第三种非细菌性疾病的例子是斑疹伤寒。这种病流行于北非，在西班牙人长期与北非摩尔人的战斗中，它便经由西班牙人传到了欧洲，一般称之为瘟疫。它的传染性很强，甚至曾导致许多国家的荒芜。在第一次世界大战时，当塞尔维亚军队本身无法抵挡此种伤脑筋的疾病时，奥地利军队也被这种斑疹伤寒逐出了塞尔维亚。在第一次世界大战期间及其以后，斑疹伤寒蹂躏了俄国与波兰，这两个国家约有300万人死于此病，其破坏程度同军事行动一样惨重。
进入20世纪后，主持巴斯德研究所的法国细菌学家尼科尔发现斑疹伤寒虽猖獗于都市中，但是医院里的人却不会得此病。虽然医生与护士整天和病人接触，而且医院又是那么的拥挤，然而在那儿却没有此病的传染。于是尼科尔将病人住院后所发生的事，详细考虑了一番，他突然想到一件非常重要的事情，那就是彻底地洗澡，以及除去沾满虱子的衣物，尼科尔确信体虱就是斑疹伤寒的媒介。他用实验证明了他的猜测是正确的。由于此项发现，他获得1928年的诺贝尔医学与生理学奖。由于他的发现及DDT的发明，斑疹伤寒在第二次世界大战中，没有再重演其致命的屠杀行径。在1944年春天，DDT被用来扑灭体虱，全体那不勒斯人都喷洒了DDT，将虱子全部杀死。于是有史以来的第一次，冬季传染的斑疹伤寒（当多数人不经常更换衣服时，生虱子是很普遍的）立即被制止了。1945年底美国占领日本后，类似的传染病也被制止了。第二次世界大战中，疾病死亡数比枪弹残杀的少，这种奇特的现象在历代战争中是罕见的。
斑疹伤寒如同黄热病一样，是由一种比细菌还小的病原所引起，我们现在将进入一个由亚细菌所构成的奇妙领域里。
亚细菌
为了对这个领域内的生物有更具体的概念，让我们以从大到小的次序来观察它们。人类卵细胞的直径大约为100微米（1×10－8米），是肉眼所能看见的最小东西。草履虫这种大型原生动物，在亮光下可见其在水滴中移动，它的大小与卵细胞相近。一个正常人体细胞只有卵细胞的1/10（直径约10微米），只有借助于显微镜才能观察到。红血球就更小了，其最大的直径也不超过7微米。最早的细菌种类，大小与一般细胞一样，但现已变得十分细微，杆状细菌的长度一般只有2微米长，最小的细菌是球形细菌，其直径不超过0.4微米，普通的显微镜几乎无法观察到它们。
很明显，有机体至此已达到最小体积来容纳其独立生命所必需的一切代谢机制。任何更小的有机体，都不能成为一自给自足的细胞，而必须寄生。打个比方说，它们必须像舍弃多余的东西一样，舍弃大部分的酶机制。无论人为供应的食物多么丰富也不能使它们生长或繁殖，因此不能像细菌那样在试管中培养。它们惟一能生存的地方就是活细胞，因为活细胞能供应它们所缺乏的酶。这种寄生物的生长与繁殖自然会使宿主细胞惨遭牺牲。
第一种亚细胞是由一位年轻的美国病理学家立克次发现的。他在1909年从事研究一种名叫落基山斑疹热的疾病，此病的传播者是蜱螨（一种吸血的节肢动物，类似蜘蛛）。在受感染的宿主细胞内，他发现了包涵体，这是一种非常小的有机体，后来就依他的名字而命名为立克次体。立克次以及其他人很快发现，斑疹伤寒也是一种立克次体疾病。在求证的过程中，立克次自己也得了伤寒，在1910年去世了，年仅39岁。
立克次体可用氯霉素及四环素之类的抗菌素来消灭之。它们的直径，约为0.2～0.8微米。很显然，它们具有足够供自用的代谢机制，而跟宿主细胞有所区别，所以药物对立克次体起作用，如抗菌素治疗法就可以大幅度减低立克次体疾病的危险。
病毒在测量尺度上可算是最低的极限了，它们的大小大致与立克次体相同；事实上，立克次体与病毒之间并无很明显的界限。但是最小的病毒的确非常小，例如，黄热病毒直径只有0.02微米。由于病毒非常小，所以在细胞内察觉不到，在光学显微镜下也观察不到。一般病毒只有一般细菌大小的1/1000。
实际上，病毒是没有任何代谢机制的，它几乎完全依靠宿主细胞的酶系统。最大的病毒中，有一些可受某种抗菌素影响，但对一般的病毒，药物也是无效的。
自从人们开始怀疑病毒的存在以来，大约已有数十年，它们终于被发现了。巴斯德在研究狂犬病时，并没有在体内找到可以被怀疑是引起这种疾病的有机体。巴斯德并不认为自己的病原菌学说是错误的，他认为此种病菌只是太小而无法看见。后来证明他是正确的。
