1897—1953年，人类对微生物的研究进入了第四个时期。这个时期正是国民党从无到有，从驱除鞑虏到败退台湾的时期。中华大地战火纷飞，硝烟弥漫，而整个人类也在经历两次世界大战，战争从某些方面也对微生物的认识也是起到了推波助澜的作用。
生物化学开启人类新篇章
生物化学研究起始于1883年，安塞姆·佩恩（Anselme Payen）发现了第一个酶，淀粉酶。1896年，爱德华·毕希纳阐释了一个复杂的生物化学进程：酵母细胞提取液中的乙醇发酵过程。“生物化学”（biochemistry）这一名词在1882年就已经有人使用；但直到1903年，当德国化学家卡尔·纽伯格（Carl Neuberg）使用后，“生物化学”这一词汇才被广泛接受。知道50年代DNA的发现，将微生物学推入了下一个阶段。
随着爱因斯坦对牛顿理论的挑战，整个科学界都从宏观研究转入微观世界，整个世界都在被微分计算，生物体也不例外。生物体是由一定的物质成分按严格的规律和方式组织而成的。人体约含水55－67%，蛋白质15～18%，脂类 10～15%，无机盐3～4% 及糖类1～2%等。从这个分析来看，人体的组成除水及无机盐之外，主要就是蛋白质、脂类及糖类三类有机物质。
青霉素拯救世界
1928年英国细菌学家弗莱明由于一次幸运的过失，最早发现了青霉素，但由于当时技术不够先进，认识不够深刻，Fleming并没有把青霉素单独分离出来。1929年，弗莱明发表了他的研究成果，遗憾的是，这篇论文发表后一直没有受到科学界的重视。
1938年，德国化学家恩斯特钱恩在旧书堆里看到了弗莱明的那篇论文，于是开始做提纯实验。1940年冬，钱恩提炼出了一点点青霉素，这是一个重大突破。
1941年，青霉素提纯的接力棒传到了澳大利亚病理学家瓦尔特弗洛里的手中。在美国军方的协助下，弗洛里在飞行员外出执行任务时从各国机场带回来的泥土中分离出菌种，使青霉素的产量从每立方厘米2单位提高到了40单位。
1943年，青霉素横空出世，迅速扭转了盟国的战局。战后，青霉素更得到了广泛应用，拯救了数以千万人的生命。到1944年，药物的供应已经足够治疗第二次世界大战期间所有参战的盟军士兵。
1944年9月5日，中国第一批国产青霉素诞生，揭开了中国生产抗生素的历史。截至2001年年底，中国的青霉素年产量已占世界青霉素年总产量的60%，居世界首位（这个第一未必是件幸事）。
1945年，弗莱明、弗洛里和钱恩因“发现青霉素及其临床效用”而共同荣获了诺贝尔生理学或医学奖。
1945年，英国化学家霍奇金(D.C.Hodgkin)用X射线衍射法测出了青霉素的分子结构。
提到生化武器，马上联想三个数：731
科学是把双刃剑，微生物学也是如此，在这个特殊的时期，将生化武器用于战争，是人类走向深渊的“文明”选择。生物武器，由于以往主要使用致病性细菌作为战剂，早期它的名字便被称为细菌武器。随着科技的发展，生物战剂早已超出了细菌的范畴。生物武器的首次使用始于第一次世界大战，但大量研制生物武器是在30年代确立了免疫学和微生物学之后。1936年，侵华日军在中国哈尔滨组建细菌研究部队，并于1939－1942年先后在中国多处投掷细菌弹。
微生物的发展期还有许多重要的进展，这这个特殊的充斥着人类最惨烈的战争的时期，发现微生物的代谢统一性，普通微生物学开始形成；开展广泛寻找微生物的有益代谢产物。
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