病態生理学

1830年代のドイツでは、ヨハネス・ペーター・ミュラーが生理学研究を医学研究から独立した分野として確立する上で主導的な役割を果たした。1843年には、生物学と医学から生気論を排除する目的でベルリン物理学会が設立され、 1845年に同会に入会したヘルマン・フォン・ヘルムホルツは1847年に論文「エネルギー保存則について」を発表し、生理学の研究基盤を物理科学に還元する上で大きな影響力を持った。1850年代後半には、ミュラーの教え子であったドイツの解剖病理学者ルドルフ・フィルヒョウが細胞に焦点を当て、細胞学を生理学研究の中心に据えた。彼はまた、病態生理学を独立した学問分野として認識し、純粋な解剖病理学ではなく、臨床観察と実験に基づくべきだと主張した。^{[ 4 ]}ヴィルヒョウの影響は彼の教え子であるユリウス・コーンハイムにも及び、コーンハイムは実験病理学と生体顕微鏡の使用を先駆的に行い、病態生理学の研究をさらに発展させた。^{[ 4 ]}

1863年までに、ルイ・パスツールの酪酸への発酵に関する報告に触発されたフランス人のカシミール・ダヴェーヌは、牛の病気である炭疽病の重要な原因となる微生物を特定したが、血液からそれが日常的に消えてしまうため、他の科学者たちはそれを単なる腐敗の副産物だと推測した。^{[ 5 ]} 1876年、フェルディナント・コーンが細菌種の小さな胞子段階を報告したことを受けて、ドイツ人のロベルト・コッホはダヴェーヌのバクテリデスを純粋培養で分離し（これは細菌学を独立した学問分野として確立する重要なステップとなった）、胞子段階を特定し、ヤコブ・ヘンレの仮説を適用し、ダヴェーヌの結論を確認した。これは実験病理学にとって大きな功績となった。パスツールと同僚は、土壌中の胞子を介して自然環境におけるその役割を確認する生態学的調査を続けた。

また、敗血症に関しては、ダヴェーヌはウサギに非常に希釈した微量の腐敗した血液を注射し、病気を再現し、「腐敗の発酵」という用語を使用したが、これがパスツールの「発酵」という用語のように微生物を指すのか、それとも他の多くの用語のように化学物質を指すのかは不明であった。 ^{[ 6 ]} 1878年、コッホは『外傷性感染症の病因』を出版した。これはそれまでのどの著作とも異なり、歴史家が指摘するように、80ページにわたるこの著作の中で、コッホは「臨床的にも解剖学的にも病因的にも異なる多くの病気が、動物に腐敗した物質を注射することによって実験的に引き起こせることを、事実上決定的な方法で示すことができた」。^{[ 6 ]}コッホは細菌学とアニリン染料を用いた新しい染色法を用いて、それぞれの特定の微生物を特定した。^{[ 6 ]}細菌説は、「原因」という概念を科学的調査によって特定できるものとして明確化した。^{[ 7 ]}

アメリカ人医師のウィリアム・ヘンリー・ウェルチは、 1876年から1878年にかけて、ジュリアス・コーンハイムらの下でドイツ病理学の研修を受け、 1878年にニューヨーク市のベルビュー病院にアメリカ初の科学研究所である病理学研究所を開設した。 ^{[ 8 ]}ウェルチの講座には他の医学校の学生も参加し、他の医学校もそれに応えて独自の病理学研究所を開設した。^{[ 8 ]}ダニエル・コイト・ギルマンが初代学長として計画していた新設のジョンズ・ホプキンス大学医学部の創設学部長に、ジョン・ショー・ビリングスの助言を受けて任命されると、ウェルチは1883年に再びドイツへ渡り、コッホの細菌学の研修を受けた。^{[ 8 ]} ウェルチはアメリカに戻ったが、アメリカ医学の改革に熱心で、ヴィルヒョウの解剖病理学、コーンハイムの実験病理学、コッホの細菌学を融合させ、ボルチモアに移り住んだ。^{[ 9 ]}ホプキンス医科大学は、「四騎士」と呼ばれるウェルチ、ウィリアム・オスラー、ハワード・A・ケリー、ウィリアム・スチュワート・ハルステッドによって1893年に開校し、ドイツ科学医学の教育に特化したアメリカ初の医科大学となった。^{[ 8 ]}

最初の生物医学研究所であるパスツール研究所とベルリン感染症研究所は、それぞれルイ・パスツールとロベルト・コッホが初代所長を務め、1888年と1891年に設立されました。アメリカ初の生物医学研究所であるロックフェラー医学研究所は、1901年に設立され、「アメリカ医学の長」と呼ばれたウェルチが科学ディレクターに就任し、ジョンズ・ホプキンス大学時代の教え子であるサイモン・フレクスナーを病理学・細菌学研究所の所長に任命しました。第一次世界大戦と第二次世界大戦の影響により、ロックフェラー研究所は生物医学研究における世界有数の機関へと成長しました。

