1、基因工程
基因工程是指在基因水平上，根據人類的需要進行設計，然後按照設計方案創造出具有新性狀的生物新品系，並能使其穩定地遺傳給後代。基因工程采用的方法與工程設計非常相似，具有明顯的科學性和工程性同時兼備的特點。
生物學家在認識到遺傳密碼是通過RNA轉錄本表達的之後，也希望在分子水平上幹預生物的遺傳。1973 年，美國斯坦福大學的科恩教授將兩種質粒的不同抗藥基因 "切割 "下來，"拼接 "到同壹個質粒中。當這種雜交質粒進入大腸桿菌後，這種大腸桿菌可以抵抗兩種藥物，其後代具有雙重抗菌性，科恩的重組實驗拉開了基因工程的序幕。
DNA重組技術是基因工程的核心技術。重組，顧名思義，就是重新組合，即利用供體生物的遺傳物質或合成基因，經過體外切割，與相應的載體連接，形成重組DNA分子，再將重組DNA分子導入受體細胞或受體生物體內，構建出轉基因生物，按照人類事先設計好的藍圖，使其表現出另壹種生物的某種性狀。
2.DNA重組技術的物質基礎
（1）目的基因
基因工程是壹種有目的的創造性勞動，它的原材料是目的基因；所謂目的基因，是指用人工方法獲得的符合設計者要求的DNA片段。在適當的條件下，目的基因會以蛋白質的形式表達出來，從而實現設計者改造生物性狀的目的。
（2）載體
目的基因壹般不能直接進入另壹個生物細胞，需要與特定的載體結合才能安全地進入受體細胞。目前，常用的載體有質粒、噬菌體和病毒。
質粒是壹種環狀 DNA 分子，存在於大多數細菌和壹些真核生物的細胞中，位於細胞質內。許多質粒含有在某些環境中可能必不可少的基因。
噬菌體是壹類專門感染細菌的病毒，由蛋白質外殼和中心核酸組成。在感染細菌時，噬菌體將DNA註入細菌，以DNA為模板，復制DNA分子，合成蛋白質，最後組裝成新的噬菌體。當細菌死亡和破裂時，大量噬菌體被釋放出來，感染下壹個目標。
質粒、噬菌體和病毒的相似之處在於，它們都能將自身的 DNA 分子註入宿主細胞並保持完整，因此適合作為攜帶目標基因的載體。因此，基因工程中的載體本質上就是特殊的 DNA 分子。
（3）工具和酶基因工程需要壹套工具，從生物體內分離出目的基因，然後選擇合適的載體將目的基因與載體連接起來。DNA分子非常小，直徑只有20埃（10-10米）。DNA 分子非常小，直徑只有 20 埃（10-10 米）。基因工程實際上是壹種 "超微觀工程"，需要使用特殊的工具來切割、縫合和運輸 DNA。
1968年，科學家首次從大腸桿菌中提取出限制性內切酶。限制性內切酶的最大特點是高度特化，能識別DNA上特定的核苷酸序列，並在特定的切點切割DNA分子。自20世紀70年代以來，人們已經分離和提取出400多種限制性內切酶。自 20 世紀 70 年代以來，已分離和提取出 400 多種限制性內切酶，人們可以利用它們隨心所欲地對 DNA 分子進行長鏈切割。表 4-3 列出了壹些限制性內切酶的識別位點
1976 年，五個實驗室的科學家幾乎同時發現並提取了壹種酶--DNA 連接酶。從那時起，DNA 連接酶就成了把基因 "粘合 "在壹起的 "分子膠水"。
3、DNA重組技術的壹般操作步驟
典型的DNA重組包括五個步驟：
（1）目的基因的獲得
目前，獲得目的基因的方法主要有三種：逆轉錄法、從細胞基因組中直接分離法和人工合成法。
反轉錄法是通過反轉錄 mRNA 獲得目的基因的壹種方法。目前，人們已經用這種方法合成了兔、鴨和人的珠蛋白基因、羽毛角蛋白基因等。
從細胞基因組中直接分離目的基因常用 "鳥槍法"，因為這種方法就像用獵槍打鳥壹樣，所以又叫 "獵槍法"。用 "鳥槍法 "分離目的基因具有簡單、方便、經濟等優點。許多病毒和原核生物、壹些真核生物的基因，都是用這種方法成功分離出來的。
