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，從驅除鞑虜到敗退台灣的時期。中華大地戰火紛飛，硝煙彌漫，而整個人類也在經曆兩次世界大戰，戰争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。

生物化學研究起始于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，将微生物學推入了下一個階段。

随着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。

1928年英國細菌學家弗萊明由于一次幸運的過失，最早發現了青黴素，但由于當時技術不夠先進，認識不夠深刻，Fleming并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。

1944年9月5日，中國第一批國産青黴素誕生，揭開了中國生産抗生素的曆史。截至2001年年底，中國的青黴素年産量已占世界青黴素年總産量的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。

科學是把雙刃劍，微生物學也是如此，在這個特殊的時期，将生化武器用于戰争，是人類走向深淵的“文明”選擇。生物武器，由于以往主要使用緻病性細菌作為戰劑，早期它的名字便被稱為細菌武器。随着科技的發展，生物戰劑早已超出了細菌的範疇。生物武器的首次使用始于第一次世界大戰，但大量研制生物武器是在30年代确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，并于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于黑太陽。

微生物的發展期還有許多重要的進展，這這個特殊的充斥着人類最慘烈的戰争的時期，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産物。

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