亚历山大·弗莱明在伦敦帕丁顿圣玛丽医院的实验室，1943 年。摄影：英国官方摄影师；帝国战争博物馆藏（TR 1468），经 Wikimedia Commons 发布，公有领域。
1929 年 6 月，伦敦圣玛丽医院的亚历山大·弗莱明在《英国实验病理学杂志》发表论文，报告一种青霉菌的肉汤滤液能抑制并溶解葡萄球菌等化脓性球菌，并称之为“青霉素”。论文设想它可作局部抗菌剂，主要用途却写成分离流感杆菌；直到 1940 年，牛津弗洛里、钱恩团队才用小鼠实验证明它能在体内治病。
1928 年 9 月的污染平板
弗莱明当时在圣玛丽医院接种部工作，正在研究葡萄球菌的变异菌落。据美国化学会（ACS）的史料，他于 1928 年 9 月 3 日休假归来，整理堆在实验台上的培养皿时注意到其中一皿：皿中长满葡萄球菌菌落，只有一团霉菌周围是一圈透明区，像是霉菌分泌了某种物质抑制了细菌。
论文开头对这件事的记录要克制得多。它没有日期，也没有休假归来之类的情节，只用被动语态写道：研究葡萄球菌变异株时，一批平板放在实验台上不时检查，检查中不可避免地暴露于空气，被多种微生物污染；“人们注意到，在一个较大的污染霉菌菌落周围，葡萄球菌菌落变得透明，显然正在发生溶解（见图 1）”。接着他转种这株霉菌，发现它在室温肉汤中培养一两周后，对许多常见致病菌具有明显的抑菌、杀菌和溶菌作用。今天流传的现场细节，例如弗莱明盯着平板说“真有意思”，来自同事普赖斯（Merlin Pryce）多年后的回忆。
这块平板能出现，本身也有偶然性。科学哲学家吉利斯（Donald Gillies）综述的史学研究提到，弗莱明的同事黑尔（Ronald Hare）后来尝试复现类似平板，发现并不容易：霉菌和葡萄球菌须在较低温度下生长；他查阅邱园气象记录，发现 1928 年 7 月 28 日之后约有九天异常凉爽，正值弗莱明离开实验室度假。污染菌株本身也少见，较可能的来源是楼下的拉图什（C. J. La Touche）为研究哮喘与霉菌关系而收集的霉菌样本。这些是史家依据回忆与旁证做出的重建，并非论文记载。
1929 年论文的写法：命名、方法与治疗设想
论文题为《论青霉菌培养物的抗菌作用，特别是其在分离流感杆菌中的用途》，1929 年 5 月 10 日收稿，刊于该刊第 10 卷第 3 期第 226–236 页。正文按细菌学报告的顺序展开：先描述霉菌，再检验抗菌物质的来源、测定方法、理化性质、抗菌谱、杀菌速度与毒性，最后讲它在培养基上的用途。
关于霉菌，弗莱明记录它起初是白色绒毛状菌落，几天后产孢，中心转为深绿色，并向培养基扩散亮黄色色素；参考真菌学家拉图什的意见，他判断它“最接近 P. rubrum”，后来的鉴定把它改为较罕见的点青霉（P. notatum）。他还用另外几种霉菌和 8 株青霉做对照，只有一株与原污染菌培养特征完全相同的青霉产生抑菌物质，由此说明这种能力并非所有霉菌共有。
“青霉素”这个名字在论文里是一个工作代号。弗莱明写道，为了方便，也为了避免反复使用“霉菌肉汤滤液”这个累赘说法，下文将用 penicillin 指代“这种特定青霉的肉汤培养滤液”。也就是说，1929 年的“青霉素”是一份粗制滤液，而不是经过提纯、结构明确的化合物。
检测方法很朴素：在琼脂平板上挖一条沟，填入琼脂与霉菌肉汤的混合物，再从沟边垂直划线接种各种细菌，看抑菌带延伸多远；需要定量时，就把滤液在肉汤中倍比稀释，以葡萄球菌是否长浑来判读。结果显示，质量好的样品稀释到 1:500 至 1:800 仍能完全抑制葡萄球菌；化脓性球菌和白喉杆菌最敏感，大肠—伤寒菌群、流感杆菌和肠球菌则基本不受影响。滤液在室温下放置 10 至 14 天会失去大部分活性，高压灭菌后基本被破坏，可溶于乙醇而不溶于乙醚和氯仿。
关于治疗，论文写得谨慎而分散。毒性试验显示，兔静脉注射 20 毫升滤液并不比同量肉汤毒性更大，约 20 克的小鼠腹腔注射 0.5 毫升无中毒症状，用于人体大面积感染创面冲洗和结膜冲洗也未见刺激；它对白细胞功能的干扰不超过普通肉汤。总结第 8 条据此提出，它“可能是一种有效的防腐剂”，可涂敷或注射到被敏感细菌感染的部位；讨论部分也说相关治疗实验“正在进行”。但论文里的动物实验只检验毒性，没有先让动物感染、再给药观察能否救活的保护实验。题目和篇幅更多给了另一种用途：在培养基半边滴加青霉素压制杂菌，从痰液和鼻咽拭子中分离出不敏感的流感杆菌。弗莱明与同事麦克莱恩（McLean）用这一方法检查了 25 名因“流感”住院的护士的咽拭子。
停在体外数据的十年
论文本身已经写下了令人犹豫的数据：它把青霉素归入“慢效防腐剂”，即使浓度达到完全抑菌所需的三四十倍，也要四个半小时以上才能杀尽葡萄球菌。史家依据实验记录补充了两项论文未写入的结果：1929 年 3 月 22 日，助手克拉多克（Stuart Craddock）给兔静脉注射 20 毫升青霉素，30 分钟后血样中的活性几乎消失；他还发现青霉素与血清混合后活性损失约四分之三。一种需要几个小时起效、却在半小时内从血液中消失的物质，在当时看来很难用作全身治疗。吉利斯认为，这些反面迹象对弗莱明的影响可能大于提纯困难；不过弗莱明没有留下说明研究转向的日记，这类解释属于推断。
提纯是另一道坎。ACS 史料记载，弗莱明让助手克拉多克和里德利（Frederick Ridley）尝试从滤液中分离纯青霉素，但这种物质很不稳定，他们只能得到粗制溶液；伦敦卫生与热带医学院的生物化学教授雷斯特里克（Harold Raistrick）随后也尝试提纯，同样失败。吉利斯的综述补充说，雷斯特里克能在酸性条件下把青霉素提进乙醚，却无法再把它取回来。
青霉素没有就此被遗忘，靠的恰恰是论文标题里的那个用途。圣玛丽医院接种部依靠生产疫苗维持运转，青霉素能帮助分离制备疫苗所需的流感杆菌，弗莱明因此一直培养这株霉菌，菌种也被分送到李斯特研究所、谢菲尔德大学医学院和牛津大学的病理学院。ACS 同样指出，分离用途对细菌学家有现实价值，让人们对青霉素的兴趣延续了下来。
