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刚刚从阿德莱德医学院毕业的霍华德·弗洛里（Howard Florey）最初以罗兹学者（Rhodes Scholar）[11] 的身份漂洋过海来到牛津。他的父亲在几年前去世了，这位雄心勃勃的澳大利亚青年在这里开始了为期三年的病理学学习，由此迈出了自己职业生涯的第一步。申请入学期间，弗洛里获得了多个奖学金。除了罗兹奖学金之外，他还拿到了洛克菲勒基金会奖学金，于是在研究生期间，他先后前往纽约、芝加哥和费城进行访学研究。他在哥本哈根、维也纳和马德里也有短期访学经历，1927年还获得剑桥大学的博士学位，因而具有无与伦比的教育背景。1935年，他被任命为邓恩病理学院的第二任院长，转向研究细菌在肠道的不可渗透性，以及研究溶菌酶是否在胃肠道中起了抗菌的保护作用。弗洛里表现出非凡的魄力、智慧和领导才能，正在一个专业领域中砥砺前行。他只需要一位志同道合、才智比肩的战友。
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1906年，恩斯特·钱恩（Ernst Chain）出生于柏林的一个俄罗斯人和犹太人的移民家庭。像弗洛里一样，钱恩的父亲在他上学时就去世了，那时他只有13岁。弗洛里颇具运动天赋，在网球、板球和橄榄球方面十分出色，而钱恩是一位钢琴演奏家，曾在多个大洲办过音乐会。钱恩毕业于腓特烈——威廉大学，也就是今天的柏林洪堡大学。1930年，他又从柏林夏里特医院的病理学研究所学成毕业。照片中的钱恩看起来特别像阿尔伯特·爱因斯坦。这位年轻的病理学家在各个方面都像一个真正的天才，而他也的确是个天才。1930年4月，他开始在大学学院医院的化学病理学实验室工作。几年后，钱恩得到了剑桥的一份研究工作。在那里又工作了几年后，他成为邓恩学院的生物化学家，在霍华德·弗洛里手下工作。
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霍华德·弗洛里成功地招入了一名接受过世界级培训的科学家（换句话说，一个德国化学家），能够帮助他从生物学领域研究感染和免疫。他找不到比钱恩更好的同事了。钱恩后来写道，他“激发积极性的主要原则……向来是寻找一种有趣的生物现象，它可以从化学基础或生物化学基础的层面来解释，然后他试图分离出造成这一现象的活性物质，并且/或者研究它们的作用方式”。[12]
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在实验室工作的人都知道，每周的例会是研究成果的命脉。开会时，实验室主任会询问特定实验的进度，并请研究小组的各个成员对实验结果的意义进行评论。预期之外的结果是主要关注对象，因为它们可能意味着实验失败，或者出现了新的检验途径。还有一类议程偶尔在周会上出现，对全新的调查研究项目进行审议，通常是以新发表的文章或演讲报告为基础的。展望新研究能够为渴望实现突破的实验室点亮未来之光，有时候，激发新想法的最好方式是挖掘以前的研究出版物，重启一个尚未得到充分探索的尘封概念。
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有关青霉素研究者先驱的故事很多听起来真假难辨，但邓恩学院实验室工作人员的一次下午茶讨论使人印象深刻。弗洛里和钱恩讨论起弗莱明于1927年发表的一篇没了后续的文章。尽管没有研究团队在探究青霉菌的副产物方面取得成功，但弗洛里之前的院长对它进行了深入的思考，并将青霉菌及其他微生物的样本冰冻起来，作为抗菌物质的潜在来源。于是在1937年，也就是小富兰克林·德拉诺·罗斯福接受了挽救其生命的磺胺类药物一年之后，弗洛里与钱恩开始了这项几乎不可能完成的任务——有效培养青霉菌并生产青霉素。对于这个研究小组来说，战斗已经打响，尽管任务艰巨，难以完成，可如果他们希望了解这些毛茸茸的白色霉菌的防御机制，就必须付出不懈的努力。不论这次例会是一时兴起的探讨，还是按部就班的计划，它都将具有划时代意义。
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诺曼·希特利（Norman Heatley）是恩斯特·钱恩在剑桥的同辈，虽然他是一位理学博士出身的科学家，但他的技术特长是随便用零件和废料组建实验室仪器，堪称第二个罗伯特·胡克。由于实验室预算极其有限，甚至有人说“把邓恩的课题经费称为贫困都是在奉承他”[13] ，希特利是不可或缺的一员。世界上没有人知道如何成功地培养出青霉菌，所以这需要创造力、顽强的毅力、敏锐的洞察力，还有好运助一臂之力。身材挺拔的希特利谦逊有礼、文质彬彬，他没有浪费一分一秒就破译出了培养青霉菌的理想环境。
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1939年，人们对青霉菌生命周期的认识逐渐清楚起来。青霉菌培养基的琼脂表面会长出一层薄薄的白毯，逐渐成熟后会长出菌丝分支，并产生富含青霉素的液滴，干燥之后会变成黄色。这些液滴可以用移液管来收集，但是，收集得太早会制约产量，等待时间太长又会使真菌过度饱和，抑制进一步生长。