1892年，一位俄国细菌学家伊凡诺夫斯基在研究一种使烟叶产生斑纹的烟草花叶病时，发现将病叶的汁液涂在健康的叶子上，会传染这种疾病。为了得到这种病菌，他将汁液通过滤孔非常细小的瓷滤器，这种滤孔甚至连最小的细菌也无法穿透，然而滤液仍能传染烟草花叶病。伊凡诺夫斯基认为，一定是他的滤器有缺陷才使细菌穿透过去。
一位荷兰细菌学家贝哲林克在1897年重复了这项实验，并得到以下的结论：这种病的病原小得可以穿透这种滤器。由于在任何显微镜下，他在清澈的感染汁液中都看不到任何东西，而且在试管培养基中也不能培养出任何东西，因此他认为这种病原可能是一种很小的分子，大概与糖分子差不多大小。贝哲林克称这种病原为滤过性病毒。
在同一年里，一位德国细菌学家勒夫勒发现牛体内的口蹄疫病原也能够穿透滤器。1901年，里德在研究黄热病的过程中，发现那种病的感染原也是一种滤过性病毒。1914年，德国细菌学家克鲁泽证明一般的感冒是病毒所引起的。
到1931年，将近40种疾病（包括麻疹、流行性腮腺炎、水痘、流行性感冒、天花、小儿麻痹症及狂犬病）已经知道是由病毒引起的，但是病毒的特性仍然是一个谜。那时一位英国细菌学家埃耳福德终于开始利用滤器获得一些病毒，并且证明它们至少是某种物质颗粒。他利用非常细的胶棉膜分级滤出愈来愈小的病毒颗粒，并且依照他的方法从汁液中分离出这种感染病原。根据可以过滤出某种疾病病原的滤膜的细度，他能够判断出某种病毒的大小。他发现贝哲林克是错误的，即使是最小的病毒也比大部分的分子大，最大的病毒大小接近立克次体。
后来的几年里，生物学家们争论病毒是活的还是死的颗粒，它们有能力繁殖并传播疾病，证明它们是活的。但是在1935年，美国生物学家W.M.斯坦利提出一项论证，似乎有力地证明病毒是“死”的，他将严重感染烟草花叶病的叶子捣烂，并尽可能地纯化、浓缩这种病毒，利用蛋白质分离技术来达到此目的。W.M.斯坦利的成功远远超过他的预料，因为他得到的病毒是晶体！他所制备的结晶体，就如同晶体分子一样，即使这样病毒仍明显地不具活性；但如果再将它溶解在液体中，它又会恢复以往的感染性。
由于这种病毒的结晶，W.M.斯坦利与酶的结晶者萨姆纳分享了1946年的诺贝尔化学奖。
在斯坦利成功后的20年内，仍然只有非常简单的植物病毒（感染植物细胞的病毒）可以被结晶出来。直到1955年，第一种动物病毒才被结晶出来。那一年，施沃特和F.I.谢弗结晶出小儿麻痹病毒。
病毒能被结晶出来的事实，对于包括斯坦利在内的许多人来讲，似乎可以作为病毒是死蛋白质的一种证明。从来没有一个生命体是结晶状的，生命与晶体似乎是两件相互对立的东西。生命体是柔软、可变、能够活动的；而晶体则是僵硬、固定、极有规则的。
然而，病毒具有传染性的事实依然存在，即使结晶过的病毒，仍然具有生长及繁殖的能力。而生长与繁殖一直被认为是生命的本质。
1936年是一个转折点，两位英国生物化学家鲍登和皮里证明烟草花叶病毒含有核酸！虽然含量不多，确切地说，烟草花叶病毒含94%的蛋白质而仅含6%的RNA，但已明确地说明了这种病毒是一种核蛋白。此外，所有其他的病毒都被证明是核蛋白，它们含有RNA或DNA，或二者皆有。
核蛋白与纯蛋白质的差别，正是有生命与无生命之差别。病毒被证明含有与基因相似的要素，而基因正是生命最本质的东西。打个比方说，较大的病毒具有自由染色体的每一种特征。有些病毒甚至多达75个基因，每一个基因控制病毒结构的某一方面的形成——有的为纤维状，有的为褶状。借助核酸的突变，基因可变得不完全而有缺陷，并且依此方法，可以确定它的功能甚至位置。一种病毒的全部基因分析（包括结构及功能）是可以办得到的，尽管这只是朝着细胞有机体的全部基因分析迈出的一小步，因为细胞有机体具有更复杂的基因构造。
我们可以设想，病毒在细胞内就像一个入侵者，将控制基因赶到一旁，随心所欲地掌管了细胞的化学性质。在这种过程中，它经常会造成细胞或是整个宿主有机体的死亡。有时候，一个病毒可用自己的基因来取代一个或一组宿主基因，引入的新特征还可以传给子代细胞。病毒也可以从它所感染的细菌细胞内获得DNA，并将它传给下一个感染的细胞。这种现象称为转换，这个名词是由莱德伯格提出的，他在1952年发现了这种现象。
假如基因带有细胞的“生命”特性，那么病毒就是一种有生命的东西。当然，这还得看每个人对生命的定义如何理解。我个人认为，任何能够自我复制的核酸蛋白分子都应当被认为是有生命的。依此定义，病毒和大象、人类一样是有生命的。
