前言
几年前在纽约客上刊登了一幅漫画。画中两个史前人在讨论: “有些事儿不大对劲儿——我们的空气是干净的，我们喝的水是无污染的矿泉水，我们每天都锻炼，我们吃的食物都是有机的和野生的。但是我们没人能活过30岁。”这幅漫画让人发笑也令人思考。是呀，我们该如何解释原始人提出的疑问呢？是什么样的变化使现代人的寿命远超过去呢？我脑海里首先跳出来的一个词是“抗生素”。
我们经常读到网络流行的穿越小说：生活在现代社会的男主角或女主角因为一起事故穿越到古代。凭借着现代人的意识、知识和技能，他（她）占尽优势，呼风唤雨，闯出一片天地。但是如果真有穿越的可能，大部分回古代的人可能结局并不美好。除非他（她）带一些青霉素回去，轻微的外伤引起的感染或一场瘟疫就可能让主角一命呜呼。而且这种结局的几率还不低：唐代人的平均寿命为27岁；宋代人稍微好一些，但也只有30岁。
远的不说，100年前的第一次世界大战中，死于伤口感染的士兵数远远高于在战场上阵亡的人数。感染致死的主要原因有破伤风，菌血症、败血症，链球菌，和产气荚膜梭菌引起的坏疽。在1931年前，人类对第一杀手细菌感染束手无策：肺结核、肺炎、瘟疫、霍乱、脑膜炎……我们人类每天的日常生活都是一场冒险。
一旦得了由于擦伤或咬伤而引起的皮肤感染，平均9个人中有1个会失去生命；感染上肺炎后，10人中有3人会丧命；生孩子的过程对所有母亲来说都是一个鬼门关，仅感染引起的死亡率就高达二百分之一。
但时隔20年，到了第二次世界大战，这种状况就大为改观。这20年发生了什么？答案是抗生素的发现。先是德国拜耳公司的科学家多马克为首的团队研发的磺胺药，接着是英国研发出的青霉素（penicillin, 又译成盘尼西林）。
二战结束后，世界进入了一个抗生素的黄金时代：链霉素、头孢菌素、四环素、氯霉素等相继上市。磺胺药是人类第一个用化学合成的方法生产的抗生素。它使人类第一次对链球菌引起的感染有了有效的治疗方式。磺胺药也可以治疗脊髓性脑膜炎，淋病和部分肺炎。
青霉素在历史上有着极其特殊的地位。同磺胺药相比，青霉素有更广谱的杀菌性和更小的副作用。它是第一个严格意义上的抗生素。开发它的历史也跌宕起伏。
它的发现、开发和产业化与第二次世界大战的历史交织在一起。在英国一个实验室的偶然“事故”导致了它的发现。但论文发表后却将近10年无人问津。在二战前夕这篇论文被重新挖掘出来，由英国的另一个团队继续开发，将它推向世界舞台。但青霉素的最终大规模生产需要美国的国家机器参与，通过政府、农业部和制药工业的紧密合作来完成。青霉素成为盟国除了原子弹之外的第二个秘密武器，也缔造了美国现代医药产业。
青霉素的历史跨越超过20年，主要发生在欧美两个大洲，可以简单地分为三个阶段：发现、开发、和产业化。
发现
一提起青霉素，大家就会想起亚历山大·弗莱明。在发现青霉素时，来自苏格兰的弗莱明任职于人才济济的英国圣玛丽医院的疫苗研究实验室。该实验室是在1902年由41岁的传奇人物莱特爵士建立的。莱特曾因为发明了伤寒疫苗而使英国部队在印度和第一次世界大战中减少了数万人的伤亡。