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霉菌在琼脂上充分生长，却没有额外的营养物质来供给“霉汁”的生产，所以产出的“霉汁”少而珍贵。于是希特利转而尝试其他的生长容器并改变了温度。他以硝酸盐、盐、糖、甘油和肉浸液作为养料，又在空气中充入氧气和二氧化碳，后来他还加入啤酒酵母。你看到希特利配置的诱导培养基不免会问，他到底更像是厨师、园艺师和酿酒师，还是科学家？
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1939年9月1日，希特勒入侵波兰，这让研究进程更加紧迫起来。钱恩无法再回到德国，也无法营救他的母亲和妹妹，最后她们都死于纳粹集中营。不出几日，英国和法国向德国宣战，让青霉素生产和测试的紧迫性更上一层楼。进入1940年之后，研究人员继续改进霉菌培养过程，扩大青霉素的生产，但是最终成品还没有进行过测试。
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1940年3月19日，第一批适量的青霉素终于处理完毕并通过了稳定性测试。作为化学专家的钱恩开始确定青霉素分子的类型。在非常原始的测试条件下，钱恩惊讶地发现青霉素分子并非一种蛋白质，却无法立刻分辨出它到底是 什么。临床分析的第一步是将收集来的青霉素全部注入两只老鼠的腹部。令研究小组感到欣慰的是，小鼠都对注射表现出了耐受性，没有出现意外反应。更棒的是，通过尿液代谢排出体外后，青霉素没有发生改变。
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对青霉素生产的研究继续推进。两个月后，1940年5月25日，牛津邓恩学院的研究人员对受到感染的老鼠进行了分组实验。8只小鼠感染了链球菌，其中4只得到一系列青霉素注射液的治疗，另外4只作为对照组的小鼠未接受任何治疗。第二天早上，未接受治疗的4只小鼠全部死亡，而注射了青霉素的4只小鼠都好端端地活着。“魔弹”终于从自然界分离出来，而且恰逢其时。一天之后，就发生了敦刻尔克大撤退。人们首次拥有了一种广泛适用、疗效显著的抗生素，这将如何帮助盟军，我们可想而知。
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对于牛津研究小组来说，为青霉素的生产准备原材料，仍然是一项巨大的挑战，尤其考虑到纳粹将不列颠群岛严密包围，英国人缺乏物资支持。1941年伊始，邓恩学院的原始仪器加速了抗生素的生产，其产量首次达到能以人类为实验对象的水平。
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1940年秋天，牛津当地警察阿尔伯特·亚历山大被玫瑰花丛中的一根茎刺划伤了脸。简单清洁伤口无济于事，他的脸部和头皮出现了革兰氏阳性菌的继发性感染。随着英国进入阴云低沉、白日短暂的漫漫冬季，阿尔伯特的感染蔓延到躯干、手臂、肺部和左眼。经磺胺类药物治疗无效之后，不断渗出脓液的肿块突然遍布全身，左眼必须通过手术摘除。亚历山大先生被病痛折磨了几个月后，面临着死亡的威胁。于是，在1941年2月12日，他成了世界上第一位因感染而接受青霉素治疗的人。
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静脉注射青霉素从早上开始，每三小时一次。到第二天，患者的脸部消肿了，体温也恢复了正常，脓液的渗出状况立即得到了缓解，警察先生已经可以进食，每个人都欣喜若狂。那场面看起来一定像个奇迹，然而青霉素产量跟不上治疗进度，这严峻的现实挫败了胜利的喜悦，尤其是在第二位需要青霉素的患者出现之时。15岁男孩亚瑟·琼斯在髋部手术后发生了危及生命的感染。亚历山大已经接受了为期五天的青霉素治疗，基本上耗尽了弗洛里和钱恩持有的库存；又过了10天，他的病情保持稳定。
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两位患者都需要昼夜不停地接受注射治疗。药品的极度短缺使研究人员不得不收集亚历山大的尿液并对其进行再次加工处理。一个自行车大队往返于拉德克利夫医院[14] 和邓恩实验室之间，维持着首批接受青霉素治疗的患者的生命线。亚瑟·琼斯所使用的青霉素，一部分来自亚历山大的尿液，一部分从希特利制造的奇妙装置中新收集而来。[15] 苦苦挣扎了一个月之后，阿尔伯特·亚历山大最终没能熬过人类古老的宿敌，但青霉素还是表现出了明显的疗效。另一边，年轻的亚瑟·琼斯活了下来。
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弗洛里和钱恩正确地推测出，他们发现的小分子可能是一项惊天突破，是那种可以让他们赢得声誉并去一趟斯德哥尔摩的大发现。但是眼下更急迫的需求是改进大规模生产方式。英联邦国家无法满足需求，而德日意是敌人。
