依靠身体的自然免疫力或免疫预防的方法并不足以完全抵抗微生物的侵染。
微生物在适宜条件下，生长繁殖很快。因而病原菌在丧失免疫力或免疫力低下的人体中，数天内就可成千上万倍地增殖，从进入体内的少量细胞扩增到亿万个，导致感染性疾病。生了病要吃药，一旦诊断确定，就应选用合适的抗感染药物进行治疗，利用“外援”来杀死或抑制病原体，以协助机体加快恢复健康。
如果这些药是用来杀灭病原菌的某种化学物质，在医学上，叫做化学治疗剂，用某种化合物来控制疾病，就是化学治疗。
虽然生病吃药是由来已久的事，但直到19世纪末以前，几乎没有人说得清楚为什么药能治病。当医学微生物学家提出传染病是由于微生物侵染造成，而这种学说又被人们普遍接受之时，正是欧洲有机合成化学迅速发展的时候。德国人保罗·埃里希在1910年发明了治疗梅毒的特效药——洒尔佛散，在中国叫“606”，因为试验过606种化合物才找到这种特效药而得名。保罗·埃里希被人们尊为化学治疗之父，后来人们注意到许多染料也能杀死细菌，于是在1935年另一位德国化学家多马克获得了第一个高效抗菌的化学治疗药物——百浪多息。多马克和他的同事们认识到百浪多息用作治疗药物的原因是它能被微生物大量吸收，而且发现百浪多息在肝脏中被降解为磺胺类化合物而抑制细菌的生长，从此化学药物的开发进入了新时代。埃里希和多马克都荣获了诺贝尔医学生理学奖。磺胺药的问世，使曾经是头号杀手的肺炎和产褥热的发病率和死亡率都大大降低了。磺胺药的确是化学治疗工作者的一大胜利。
化学治疗的另一重大进展是抗生素的发现和应用。现在几乎人人都知道青霉素，在过去的半个多世纪中，青霉素挽救的生命多得不可统计，但发现青霉素的故事代代相传，至今仍然新鲜。英国细菌学家弗莱明在第一次世界大战结束后便开始探索消灭致病细菌的方法，十余年如一日地在实验室里辛勤工作。1928夏天，弗莱明在观察长在一个培养皿中的细菌时，发现培养皿中长了霉菌，这霉菌肯定是从空气中掉进去的，在他准备丢掉这个被污染的观察对象时，他发现培养皿中有霉菌生长的周围，原来生长着的细菌都消失了。细心的弗莱明认真记录了这个现象，把这种霉菌叫做青霉菌，并且认为是青霉菌分泌的某种物质杀死了细菌。于是弗莱明开始培养青霉菌，还用培养液做试验证明确实可以杀死细菌，他便把这种杀菌物质叫做青霉素。但是霉菌培养液中的青霉素含量很低，要治疗一个病人非用几万毫升不可，况且培养液中还有许多杂质，这些杂质进入人体很可能有害。要提取青霉素的纯品，在当时对弗莱明来说是太困难了。1929年弗莱明发表了自己的发现，希望有人继续研究。这时是20世纪30年代，606和百浪多息正好风行全球，化学合成药物正被人们狂热吹捧，弗莱明的发现便被人们忽视了。直到1938年，在英国剑桥大学取得博士学位的澳大利亚人弗洛里在牛津大学决定系统研究青霉素。在一位从德国流亡来的化学家钱恩的帮助下，他们成功地提取出这种物质，1941年这种效力高得惊人的化学治疗剂开始在病人中做试验，首次治愈了18个受细菌感染的病人。后来由于英国受到德国飞机的狂轰烂炸，这项药物开发工作转移至美国，美国则把这种新药的开发列为头号机密，以至战后英国人都要为使用这项技术而付专利费。