1935 年弗莱明赠予圣玛丽医院同事道格拉斯·麦克劳德（Douglas Macleod）的青霉菌样本。图源：Science Museum London / Science and Society Picture Library，经 Wikimedia Commons 发布，CC BY-SA 4.0。
外部条件在 1935 年出现变化。德国法本公司（I.G. Farben）的多马克（Gerhard Domagk）团队报告，磺胺类药物百浪多息能治愈感染溶血性链球菌的小鼠，而这种药在培养皿里并不抑菌。吉利斯据此指出，这个例子说明只凭体外结果无法判断一种物质在体内是否有效，青霉素体外数据中的不利迹象也未必决定其体内表现。
牛津团队补上的提纯与动物保护实验
重新拾起这个问题的是牛津大学威廉·邓恩爵士病理学院。生物化学家钱恩在调查天然抗菌物质时读到弗莱明 1929 年的论文，起初以为青霉素可能是一种类似溶菌酶的酶。1939 年 9 月 6 日，英国对德宣战三天后，弗洛里向英国医学研究理事会提交经费申请，计划把青霉素制成可静脉注射的纯化形式，研究它在体内的抗菌作用；洛克菲勒基金会随后也提供了资助。
1944 年，霍华德·弗洛里在牛津大学威廉·邓恩爵士病理学院的办公桌前记笔记。摄影：英国新闻部摄影处；帝国战争博物馆藏（D 17803），经 Wikimedia Commons 发布，公有领域。
提纯先取得突破。1940 年 3 月，希特利（Norman Heatley）发现，在酸性条件下提进乙醚的青霉素可以再用碱性水溶液“反萃取”回来，正好解决了雷斯特里克卡住的那一步。部分纯化的样品注射到大鼠、小鼠、兔和猫身上，均未见毒性。1940 年 5 月 25 日，团队做了第一次小鼠保护实验：8 只小鼠腹腔注射链球菌，4 只不给药作对照，16 小时内全部死亡；给药的 4 只分别存活 4 天、6 天、13 天和 6 周以上。1940 年 8 月 24 日，相关结果以《青霉素作为化学治疗剂》为题发表在《柳叶刀》上。
人体试验需要的药量远多于小鼠。ACS 史料记载，团队每周需要处理多达 500 升霉菌滤液，只能用浴缸、便盆、牛奶桶等器皿培养霉菌，并雇用女工照料发酵，实验室几乎变成了工厂；亚伯拉罕（Edward Abraham）又用氧化铝柱层析去除杂质。1941 年 2 月 12 日，一名 43 岁的警察成为首位接受牛津青霉素治疗的患者，病情一度明显好转，但药物用尽后复发，于同年 3 月去世。1941 年 8 月 16 日，团队在《柳叶刀》发表《青霉素的进一步观察》，报告 5 名静脉给药患者、1 名口服用药婴儿和 4 例眼部局部用药的结果，并证明血液、脓液和组织成分不能阻止青霉素起效，这与克拉多克当年血清实验得出的印象正好相反。
回头看，1929 年论文与临床之间隔着三件弗莱明实验室当时没有完成的事：稳定提纯、先感染后给药的动物保护实验，以及足够人体使用的产量。前两件由牛津团队在 1940 年前后完成，第三件则在战时转到美国，由农业部北方地区研究实验室和多家药企扩大发酵生产。1945 年，诺贝尔生理学或医学奖由弗莱明、钱恩和弗洛里共享，授奖理由是“发现青霉素及其对多种传染病的疗效”。弗莱明的论文没有走完从现象到药物的路，但它保存了菌株、检测方法和边界清楚的体外数据，牛津团队正是从这里接手。
参考文献
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Fleming A. On the antibacterial action of cultures of a penicillium, with special reference to their use in the isolation of B. influenzae. British Journal of Experimental Pathology, 1929, 10(3): 226–236. PMC2048009
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Abraham EP, Chain E, Fletcher CM, et al. Further observations on penicillin. The Lancet, 1941, 238(6155): 177–189. doi:10.1016/S0140-6736(00)72122-2
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American Chemical Society. Discovery and Development of Penicillin. International Historic Chemical Landmark, 1999. acs.org
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Gillies D. Kuhn on Discovery and the Case of Penicillin. UCL Discovery. discovery.ucl.ac.uk
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NobelPrize.org. The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1945. nobelprize.org
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