亲眼看到病毒比任何间接证明病毒存在更为可信。苏格兰医生伊斯特是第一位亲眼看到病毒的人，他在1887年报告说，在显微镜下可以看到牛痘水泡的液体中有一些小点状的东西，这大概是已知的最大病毒——牛痘病毒。
要想看到典型的病毒，需要比一般显微镜更好的仪器。在30年代的末期，这种更好的仪器发明出来了，这就是电子显微镜。它的放大倍率可达100000倍，可以分辨出直径小至0.001微米的东西。
电子显微镜仍有它的弱点：被观察的物体必须放置在真空中，并且必要的脱水过程会改变物体原有的形状；此外像细胞一类的东西必须切得很薄，而且仅呈现二维空间的影像；更有甚者，由于电子会穿透生物材料，因而影像无法从背景上显示出来。
1944年，美国天文学家兼物理学家R.C.威廉斯以及电子显微镜学家威科夫，对这最后的困境共同研究出一套独特的解决办法。身为天文学家的R.C.威廉斯突然想到，正如月球上的环形山及山脉一样，当阳光斜射其上时，阴影使它们的轮廓显得格外分明，假如能使病毒投射出影子的话，就可看到病毒三维空间的影像了。这些实验者所想到的方法，是将气化金属斜着从置于显微镜台上的病毒颗粒中吹过去，使每一个病毒颗粒的背后留下一个明显的影子。影子的长度代表着封阻颗粒的高度，而气化金属凝结成薄膜，也可以在背景上明显地衬托出病毒颗粒的轮廓来。
不同病毒的影子解开了它们的形状之谜（见图14-3）。牛痘病毒的形状类似琵琶形，它的厚度大约为0.25微米，跟最小的立克次体差不多。烟草花叶病毒为扁棒状，长约0.28微米，厚约0.015微米。最小的病毒，例如小儿麻痹病毒、黄热病毒以及口蹄疫病毒，是小球状，直径从0.020～0.025微米不等，比估计的人的单个基因的大小还要小得多。这些病毒的重量大约只有一般蛋白质分子重量的100倍。雀麦草病毒的分子量为450万，大约只是烟草花叶病毒的1/10。
图14-3 简单物质、蛋白质、不同病毒颖粒及细菌的相对大小
（比例尺为3.81厘米＝原体的1/10000毫米）
1959年，芬兰细胞学家威尔斯卡设计出一种可以利用慢速电子的电子显微镜，因为慢速电子比快速电子的穿透力差，所以能够呈现出病毒内部的细微构造。1961年，法国细胞学家迪普伊发明了一种方法，将细菌置于充满空气的胶囊内，并利用此法在电子显微镜下观察到活的细胞，但因为没有金属影子，所以无法看到其细微构造。
一般的电子显微镜是一种透射的设备，因为电子穿透薄片，在另一面被记录下来。我们也有可能利用低能量的电子束来扫描要观察的物体。电子束可使物体表面的物质放射出自己的电子，再将这些放射出的电子加以分析研究。使用这种扫描电子显微镜，许多表面的细节都可以看到。这是由英国科学家奥特利在1948年发明的，并在1958年被广泛使用。
核酸的作用
病毒学家已能将病毒分解，并将它们再度组合起来。加利福尼亚大学一位德国血统的美国生物化学家弗伦克尔-康拉特与R.C.威廉斯合作，发现以温和的化学处理可以将烟草花叶病毒的蛋白质分解成2200多个碎片，每个碎片含有由158个氨基酸构成的肽链，单个分子量为18000。1960年终于研究出了这些病毒蛋白单元的精确的氨基酸组成。当这些单元被分解时，它们会倾向再度合并成中空的长棒状（与完整病毒的形状相同），借助钙及镁原子便能结合在一起。
总之，当这些病毒蛋白单元结合时，它们会构成几何形。刚提过的烟草花叶病毒为螺旋形，小儿麻痹病毒蛋白由60个亚单元排列成12个五角形，20个大蚊科虹色病毒的亚单元排列成一个规则的二十面体。
病毒的蛋白质是中空的，例如烟草花叶病毒的蛋白螺旋便是由肽链绕130转，形成一个长而直的中空腔。蛋白质的中空腔为病毒的核酸部分，可能是DNA或RNA，但无论是哪一种，大约都含有6000个核苷酸。不过施皮格尔曼也曾经发现过一种能复制的RNA分子，小到只有470个核苷酸。
弗伦克尔-康拉特将烟草花叶病毒的蛋白与核酸分开来，试图了解每一部分是否能单独地感染细胞。结果，他证明它们并不能单独感染细胞。但是当他再一次将蛋白与核酸混合后，其复活的感染力大约是原病毒样本的50%！
这是怎么回事呢？被分开的病毒蛋白及核酸，在各个方面都显示出它们是无生命的，但是再度混合后，至少有一部分复活了。当时，大家都称赞弗伦克尔-康拉特从没有生命的物质中创造出了一种有生命的有机体。其实这只是误解而已，稍后我们将加以解释。
显然，蛋白质与核酸发生了某种重新组合，而且似乎在感染过程中，两者都起着某种作用。蛋白质与核酸各自的作用是什么呢？哪一种作用更为重要呢？