1918年のパンデミックは、その原因を必死に探るきっかけとなったが、ほとんどの死因は肺炎球菌の侵入によるものとすでに考えられていた大葉性肺炎であった。1928年、ロンドンで保健省の病理学者フレッド・グリフィスは、肺炎球菌の形質転換を記録し、それが毒性から非毒性に変化し、抗原型を切り替えられることを示した。まるで別の種であるかのように、肺炎の単純な原因に疑問を投げかけた。^{[ 10 ] [ 11 ]}ロックフェラー研究所のオズワルド・T・エイブリー（初期の肺炎球菌専門家）の研究室は、この報告に非常に困惑し、再現実験を拒否した。^{[ 12 ]}

エイブリーの夏休み中、イギリスからのものは何でも当然正しいと信じていたイギリス系カナダ人のマーティン・ヘンリー・ドーソンがグリフィスの結果を繰り返し、試験管内で形質転換を達成し、より精密な調査となった。^{[ 12 ]}帰国後、エイブリーはグリフィスの写真を机の上に置いておき、研究者たちはその足跡をたどった。1944年、エイブリー、コリン・マンロー・マクラウド、マクリン・マッカーティは形質転換因子がDNAであると報告したが、何かがそれに作用しなければならないという推測から広く疑問視された。^{[ 13 ]}グリフィスの報告当時、細菌に遺伝子があることさえ認識されていなかった。^{[ 14 ]}

最初の遺伝学であるメンデル遺伝学は1900年に始まったが、メンデル形質の遺伝は1903年までに染色体に局在することが判明し、染色体遺伝学となった。生化学は同じ10年間に出現した。^{[ 15 ]} 1940年代には、ほとんどの科学者は細胞を「化学物質の袋」、つまりブラウン運動する緩い分子のみを含む膜と見なし、特別な細胞構造は染色体のみであり、細菌にはそのような構造はないと考えていた。^{[ 15 ]}染色体DNAは単純すぎると考えられていたため、遺伝子は染色体タンパク質の中に探された。しかし1953年、アメリカの生物学者ジェームズ・ワトソン、イギリスの物理学者フランシス・クリック、イギリスの化学者ロザリンド・フランクリンは、DNAの分子構造（二重らせん）を推測し、それが暗号を綴っていると推測した。1960年代初頭、クリックはDNAの遺伝暗号の解読に貢献し、分子遺伝学を確立した。

1930年代後半、ロックフェラー財団は、生物と生命の根本的な説明を求める分子生物学研究プログラムを先導し資金を提供した。このプログラムは、主にカリフォルニア工科大学とヴァンダービルト大学の物理学者マックス・デルブリュックによって主導された。^{[ 16 ]}しかし、従来の光学顕微鏡では不明確な可視化しかできなかったため、細胞内のオルガネラの存在は議論の的となった。^{[ 15 ]} 1940年頃、主にロックフェラー研究所での癌研究を通じて、細胞生物学は、超遠心分離機と電子顕微鏡という新しい技術を応用して細胞の構造、機能、メカニズムを特定し解読することで、細胞学と生化学の間の大きなギャップを埋める新しい学問分野として登場した。 ^{[ 15 ]}細胞生物学と分子生物学という 2つの新しい科学が相互に絡み合った。^{[ 15 ]}

グリフィスとエイブリーに倣い、ジョシュア・レーダーバーグは数十年前に報告されていたものの議論を呼んでいた細菌接合を確認し、1958年のノーベル生理学・医学賞を受賞した。^{[ 17 ]}ニューヨーク州ロングアイランドのコールド・スプリング・ハーバー研究所では、マックス・デルブリュックとサルバドール・ルリアがファージグループを率いて、ワトソンを招き、ウイルス感染による細菌の変化を追跡することで細胞生理の詳細を発見した。このプロセスは形質導入である。レーダーバーグはスタンフォード大学医学部の遺伝学科の開設を主導し、生物学者と医学部門間のコミュニケーションを促進した。^{[ 17 ]}

1950年代、連鎖球菌感染症の合併症であるリウマチ熱の研究により、宿主自身の免疫反応が原因であることが明らかになり、病理学者ルイス・トーマスによる調査が活発化し、宿主組織を分解する自然免疫細胞マクロファージから放出される酵素の特定につながった。^{[ 18 ]} 1970年代後半、メモリアル・スローン・ケタリングがんセンターの所長であったトーマスは、後にロックフェラー大学の学長となるレーダーバーグと協力し、当時医学研究者がほとんど全く知らなかった疾患過程のメカニズムに関する基礎研究に米国国立衛生研究所の資金提供の焦点を移した。生物学者は疾患メカニズムにほとんど関心を持っていなかった。^{[ 19 ] [ 20 ]}