青霉素和在随后的十几年中相继问世的链霉素、氯霉素、四环素等数十种抗生素的出现，使人类战胜传染性疾病的主动权大为增强，有人在20世纪60年代说抗生素的应用使人类的平均寿命延长了十年。然而，道高一尺，魔高一丈，抗生素的广泛应用，导致抗生素抗性菌株及敏感病人的出现。以至现在使用的剂量比刚发明时高了数千倍，而且出现许多严重的副作用，例如链霉素会损伤听神经，四环素能破坏牙齿的釉质等等。医生们还发现，抗生素的滥用，使人体中正常菌群的结构发生很大变化，因为在杀死病菌的同时，许多对人体有益的细菌也被杀死了，使得不容易被杀死的微生物，例如多种霉菌和酵母菌乘虚而入引发另外一些更难治疗的疾病。以至于到70年代不得不禁止使用多种抗生素治疗人的疾病。当我们进入21世纪的今天，在我们不得吃药治病时，化学治疗剂仍然是主要的治疗传染病的药物。不过，现在人们对药物的要求是高效低毒。为了达到这个目的，药物学家们吸取了抗生素和化学合成药物的优点，在了解化学治疗剂药理和细菌为何能抗药的基础上，对抗生素进行人工改造，现在广泛应用的阿莫西林和先锋8号就是当前新一代的化学治疗剂。喹诺酮类是值得重视的一类化学合成药。自1979年第1个诺氟沙星发现后，迄今已有10余个新品种，应用于临床各科感染，取得显著效果，预期今后将有更大的发展前景。当然，从许多天然植物性中草药中精制的药物，或者人工合成的与天然产物化学结构相同的药物，也是比较安全的。例如人们常用来治疗肠道疾病的黄连素就是一种比较安全有效的治疗剂。
微生物的抗药性问题是在化学治疗剂和抗生素出现后突出起来的。当药物剂量小时，微生物可以通过自身调节来适应药物，自发产生不受药物影响的突变体。因此在用药时，首次给药时应为患者能接受的最大剂量，并在治疗中维持高水平药量，并且一定要按医生规定的服药量吃完，不要症状减轻了就停止服药，因为一旦药物在体内的剂量不够时，那些残余的病菌，或比较能耐受药物的病菌就很容易重新大量繁殖。微生物还能通过基因转移从另外的天然具有抗性的微生物获得抗药性。而且通过基因转移，微生物有时可以同时获得对多种药物的耐药性。所以当患者旧病复发或经过化学药物治疗后感染另一种疾病时，为防止侵染的微生物对早先用过的药物具有抗性，应当使用一种完全不同的药物来治疗。由于细菌很难对所有药物都有抗性，因此医生们现在更喜欢采用“鸡尾酒”式的多种药物来进行治疗。科学家发现有些细菌对青霉素有抗药性是因为它们能产生破坏青霉素的酶，所以前面提到的经过人工改造的抗生素就是不能被酶破坏的，这在很大程度上缓解了抗药性的问题。
化学疗法不仅使得细菌和原虫疾病得到很大的控制，而且使医学、生物化学和分子生物学有了惊人的进步。今天，只要诊断准确并有适当的条件，结核、肺炎、伤寒、鼠疫、炭疽、霍乱等都可治愈，甚至最无望的麻疯病也能得到控制。在1900年，每十万人有200人死于流感和肺炎，曾是人类的头号杀手，而在1990年每十万人中死于流感和肺炎的只有30人，其对人类的死亡威胁远远小于心血管疾病。尽管在世界上许多较不发达地区传染病仍会肆虐，但不再成为无法抗拒的灾难了。
到目前为止，令人头疼的是病毒性疾病。磺胺类和抗生素类药物是通过影响微生物的生长而发挥作用的。在发生微生物感染时，微生物生长很快，而其宿主即使处于生长状态其生长速度相对说来也很慢。因此，当药物作用于微生物和宿主时，只有微生物的生长会受到严重影响，而宿主则很少受影响。然而，病毒的生活方式与其它微生物却大相径庭。病毒生活在宿主的细胞内部，在进入宿主细胞后使细胞的新陈代谢发生紊乱，造成细胞对自身细胞器官的控制失调，结果细胞最终无法得到修复，反而产生出很多病毒。因此，对病毒有效的药物同样也会伤害健康的细胞。近来人们找到了一些治疗疱疹和某些流感有效的抗病毒药物，甚至治疗艾滋病的药物也已经出现，但是对于病毒的侵犯，到目前为止，我们主要还是依靠天然防御系统机能，利用各种疫苗增加免疫力。如果要用药物，可能主要还是特定对病毒作用的干扰素等。
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