弗伦克尔-康拉特做了一项十分精巧的实验来回答这一问题。他将一种病毒的蛋白部分与另一种病毒的核酸部分混合，二者结合形成一种兼有两种特性的感染性病毒！在毒性方面（即对感染烟草的毒力程度），与提供蛋白质部分的病毒菌株相同；而在引起特殊疾病方面，则与提供核酸部分的病毒菌株相同。
此发现与早期病毒学家们对蛋白及核酸各自功能的怀疑是相吻合的。似乎是，当一个病毒攻击一个细胞时，它的蛋白外壳，或称外套，使它附着于细胞上，并打开进入细胞的通道，让病毒核酸得以侵入细胞内，从事病毒颗粒的复制。
当弗伦克尔-康拉特的混种病毒感染一片烟草叶后，在叶细胞内繁殖出的新一代病毒，被证明不是混种病毒，而是提供核酸部分的病毒复制，这种复制遗传了该病毒的感染毒性及引起疾病的类型。换言之，核酸可以指令新病毒蛋白外套的合成。它能合成属于自己那种病毒的蛋白质，而不是属于和它混种的那种病毒的蛋白质。
如此便确实证明了核酸是病毒的“生命”部分，也可以说，核酸是任何核蛋白的“生命”部分。事实上，弗伦克尔-康拉特在更进一步的实验中发现，纯病毒核酸对烟草的感染能力很小，大约是完整病毒能力的0.1%。很显然，核酸有时候也会自行侵入一个细胞。
所以把病毒核酸与蛋白加在一起形成一个病毒，这并非从无生命物质中创造出生命，而是生命原来就以核酸的形态存在了。病毒蛋白只是保护核酸避免被环境中的水解酶（核酸酶）作用，并促使感染与繁殖更加有效率罢了。我们可以将核酸部分比喻为一个人，蛋白部分比喻为一部汽车，二者结合后，就可很容易地从此处移动到他处。汽车本身是不会旅行的，人可以步行远足（有时候如此），但汽车是一个很有用的辅助工具。
有关病毒感染细胞的机制，在对一种叫噬菌体的病毒的研究上得到清楚而详尽的了解。英国细菌学家特沃特在1915年发现了噬菌体；1917年，加拿大细菌学家德爱莱尔也独立地发现了噬菌体。说也奇怪，这些病毒竟然是捕食细菌的。德爱莱尔将之命名为噬菌体，是希腊文“食细菌”的意思。
噬菌体是非常便于研究的东西，因为它们能在试管中与其宿主细胞一起被培养。其感染及繁殖的过程如下：
典型噬菌体（研究者通常称为噬体）的形状，像是一只小蝌蚪，有一个短粗的头和一条尾巴。在电子显微镜下，研究人员已能够看到噬菌体以其尾部来抓住细菌的表面。此种现象的最佳解释是：尾端的电荷（由带电荷的氨基酸来决定）。与细菌表面某一部分的电荷相吸引。这两种相反而互相吸引的电荷精确地配合在一起，就好像镶假牙一般天衣无缝。一旦此病毒以尾部附着在受害细胞上，就会在细胞壁上打开一个小小的开口，此过程可能是用酶切断附着点的分子完成的。至于在电子显微镜的照片上，看不出任何事情发生，噬菌体，至少其可见的外壳，仍然附在细菌的表面。至于细菌内部的活动，则是无法看到的。但经过半小时后，细胞破裂了，数以千计的成熟病毒倾巢而出。
很明显，这整个过程中只有进攻病毒的蛋白外壳留在细胞外，在壳内的核酸则是经过由蛋白质组成的壁上的孔进到细菌体内的。美国细菌学家赫尔希利用放射性示踪剂，查明侵入的物质只是核酸，而不含任何可被探测到的蛋白质。他以具有放射性的磷及硫原子来标记噬菌体（先是细菌从培养基中得到这些放射性同位素，再使噬菌体生长在这些细菌上），磷可出现于蛋白质及核酸中，而硫只能出现于蛋白质中，因为在核酸里并不含硫原子。要是有这两种示踪剂标记的噬菌体侵入到细菌内，它所产生的后代具有放射性磷，而无放射性硫，这个实验就表明，亲代病毒的核酸已进入细胞，而其蛋白质并未进入。不含放射性硫，表示在病毒子代中所有的蛋白质，都是由宿主细菌供给的。事实上，实验结果正是这样：新的病毒含有放射性磷（是由亲代提供的），而不含放射性硫。
核酸在生命过程中的重要作用再度得到证明。显然，只有噬菌体的核酸进入细菌体内，并在里面负责利用细胞内的物质，来合成新的病毒——蛋白质及其他一切。
人们发现，引起马铃薯梭状块茎病的实际感染源确实是一种不寻常的小病毒。1967年，微生物学家迪纳尔认为此种病毒是一条裸露的RNA，他将核酸中这种具有感染性的小东西（除去蛋白质）命名为类病毒，现在约有6种植物疾病被认为是由类病毒感染引起的。
类病毒的分子量约为13万，只有烟草花叶病毒的1/300。在一条类病毒的核酸里，只有400个核苷酸，但也足够进行复制与存活了。类病毒可能是已知的最小生物。
