其純培養,性狀與接種物相同。

如果進行了上述四步鑒定工作得到确實的證據,就可以确認該微生物即為其病原物。但有些專性寄生物如病毒、菌原體、霜黴菌、白粉菌和一些鏽菌等,目前還不能在人工培養基上培養,可以采用其他實驗方法來加以證明。侵染性病害的診斷與病原物的鑒定都必須按照柯赫法則來驗證,每個醫學家和植物病理學家都應能熟練地運用。

應用狀況

柯赫氏法則同樣也适用來對非侵染性病害的診斷,隻是以某種懷疑因子來代替病原物的作用,例如當判斷是否缺乏某種元素而引起病害時,可以補施某種元素來緩解或消除其症狀,即可确認是某元素的作用。

發展

1890年,德國細菌學家羅伯特·科赫(Robert Koch)提出了科赫法則:緻病微生物必須存在于患病的所有宿主生物體内,而不存在于健康生物體内;從患病生物中可以分離到該微生物的純培養物;将培養物接種至敏感宿主時,同樣的疾病必定再次發生;從人工接種的宿主中,可再次分離得到這種微生物的純培養物。隻有同時滿足這4個條件,才能确定某種微生物與特定傳染病之間有因果關系。

依據這4個條件,科赫令人信服地證明了炭疽病和結核病分别由炭疽杆菌和結核杆菌引起。從此,對傳染病的病原學研究被置放在更科學的基礎上,人類對傳染病防治的研究進入快速發展期。

100多年來的大量事實證明,科赫法則有絕對化之嫌。科赫當年也已認識到,某些病原體确實引發了傳染病,但它們并不完全符合滿足科赫法則的所有條件。

科赫發現,霍亂病原體(霍亂弧菌)從病人和健康人體内都能分離到,這明顯與第1個條件不相符。無症狀攜帶者或隐性感染是許多傳染病的共同特點,另一個典型例子是脊髓灰質炎病毒,它僅會在約1%的感染者中引起癱瘓性疾病。

第2個條件不适用于不能在培養細胞中複制的病毒,也不适用于沒有合适動物模型的病毒。例如,引起克雅氏病的朊病毒和引起丙型肝炎的病毒都無法獲得純培養物。n

對于第3個條件,我們要充分考慮宿主對病原微生物的敏感性的差别。科赫在1884年就發現,有些個體對霍亂、結核等疾病有抵抗力。現在我們知道,宿主的敏感性取決于遺傳、年齡、營養狀況、免疫狀況等許多因素:某些人天生對瘧疾有免疫力,還有些人天生對HIV有抵抗力。

同一種病原體的感染可能會導緻明顯不同的疾病,例如引起水痘和帶狀疱疹的是同一種病毒,在孕期感染風疹病毒則可能引發畸胎。不同的病原體也可能導緻相同的疾病,例如多種細菌和病毒都可引起感冒症狀。這些情況都是我們在應用科赫法則時必須注意的。

對傳染病原體的确認,科赫法則規定的是充分條件,不是必要條件。科赫法則代表了一套在理論上十分完美的判定标準。目前,雖然科赫法則的應用有一定靈活性,但對不符合該法則的條件,科學家必須作出合理的解釋,科赫法則的基本原則仍是不能違背的。

n

基因組時代的生物技術,包括聚合酶鍊反應(PCR)、微芯片、高通量測序等,可以提供更加快速、靈敏、簡便、廉價的方法直接進行微生物病原的檢測。這些檢測主要借助于儀器自動完成,往往能在1~2天的時間内,得到檢測樣品中所有核酸的序列資料,即得到所有可能含有的微生物基因序列的遺傳信息。基于核酸的檢測方法極其靈敏,甚至可在疾病尚未發生時檢測出極少量的病毒。

為鑒定宿主或病原微生物所需的基因序列數據庫正在快速擴張,擴張速度也遵循“摩爾定律”:數據庫的信息量每兩年增長50%。此類數據庫幾乎包括所有已完成測序的生物(包括各種病原微生物)的基因組序列。借助計算機,将樣品中的序列與數據庫中的序列進行比對,就能初步确定樣品所含病原體的類型。

對急性傳染病的病原鑒定相對比較簡單,而對慢性傳染病的病原鑒定通常很複雜,因為後者涉及的微生物的緻病機制可能是間接或微妙的。在這些情況下,往往需要收集更多的流行病學資料進行統計學分析和綜合評估,同時還要在宿主體内用多種方法尋找病原體的蹤迹(如核酸、抗原、特異性免疫反應等)。

目前微生物病原快速鑒定的首選方法均以核酸序列測定為基礎,通常不再依賴于細胞培養或動物模型。這使科赫法則更難直接套用,因此有必要對該法則進行修訂。美國斯坦福大學醫學及微生物學與免疫學教授戴維·雷爾曼(David Relman)和同事提出了基因組時代的科赫法則:

1、屬于假定病原體的核酸序列應該出現在特定傳染病的大多數病例中。在已知的患病器官或明顯的解剖學部位,應能發現該微生物的核酸,而在與相應疾病無關的器官中則不會發現。

nn2、在未患病的宿主或組織中,與病原體相關的核酸序列的拷貝數應當較少或完全檢測不到。

nn3、随着疾病的緩解,與病原體相關的核酸序列的拷貝數應減少或檢測不到。如果臨床上有複發,則應該發生相反的情況。

nn4、當序列檢測預示疾病将發生,或序列拷貝數與疾病的嚴重程度有相關性,則序列與疾病的聯系極可能構成因果關系。

n

n5、從現有序列推斷出的微生物特性應符合該生物類群的已知生物學特性。

nn6、應在細胞水平進行探求患病組織與微生物的關系:用原位雜交來顯示發生了病理變化的特定區域,以證明微生物的存在,或顯示微生物應該存在的區域。

nn7、這些以序列分析為基礎獲得的上述證據應當是可重複獲得的。

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