目標基因的化學合成是 20 世紀 70 年代以來發展起來的壹項新技術。運用化學合成法，可以在短時間內合成目的基因。科學家們先後合成了人類生長激素釋放抑制因子、胰島素和幹擾素等蛋白質的編碼基因。
（2）DNA分子的體外重組
體外重組是將載體與目標基因連接。例如，當使用質粒作為載體時，首先選擇合適的限制性內切酶切割目的基因和載體，然後使用 DNA 連接酶連接切割兩端的脫氧核苷酸。這樣，目的基因就被置入質粒 DNA 中，並通過重組形成壹個新的環狀 DNA 分子（雜交 DNA 分子）。
（3）DNA重組子的導入
目的基因載入載體後，需要將其導入受體細胞。導入的方法有多種，主要包括轉化、轉導、顯微註射、粒子轟擊和電穿孔。轉化和轉導主要適用於細菌等原核細胞和酵母等低等真核細胞，其他方法主要適用於高等動植物細胞。
（4）受體細胞的篩選
由於 DNA 重組體的轉化成功率不太高，因此需要從大量細胞中挑選出成功轉染成 DNA 重組體的細胞。應事先找到特定的標記，以證明導入是否成功。例如，我們常用抗生素來證明導入是否成功。
（5）基因表達
目的基因成功導入受體細胞後，必須通過合成新的蛋白質來表達其攜帶的遺傳信息，從而改變受體細胞的遺傳性狀。目標基因要在受體細胞中表達，需要滿足壹些條件。
例如，目的基因利用受體細胞的核糖體合成蛋白質，因此目的基因必須包含壹個功能片段，啟動受體細胞核糖體的工作。
這五個步驟代表了基因工程的壹般過程。人們掌握基因工程技術的時間並不長，但已經取得了許多具有實際應用價值的成果。作為現代生物技術的核心，基因工程將在社會生產實踐中發揮越來越重要的作用。
4、細胞工程
關於細胞工程的定義和範圍壹直沒有壹個統壹的說法，壹般認為細胞工程是以細胞生物學和分子生物學原理為基礎，利用細胞培養技術，在細胞水平上進行遺傳操作的技術。細胞工程大致可分為染色體工程、細胞質工程和細胞融合工程。
細胞培養技術是細胞工程的基礎技術。所謂細胞培養，就是從生物體的某個部位取出壹小塊組織，培養其生長和分裂的技術。細胞培養也叫組織培養。近二十年來細胞生物學壹些重要理論研究的進展，如細胞全能性的揭示、細胞周期及其調控、癌變機制和細胞衰老的研究、基因表達與調控等，都離不開細胞培養技術。
在體外細胞培養中，供給離開整個動植物細胞所需的營養的是培養基，培養基除了富含營養物質外，壹般還含有壹些刺激細胞生長發育的微量物質。培養基壹般有固體和液體兩種，使用前必須經過滅菌處理。此外，溫度、光照、振蕩頻率等也是影響培養的重要條件。
擴展信息：
生物工程是 20 世紀 70 年代初開始興起的壹門新興的綜合性應用學科。
所謂生物工程，壹般認為是以生物學（特別是其中的微生物學、遺傳學、生物化學和細胞學）的理論和技術為基礎，結合現代工程技術，如化學工業、機械、電子計算機等，並充分運用其最新成果而形成的壹門學科、充分利用分子生物學的最新成果，有意識地操縱遺傳物質，定向改造生物體或其功能，在短時間內創造出具有超遠程性狀的新物種，再通過適當的生物工程，創造出具有超遠程性狀的新物種，再通過適當的生物工程，創造出具有超遠程性狀的新物種。新物種，再通過合適的生物反應器對這類 "工程菌 "或 "工程細胞系 "進行大規模培養，從而產生大量有用的代謝產物或發揮其獨特生理功能的壹種新興技術。
生物工程包括五大工程，即基因工程（遺傳工程）、細胞工程、微生物工程（發酵工程）、酶工程（生化工程）和蛋白質工程。
在這五大領域中，前兩個領域是利用傳統細菌（或動植物細胞系）作為特定遺傳物質的接受者，使其獲得外來基因，成為能夠表達超遠程性狀的新物種--"工程細菌 "或 "工程細胞系"。
後三者的作用是為這壹具有巨大潛在價值的新物種創造良好的生長繁殖條件，進行大規模培育，以充分發揮其內在潛能，為人們提供巨大的經濟和社會效益。
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