这种类病毒被认为与动物的某些不太清楚的退化性疾病有关，如果这种病是因为病毒而引起的话，则属慢性病毒造成的。慢性病毒需要很长时期才能表现出病症来。原因可能是裸露的短股核酸，其感染速率缓慢。
免疫反应
除人类自身外，病毒是人类最可怕的有生命的敌人。因为病毒可与人体内的细胞紧密地结合在一起，所以不容易受到任何化学药品及任何其他疗法的攻击。然而即使在最差的状况下，我们仍然可以抵御入侵的病毒及病原体。人类对于疾病有很强的天然抵抗力。
让我们以14世纪最恐怖的瘟疫——黑死病为例，来看看人的抵抗力到底如何。黑死病首先侵袭一群困苦无助的欧洲人。他们住在极度肮脏、拥挤的落后地区，没有任何现代卫生的观念，也没有输水设备，更没有任何适当的医疗条件。这些人固然可以逃离受害地区，但是，这反而使黑死病散布得更快更远。黑死病虽然肆虐全欧洲，但3/4的欧洲人依然成功地抵御了黑死病的侵害。这项历史事件最令人吃惊的不是欧洲1/4人死了，而是3/4的人度过浩劫活了下来。
人对于某种疾病有天然的抵抗力，这是很明显的。例如，面临同样严重的传染病，有些人只轻微发病，也有些人会生场大病，而另外有些人则会因此丧命。人类对某些疾病也可能具有完全免疫的能力。这种能力可以是先天的，也可以是后天获得的。比方说，一个人只要患过一次麻疹、流行性腮腺炎或水痘，就可以终身免疫。
上述三种病症碰巧都是由病毒引起的。但它们只引起比较轻微的病征，很少使人死亡。即使其中最厉害的麻疹，通常也只是使小孩产生轻微的不适而已。人体是如何战胜入侵病毒的呢？战胜后又是如何加强自身的防卫力量而使战败的病毒永不再入侵的呢？在解决这些问题的过程中，发生了一段感人肺腑的现代医学科学的插曲。叙述这个故事之前，我们必须先追溯人类征服天花的历史。
天花
18世纪末叶，天花是一种令人闻风丧胆的疾病，不仅因为它会夺取人的生命，而且因为它会在病愈者的脸上留下永不消退的瘢痕。轻微的天花会在人的皮肤上留下一点一点的小坑，严重者则会使人面目全非，难以见人。当时，绝大部分的人脸上都有天花留下的瘢痕，而那些尚未染上天花的人则生活在恐惧之中。
早在17世纪时，土耳其人就开始故意用温和型天花感染自己，希望由此种做法而免受天花之害。他们的做法就是在自己的皮肤上抓出伤痕来，再从感染轻微天花者身上的水泡里取出液体，涂在伤口上。如此一来，有些人的确只感染了轻微的天花，而有些人却面目全非，还有些人甚至死去。土耳其人这种做法显然很冒险，但是，天花实在给人们以无限的恐惧，逼得人们只好冒险一试以免受其害。
1718年，英国著名的美女蒙塔古女士伴随丈夫短期出使土耳其。当她闻知土耳其人的方法后，便用此法接种自己的孩子。他们果真都免于天花的伤害。不过，这种做法并未引起英国人的注意，部分原因可能是蒙塔古女士是出了名的怪人。在大西洋的彼岸，也发生了一个类似的例子：当天花盛行之际，美国波士顿的一位医生博伊尔斯顿对241人施行接种，结果仅6人死亡。他非但没有因此而受到赞扬，反而因为6个人的死亡而受到颇大的责难。
在英国格洛斯特郡，某些乡下人对于如何躲避天花另有一套办法。当地人相信：感染牛（有时也会感染人）的牛痘会使人同时对牛痘和天花具有免疫力。如果事实真是如此，那就太好了！因为牛痘几乎不发疤，也不会在人体上留下任何痕迹。当地一位名为詹纳的医生认为这种乡下人的“迷信”可能有一定的道理。他注意到：挤牛奶女工特别容易感染牛痘，很明显也特别不容易感染天花。（或许就是这个因素，使得18世纪的人们喜欢将浪漫色彩加在那些漂亮的挤牛奶女工身上。洁净的面貌毕竟比满布瘢痕的脸要好看多了。）
会不会是因为牛痘与天花很相像，所以人体具有抵抗牛痘的能力之后就能抵抗天花呢？詹纳非常小心地对这个想法开始进行实验。（首次实验的对象可能就是自己家里的人。）到了1796年，他决定做一次也许要付出最大牺牲的实验：他从一名挤牛奶女工手上的牛痘水泡取出汁液，给一名8岁儿童菲普斯接种了牛痘。两个月后，再进行最重要且最冒险的部分。詹纳故意将天花接种在菲普斯身上。菲普斯果真未患病，他对天花免疫了！
詹纳称这个方法为种痘（源自拉丁文的“牛痘”）。种痘立即如野火般地传遍整个欧洲。在医学史上，像种痘这种医学上的革命能够如此轻易而且几乎立即为大众所接受的例子实属罕见。这或许是因为天花早已在人们心中蒙上浓厚的死亡阴影，而人们在长期苦于无对策的情况下，自然就愿意去尝试任何新方法，只要这种方法可使他们免于受害。甚至医学界对于种痘也很少反对，尽管少数医学权威人士竭力阻挠。詹纳早在1813年就被提名为英国皇家医学会会员，却未被吸收，理由是他没有完全遵守希波克拉底及加伦（医学之祖）的医理。
