1897—1953年，人類對微生物的研究進入了第四個時期。這個時期正是國民黨從無到有，從驅除韃虜到敗退臺灣的時期。中華大地戰火紛飛，硝煙瀰漫，而整個人類也在經歷兩次世界大戰，戰爭從某些方面也對微生物的認識也是起到了推波助瀾的作用。

生物化學開啟人類新篇章

生物化學研究起始於1883年，安塞姆·佩恩（Anselme Payen）發現了第一個酶，澱粉酶。1896年，愛德華·畢希納闡釋了一個複雜的生物化學進程：酵母細胞提取液中的乙醇發酵過程。“生物化學”（biochemistry）這一名詞在1882年就已經有人使用；但直到1903年，當德國化學家卡爾·紐伯格（Carl Neuberg）使用後，“生物化學”這一詞彙才被廣泛接受。知道50年代DNA的發現，將微生物學推入了下一個階段。

隨著愛因斯坦對牛頓理論的挑戰，整個科學界都從宏觀研究轉入微觀世界，整個世界都在被微分計算，生物體也不例外。生物體是由一定的物質成分按嚴格的規律和方式組織而成的。人體約含水55－67%，蛋白質15～18%，脂類 10～15%，無機鹽3～4% 及糖類1～2%等。從這個分析來看，人體的組成除水及無機鹽之外，主要就是蛋白質、脂類及糖類三類有機物質。

青黴素拯救世界

1928年英國細菌學家弗萊明由於一次幸運的過失，最早發現了青黴素，但由於當時技術不夠先進，認識不夠深刻，Fleming並沒有把青黴素單獨分離出來。1929年，弗萊明發表了他的研究成果，遺憾的是，這篇論文發表後一直沒有受到科學界的重視。

1938年，德國化學家恩斯特錢恩在舊書堆裡看到了弗萊明的那篇論文，於是開始做提純實驗。1940年冬，錢恩提煉出了一點點青黴素，這是一個重大突破。

1941年，青黴素提純的接力棒傳到了澳大利亞病理學家瓦爾特弗洛裡的手中。在美國軍方的協助下，弗洛裡在飛行員外出執行任務時從各國機場帶回來的泥土中分離出菌種，使青黴素的產量從每立方厘米2單位提高到了40單位。

1943年，青黴素橫空出世，迅速扭轉了盟國的戰局。戰後，青黴素更得到了廣泛應用，拯救了數以千萬人的生命。到1944年，藥物的供應已經足夠治療第二次世界大戰期間所有參戰的盟軍士兵。

1944年9月5日，中國第一批國產青黴素誕生，揭開了中國生產抗生素的歷史。截至2001年年底，中國的青黴素年產量已佔世界青黴素年總產量的60%，居世界首位（這個第一未必是件幸事）。

1945年，弗萊明、弗洛裡和錢恩因“發現青黴素及其臨床效用”而共同榮獲了諾貝爾生理學或醫學獎。

1945年，英國化學家霍奇金(D.C.Hodgkin)用X射線衍射法測出了青黴素的分子結構。

提到生化武器，馬上聯想三個數：731

科學是把雙刃劍，微生物學也是如此，在這個特殊的時期，將生化武器用於戰爭，是人類走向深淵的“文明”選擇。生物武器，由於以往主要使用致病性細菌作為戰劑，早期它的名字便被稱為細菌武器。隨著科技的發展，生物戰劑早已超出了細菌的範疇。生物武器的首次使用始於第一次世界大戰，但大量研製生物武器是在30年代確立了免疫學和微生物學之後。1936年，侵華日軍在中國哈爾濱組建細菌研究部隊，並於1939－1942年先後在中國多處投擲細菌彈。

在731部隊，日本人不但熱愛紅色的朝日，狂熱的軍國主義分子更熱衷於黑太陽。

微生物的發展期還有許多重要的進展，這這個特殊的充斥著人類最慘烈的戰爭的時期，發現微生物的代謝統一性，普通微生物學開始形成；開展廣泛尋找微生物的有益代謝產物。