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美国成为另一种选择。在第二次世界大战之前，美国就开始朝着世界唯一超级大国发展。美国的制造业巨头使这个相对年轻的国家转变为GDP（国内生产总值）巨人。尽管它与德国相比，在化学领域和科学领域的经验尚浅，但是“美国农业生产的先进程度和产能在世界上是独一无二的”。[16] 于是在1941年6月，弗洛里和希特利从英格兰飞往葡萄牙里斯本，经过三天的中转，他们登上了一架泛美航空公司的波音飞机“迪西飞剪号”飞越大西洋，于7月2日降落在拉瓜迪亚机场的海空航站楼。
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现在回想起来，那次美国之行是一场全面的胜利。位于纽约都市圈的辉瑞（Pfizer）、施贵宝、默克等新兴制药公司都读过1940年8月发表于《柳叶刀》的文章《化学治疗剂青霉素》（“Penicillin as a Chemotherapeutic Agent”），十分渴望与弗洛里和希特利会面。不过最重要的合作关系是他们与美国农业部研究实验室科学家们的合作。
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美国农业部实验室的任务是改善农业生产，同时确保农作物、肉类、家禽和鸡蛋安全，对人健康，直到今天仍是如此。农业部的北方实验室位于伊利诺伊州的皮奥里亚，在弗洛里和希特利到来之前，科学家们已经从世界各地收到了几十份青霉菌样本。虽然牛津研究小组人才济济，但是其中没有真菌学家。鉴别青霉菌的最强效菌株以及生产青霉素的最有效方法，很快就完全由皮奥里亚的美国农业部实验室掌握。短短几个月内，青霉素的生产能力就提高了1 000倍。经过几轮测试后，青霉菌的一支菌株被分离出来，成为“世界上几乎所有青霉素的始祖”，[17] 它源自皮奥里亚当地市场上的一个甜瓜。[18]
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美国农业部实验室不仅成功地发现了理想的青霉菌菌株，还改善了发酵方式。在这场追求“更好的种子、更好的土壤、更好的培养和采集技术”[19] 的竞赛中，他们胜出了，美国和英国的制药公司将开始利用这些技术来满足生产需求。为了鼓励制药公司参与生产青霉素的挑战，美国政府为新兴公司建立起前所未有的财政支持和产权保护体系，为其在战后立刻出现的爆炸式增长奠定了坚实的基础。战时科学研究与发展办公室和医学研究委员会推行了一个综合项目，以应对战争中的医疗问题，本质上讲，这是使美国的科学研究变成武器以对抗轴心国。到20世纪50年代，政府的资金支持、先进的研究项目、新医院的建设以及外科专业技能的掌握等一系列令人眼花缭乱的发展汇流成河，开启了现代医学革命，而形成这些发展的部分原因是政府批准以工业化的规模培养青霉素。
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1942年—1945年美国的青霉素生产呈指数级增长，而奇怪的是，德国却几乎没有研发抗生素。几十年前，利斯特对伤口使用的石炭酸疗法为德国人所采用，改变了普法战争的局势。德国士兵从战伤中活了下来，而法国士兵没能幸免于难。然而第二次世界大战期间战事日益激烈，成千上万的德国士兵死于伤口感染。与此同时美国制药商加速了青霉素的生产，为诺曼底登陆做了准备。
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为什么德国人没有花些时间和金钱来研发抗生素呢？他们不是世界上最伟大的化学家吗？
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部分原因是对燃料的需求。除了罗马尼亚以外，大西洋与乌拉尔山脉之间没有像样的油田，纳粹政府必须将全部科学资源都用来开发制造合成燃油和合成橡胶。德国人依靠只对部分疾病有效的磺胺类抗菌药，将剩下的精力和财力都用来支持作战。
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纳粹在科学研发方面失败的另一个主要原因是，那个最初让世界羡慕不已的教育体系发生了毁灭性的倒退。在纳粹的控制下，经过几十年努力才得到的科学自主权突然间消失了，“美国的科学家、大学和医疗专业……主要是在独立的研究机构中运作的，而不在政府的实验室里，极少受制于人”。[20] 此外，许多有天赋的犹太裔科学家要么被杀害，要么逃离祖国，让从前德国研究机构引以为傲的智库日趋衰落。
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德国再也没有恢复化学和生物学的世界领导地位。
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