时至今日，天花似乎已经销声匿迹，不再危害大众了，因为很少有人不种痘免疫再患天花了。美国自1949年起，全球自1977年起，没有发现一起天花病例。但某些实验室仍存有天花病毒的样本供研究使用，而且，意外事故仍可能发生。
疫苗
在种牛痘成功后的一个半世纪里，人类一直在努力寻找类似的治疗方法，以对付其他严重疾病。可惜的是，人类在这条道路上并无任何进展，直到巴斯德在多少有点偶然的情况下，也发现将微生物毒性减弱可以使一种原本严重的疾病变得轻微，人类才又向前跨出一大步。
巴斯德用一种引起鸡霍乱的细菌为实验材料。他将菌液加以浓缩，使它的毒性加剧，只需在鸡的皮下注射一点菌液，就可使鸡在一天之内死亡。有一次，他用已经培养了一星期的培养液注入鸡体内，出乎意料之外，鸡的病情轻微而且很快就复原了。巴斯德以为那次的培养液已经坏了，于是他重新制备了一批剧毒培养液。但是，这次新的培养液却未能使那些注射过“失效”培养液的鸡得病。很明显，鸡在感染毒性减弱的细菌之后，已具有抵抗未减毒细菌的能力。
就某方面来说，巴斯德是为鸡的“天花”制造了人工“牛痘”。虽然这个实验与牛痘毫不相干，但巴斯德仍然称它为种痘，以表明詹纳的理论对他的帮助。从那时候起，人们就普遍地用种痘来表示对任何疾病的接种，而把用来接种的物质称为疫苗。
除了以上的方法之外，巴斯德还研究出其他削弱病原体毒性（减毒）的方法。例如，他发现只要将培养中的炭疽杆菌加热至某一温度就可获得低毒性的菌株，这种菌株可使动物对炭疽病具有免疫力。在此之前，炭疽病原是一种无药可治的传染病，一群牛中，只要有一头牛感染此病，人们就得将整群牛宰杀并烧毁。
巴斯德最闻名的成就是征服了狂犬病。狂犬病由狂犬传染，人若是被狂犬咬了，经过两个月的潜伏期后，就会疯狂地发作，往往是非常痛苦地死去。
巴斯德无法找到肉眼看不见的作为病原的微生物（当然，巴斯德对病毒毫无认识）。正因为如此，他只好用活的动物来培养这种微生物。他将感染液注入兔脑中，让病毒在那里繁殖，然后将兔子的脊髓捣碎，再将抽出的液体注入其他兔脑中。如此反复进行，直到抽出液的毒性弱到不使免子发病为止。随后，他再将正常的狂犬病毒注入这些兔子体内，结果证明这些兔子已具有免疫力。
1885年，巴斯德得到一个以人体为实验对象的机会。那年，一位9岁小男孩迈斯特被疯狗咬得很严重，人们将他送到巴斯德那里求救。因为事出紧急，巴斯德只好在满怀疑虑与犹豫的情况下，将已经连续减毒的培养液接种在小男孩身上，希望在潜伏期过去之前使小男孩具有免疫力。他成功了。起码小男孩被救活了。（迈斯特长大后成为巴斯德研究所的看门工。1940年纳粹德军攻入巴黎，命令迈斯特打开巴斯德研究所的地下室，他因而自杀。）
1890年，德国科赫实验室的军医贝林对于冒险将微生物（即使已经减毒）注入人体感到不安，于是他设法寻找另一条解决问题的途径。假设病原体会使生物的肌体合成某种有抵抗力的物质，那么，先用病原体感染动物，再把动物产生的有抵抗力的物质提取出来，然后把这种有抵抗力的物质再注射到病人身上，不是可以得到用病原体直接注射的同样效果吗？
贝林发现这个理论确实行得通。血清中的确出现了有抵抗力的物质。贝林称之为抗毒素。他使动物产生破伤风及白喉抗毒素，并将白喉抗毒素首先用在一个患白喉的小孩身上，效果非常好。于是，抗毒疗法立刻被采用，使白喉的死亡率大幅度下降。
P.埃尔利希与贝林合作大概地计算出了抗毒素的适当用量。（后来，P.埃尔利希还发现了治疗梅毒的特效药。）由于P，埃尔利希生性暴躁，后来就与贝林分道扬镳了，P.埃尔利希独自继续进行有关血清疗法基础理论的详细研究。贝林获得1901年第一届诺贝尔医学与生理学奖，P.埃尔利希也在1908年与一位俄国生物学家共获此项特殊荣誉。
抗毒素虽然免疫效果很好，但其效果无法维持长久，因为人体血液中若没有抗毒素就会失去免疫力。后来，法国细菌学家拉蒙发现，只要把白喉或破伤风的毒素用甲醛或加热处理，就可以使毒素的结构发生改变，形成一种新的物质，可以很安全地注入病人体内。这种经过处理的毒素叫做类毒素。注射类毒素后人体自身产生的抗毒素比动物的抗毒素效果要长久，而且必要时可以再注射而重获免疫力。因此，自从1925年类毒素问世之后，人们就不再恐惧白喉了。