1906年，25岁的弗莱明开始在疫苗实验室任职。他又瘦又矮，性格内向，说话声音小。据他的朋友描述，和弗莱明交谈并不是一件愉快的事：“和他谈话就好像和一个人在打网球。当你把球打过去后，他把球用手抓住，再揣进兜儿里。”弗莱明虽然不擅长人际交往，但他喜欢和细菌、真菌相处。作为外科医生出身，他训练有素，有敏锐的观察力和超强的动手能力。他在培养皿中的培养基上接种细菌时，经常将几种不同菌株划到一个培养皿中。
等菌群长出来时，培养皿中竟是一个彩色的芭蕾舞演员的画。这表现了他性格里戏谑的一面，也体现了他的对不同菌种惊人的了解和细致的手法。要知道，他在接种细菌时并不能看到其颜色，就好像在黑暗中作画一样。
弗莱明的科学生涯中的两次最大的发现都来自“意外”。1922年，他一不留神让自己的鼻涕掉落到手中的培养皿中，结果后来的发现鼻涕周围不长菌——这让他进一步发现了溶菌酶。第二次“意外”导致了青霉素的发现。
1928年，根据弗莱明后来的回忆，当他8月份离开实验室去休假时，他把几十个长有葡萄球菌的培养皿遗忘在实验台上。当他9月3日回来时，他发现其中一个培养皿已被真菌污染。由于“不小心”，实验室的一扇窗户一直开着，某些真菌从室外飘进来，污染了那个培养皿。他看到了比六年前更惊奇的现象：真菌菌落周围所有葡萄球菌都消失了，形成一个空环。弗莱明准确地猜测，是那种真菌分泌了某种物质，杀死了葡萄球菌。
那种真菌是青霉菌，弗莱明把那种神秘物质称为青霉素。
但是弗莱明描述的过程有太多的巧合：实验室的那扇窗很少有人打开过；空气中恰含有青霉菌，并且准确落到了培养皿中；他不早不迟，恰好在青霉菌菌落长到一定大小，还没来得及覆盖整个培养皿时回到实验室。多少年后人们弄清了青霉素的机理时，再回头看，发现弗莱明的解释不大合理。
青霉素的机理是阻止细菌在细胞分裂的过程中建造新的细胞壁，所以它对已经建立的菌群杀伤作用并不大，不会在已铺满了菌的培养基表面上生生地造出一个无菌环带。
弗莱明关于青霉素的几点发现也是科学上不可磨灭的开创性的工作：1）青霉素可以杀死几种细菌，包括葡萄球菌和链球菌，但对某些细菌如伤寒杆菌无效。2）青霉素对非细菌细胞无害。这样从理论上讲，它可以成为副作用小的抗生素，并可在人体内使用。这同以往的抗菌物质都不一样。消毒剂比如水银或苯酚，可以杀菌，但对人细胞也有毒性，所以不能用于体内。
但弗莱明的工作也有其局限性。他始终没有在受感染的动物中进行过测试，其根本原因是无法得到纯的或高浓度的青霉素。有三个瓶颈他始终无法克服：1）无法提取高浓度的青霉素，纯度最多只达到1ppm或0.0001%；2）产量太低；3）无法解决青霉素的不稳定问题。青霉素在提纯的过程中往往失活。由于拿不到浓缩品，弗莱明对“霉汁”里的青霉素是什么东西判断不清——他当时认为是一种酶。
青霉素的继续开发需要一个完整的团队。而这个团队出现在9年后离圣玛丽医院不到60英里的牛津大学。团队的主要成员个性鲜明，相互之间矛盾重重，但才能高度互补。以今天的眼光来看，牛津团队都离完美相差甚远。但就是这样一支团队，在战火纷飞的年代，克服现实中的重重困难和人性的种种缺点，将一个已被世人遗忘的发现从故纸堆里找出来，打磨掉锈渍，让青霉素焕发出应有的光芒，把它从科学的发现转变为临床的应用。