人们还常用血清反应来鉴定疾病，其中以瓦色曼试验最为著名，此法是由德国细菌学家瓦色曼在1906年为了鉴定梅毒而使用的。这种技术是比利时细菌学家博尔德首先发明的，博尔德专攻血清中称做补体的部分，他证明补体是由一些互相联系的酶组成的一个复杂体系。由于在此方面的卓越成就，他获得了1919年的诺贝尔医学与生理学奖。
巴斯德与狂犬病毒艰苦奋战的过程，表明病毒并不容易对付。细菌可以在试管内的人造培养基中培养和控制，使其毒性降低。可是，用相同的方法对付病毒就行不通了，因为病毒一定要在活组织中才能生长。在治疗天花的实验中，牛痘病毒的宿主就是牛与挤牛奶女工；在狂犬病实验中，狂犬病毒的宿主就是兔子。用活的动物来培养病毒既不方便花费又大，而且耗时冗长。
1900～1925年间，法国生物学家卡雷尔成功地使组织在试管内存活。这一成果对医学研究具有重要价值，卡雷尔因此出了名。在他当外科医生时，就对组织培养产生了兴趣，他发明了移植动物血管及器官的新方法，因此获得1912年诺贝尔医学与生理学奖。为使切除下来的器官维持生命力，必须发明供给待移植器官营养的方法，他的方法就是用血液浸润器官并供给各种萃取物及离子。作为附带的收获，在林德伯格的协助下，卡雷尔发明了一种粗糙的机械心脏，用来推动血液流过培养的组织。
卡雷尔的装置可以使鸡胚的心脏活动34年之久，远比鸡本身的寿命长。他进一步尝试用组织培养来繁殖病毒。虽然他成功地使病毒在培养组织上繁殖了起来，但是为了取得纯种病毒，又不得不采取许多麻烦的灭菌措施，还不如用动物来繁殖病毒简便。
就在此时，有人发现用整个鸡胚来繁殖病毒比只用部分组织要好，因为，第一，鸡胚本身就是一个自给自足的有机体，无需供给养分；第二，有蛋壳防护，而且鸡胚本身对细菌有天然的抵抗力；第三，鸡蛋既便宜又可以大量获得。1931年范德比尔特大学的病理学家古德帕斯丘及他的同事成功地将病毒移入鸡胚内，首次使获取纯种病毒变得与获取纯种细菌一样简单。
1937年，利用鸡胚培养病毒的方法在医疗上取得了第一项重大的胜利。在洛克菲勒研究院，细菌学家仍在寻找进一步防止黄热病毒的方法。要完全消灭传播黄热病的蚊子毕竟是不可能的，而被感染的猴子仍然是热带黄热病的病源，经常地威胁着人们。该研究院一位来自南非的细菌学家泰累尔着手制取低毒性黄热病毒。他使病毒连续在200只鼠胚及100只鸡胚中繁殖，终于找到只会引起轻微症状而又对黄热病具有完全免疫力的突变种。由于此项成就，泰累尔荣获1951年诺贝尔医学与生理学奖。
利用胚胎培养病毒的方法虽已成功，但是无论在繁殖的速度、条件控制及效率上都比不上在玻璃器皿里培养。20世纪40年代末，哈佛医学院的恩德斯、韦勒以及罗宾斯改进卡雷尔的实验，获得令人满意的结果。（卡雷尔没有看到他们的成功，因为他在1944年就去世了。）恩德斯三人成功的原因在于有了防止细菌感染组织培养的新的有力武器——抗菌素。他们将青霉素及链霉素加入维持组织生存的血液中，结果细菌死亡了，病毒照常繁殖。随后，他们就以脊髓灰质炎病毒为实验对象，结果相当令人兴奋，脊髓灰质炎病毒在这种培养基中繁殖了起来。此项实验的成功使人类征服了脊髓灰质炎。他们三人因此共同获得1954年诺贝尔医学与生理学奖。
利用性情暴躁的猴子来培养脊髓灰质炎病毒既不安全又费钱，而现在可以在试管里培养这种病毒，因而可以用这种病毒进行大规模的实验了。由于组织培养法研究成功，匹兹堡大学的索尔克才得以对这种病毒进行化学处理，他发现被甲醛杀死的脊髓灰质炎病毒仍旧可以引起人体的免疫反应。他据此发明了闻名遐迩的索尔克疫苗。
脊髓灰质炎不仅致死率高而且病愈后常会有肢体麻痹的后遗症，此种情形对小孩尤其严重（因此，脊髓灰质炎又名为小儿麻痹症）。这似乎是一种近代流行病，在1840年以前没有这种流行病的记载。因为美国总统F.D.罗斯福也患了这种病，所以这种病格外引人注目，使征服脊髓灰质炎成为人类历史上战胜疾病的最光辉的胜利之一。当1955年审议委员会宣布索尔克疫苗确实有效时，这个消息立刻受到如同好莱坞首场演出式的欢迎。这是医学史上前所未有的盛况。这是理所当然的，因为索尔克疫苗的成功比起那些可以使人为之疯狂的表演更值得庆贺与赞扬。但是科学不是靠狂热的宣扬兴旺起来的。由于急于满足公众对疫苗的要求，显然造成了少量不合要求并能致病的疫苗样本外流，因而激起公众的强烈反对，使利用索尔克疫苗防止脊髓灰质炎的计划受挫。