团队的领头人是霍华德·弗洛里，一位来自澳大利亚的医生。他身材修长，年轻时酷爱体育。1922年1月23日，凭借着罗德奖学金，刚获得医学博士的23岁的弗洛里来到牛津大学的病理系进修。在一串串闪闪发光的名字中间，弗洛里无疑是第一个改变世界的罗德学者。
两年之后，在发表了4篇论文后，弗洛里又获得了洛克菲勒基金会的资助，在美国的几个实验室轮流做科研。1935年回到牛津大学成为威廉·邓恩病理学院的主任。弗洛里才华横溢，热爱科研，一周有7天在实验室里工作。他性情生冷，做事简单粗暴，不擅于和人打交道。他的婚姻是一场灾难。
弗洛里执管邓恩病理学院后的第一个任务是雇请优秀的生物化学专家。恩斯特·钱恩是来自德国的一位化学家，比弗洛里小8岁。
他的父亲是来自俄罗斯的犹太人，母亲是德国人。1930年，刚获得化学博士学位的钱恩离开德国来到英国从事科研工作。他有用之不竭的奇思妙想和惊人的记忆力。在实验室里，他就相当于今天的科技文献互联网索引。很多同事向他请教时，他都能准确地指出相关的论文，期刊的名称和页数，甚至一字不差地把原文的重要段落背下来，以及那个段落在论文的第几页上。他还是一个钢琴演奏家。
幸运的是，团队的第三位成员是比钱恩小5岁的诺曼·希特利。他是土生土长的英国人，身材颀长，举止优雅，性格温和，为人谦虚。希特利是剑桥大学毕业的生化博士，也是一位机械天才——他能在最短的时间把多余的零配件、别人丢弃的垃圾和日常用品组装成一台台能高效运转的实验装置。他是实验室里的万金油和问题解决者。
1937年左右，弗洛里团队在研究溶菌酶时首次注意到弗莱明的1929年青霉素论文。但是是谁先读到这篇论文还存在争议——钱恩和弗洛里后来都坚持是自己先发现了这篇论文，然后推荐给对方。事情久远，已无法考证，但有一点是可以肯定的：在之前的8年里，弗莱明的论文的引用数为0。
阻止青霉素重见天日的根本障碍是，还没人能够成功地生产即使很少量的相对纯一些、稳定一些的青霉素。攻克这一障碍不再是一个单纯的科学问题，而变成了一个工程问题。而解决工程问题的最佳人选是希特利。在攻克很多具体问题时，弗洛里和钱恩要完全依赖希特利的双手和大脑的完美结合。
当希特利接手项目时，生产青霉素的现有方法是让青霉菌在厚度不超过1.5厘米的琼脂盘上充分生长。
当霉菌的枝状菌丝体在琼脂表面上生长，变干后，在其表面上会形成黄色的“霉汁”，可用玻璃吸管收集。希特利在青霉素的生产和提纯过程中引进了几点创新：1. 改进培养青霉菌的培养基和控制条件，增大产量并缩短其生长周期；2. 他发明了定量测量抗菌活性的方法；3. 把青霉汁转变为青霉素粗品；4. 用改进的纯化方法，他也解决了稳定性问题。
希特利的样品为钱恩的下游实验提供了基础。他们尝试着把青霉素粗品注射到小鼠体内。和弗莱明一样，钱恩也一直认为青霉素是某种蛋白，是一种溶菌酶。但随着更多实验的完成，他们发现青霉素可以穿过玻璃纸的筛孔，又不会引起小鼠的免疫反应。青霉素不可能是蛋白！另外，令他们惊喜的是，青霉素对小鼠没有毒性。他们意识到青霉素有可能就是这种理想的抗生素。
在实验室值最后一班的是希特利。当等到对照组最后一只小鼠倒下时，他放下实验记录，解脱、欢乐、幸福已充溢着他的全身。他4点钟离开实验室。迎着天边的第一道曙光，希特利在空空荡荡的街道上骑着自行车。他仿佛在云中飘行。在那个凌晨，他见证了即将改变世界的奇迹。
（未完待续）