虽然暂时受挫，但是后来人们发现索尔克疫苗的确有效，而且制造得当的话，也很安全，所以计划再度顺利进行。1957年波兰出生的美国微生物学家萨宾做了进一步的发展。他不像索尔克用死的病毒（病毒万一没有全部杀死仍会引起很大的危险），而用一种活的病毒菌株。此种菌株的病毒不会致病反而会使人产生抗体，这就是萨宾疫苗。萨宾疫苗可以直接口服，而不必采取皮下注射的方法。萨宾疫苗最先受到苏联的欢迎，然后传到东欧各国，1960年传入美国。从此，脊髓灰质炎给人们造成的恐惧解除了。
抗体
疫苗究竟是怎样抵抗疾病的呢？这个问题的答案可能会给我们一把了解免疫的化学钥匙。
半个多世纪以来，生物学家早已知道抗体是人体能抵抗感染的最主要因素。（当然，还有吞食细菌的白血球细胞，叫做吞噬细胞。吞噬细胞是由俄国生物学家梅奇尼科夫1883年发现的。梅奇尼科夫继巴斯德之后任巴黎的巴斯德研究所所长，1908年与P.埃尔利希共获诺贝尔医学与生理学奖。不过我认为，吞噬细胞对抵抗病毒无帮助，与免疫力的产生似乎也无关系。）病毒，实际上几乎任何一种异物，一旦加入肌体的化学过程就称做抗原。抗体是人体制造的一种抵抗特定抗原的物质，即抗体与抗原结合，使抗原无法发生作用。
在化学家真正找到抗体之前，他们就确信抗体一定是蛋白质。原因之一就是所有熟知的抗原都是蛋白质，蛋白质自然容易与蛋白质相结合；况且，只有蛋白质的精细结构才能识别出某种特定的抗原并与之结合。
早在20世纪20年代初期，兰德施泰纳（血型的发现者）做了一系列实验，结果证明各种抗体确实具有很强的专一性。他用以诱发产生抗体的物质不是抗原而是一些人所熟知的简单化合物，这些化合物都含有砷，称为对氨基苯砷酸。对氨基苯砷酸在与简单蛋白质（如蛋清中的清蛋白）结合的化合物中扮演了抗原的角色：当把它注入动物体内时，就会在血清中产生抗体。此外，这种抗体对它具有专一性，因为此种动物血清只凝集对氨基苯砷酸-清蛋白的复合物，而不与单独的清蛋白发生作用。有时候，的确可以使抗体与没有跟清蛋白结合的对氨基苯砷酸产生反应。兰德施泰纳还证明，对氨基苯砷酸结构上的某些微小改变都会在抗体上表现出来。由一种对氨基苯砷酸引起的抗体对结构略有改变的另一种对氨基苯砷酸不产生反应。
兰德施泰纳将与对氨基苯砷酸类似的化合物称为不完全抗原（或半抗原），它们与蛋白质结合会促使动物产生抗体。生物学家推测，天然抗原在其分子的某个特殊区域可能具有不完全抗原的作用。根据这个理论，细菌或病毒之所以可以制成疫苗乃是因为它们在经过处理后，结构发生了变化，足以降低其损害细胞的能力，但不完全抗原仍然完整如初，所以依然可导致抗体生成。20世纪80年代初期，由R.A.勒纳领导的一组科学家，模仿流行性感冒病毒，利用一种人造蛋白质，制成了一种合成疫苗，将此种合成疫苗注入天竺鼠体内，结果天竺鼠对这种病毒产生了免疫力。
探索天然不完全抗原的化学性质是一件有趣的事。如果它们的性质能够确定的话，那么或许可以利用这些不完全抗原或它们与无害蛋白质的结合物作为疫苗，来诱发某一特定抗原的抗体。这种做法可以避免使用毒素或低毒性病原体所带有的危险性。
一种抗原究竟怎样引起一种抗体的呢？P.埃尔利希认为，身体内平时有少量的各种可能需要的抗体存在，只要入侵抗原与合适的抗体产生反应，通过结合，抗体能够将毒素中和，使毒素不能参与任何有害于身体的反应，身体就会供给更多的这种抗体。虽然某些免疫学家仍笃信这一理论或其修正版，但这种说法颇令人怀疑。因为动物似乎不可能准备好千千万万种抗体以对抗各种抗原，包括对氨基苯砷酸之类的非天然物质在内。
另外一些人则认为，身体内存在着一般性蛋白质分子，这些蛋白质分子可以改变形状与任何抗原结合。也就是说，抗原充当了抗体成型的模板。1940年，泡令提出了这种理论。他认为，各种抗体只不过是同一基本分子的各种不同形式而已，所不同的只是折叠的方式。换句话说，抗体会随抗原而改变其形状，就像手套可随手形改变一样。
随着蛋白质分析技术的进步，1969年，由埃德尔曼所领导的科学家小组终于研究出由1000多个氨基酸组成的一种典型抗体的结构。埃德尔曼因此获得1972年诺贝尔医学与生理学奖。
卡普拉进一步证明，氨基酸链上确实有高变异区。很明显，氨基酸链上比较稳定的部分起着形成一个容纳高变异区的三维结构的作用，而高变异区可以通过链内氨基酸各种变化的结合和几何构型的变化自行确定适合某种抗原。
