基因工程的发展过程

由于分子生物学和分子遗传学发展的影响，基因分子生物学的研究也取得了前所未有的进展。它为基因工程的诞生奠定了坚实的理论基础。这些成果主要包括三个方面:一是在20世纪40年代确定了遗传信息的载体，即基因的分子载体是DNA而不是蛋白质，从而明确了遗传的物质基础；其次，在20世纪50年代，揭示了DNA分子的双螺旋结构模型和半保守复制机制，解决了基因的自我复制和传递问题。第三，50年代末60年代初，中心法则和操纵子理论相继提出，遗传密码被成功破译，从而明确了遗传信息的流动和表达。

通过应用类似于工程技术的程序，积极改造生物的遗传特性，创造出具有优良特性的新型生物，理论上是可以实现人们长久以来的愿望的。

然而，在20世纪60年代的科技发展水平上，基因工程的真正实施还存在一些问题:

为了更多地了解DNA编码的蛋白质以及DNA与基因的关系，我们必须首先了解DNA核苷酸序列的整体结构以及如何分离单个基因，这样我们才能在体外对其结构和功能进行深入的研究，这对于基因操作来说是一个非常重要的环节。20世纪70年代，两项关键技术:DNA分子切割与连接技术和DNA核苷酸序列分析技术，从根本上解决了DNA结构分析的问题。

利用核酸内切酶和DNA连接酶在体外切割和连接DNA分子是20世纪60年代末70年代初发展起来的一项重要的基因操作技术有人甚至说它是重组DNA的核心技术。1972旧金山H.W.Boyer实验室首次发现的EcoRI内切酶限制性内切酶意义重大。1967年，全球五个实验室几乎同时发现了DNA连接酶。在1970中，美国威斯康星大学H.G.Khorana实验室的一个团队发现，T4DNA连接酶具有更高的连接活性，有时它甚至可以催化两个完全分离的DNA分子的末端连接。到1972年底，人们已经掌握了几种连接双链DNA分子的方法。

20世纪70年代，将外源DNA分子导入大肠杆菌的转化现象获得成功。斯坦福大学的S.Cohen在1972中报道了用氯氧化钙处理的大肠杆菌细胞也能吸收质粒DNA。此后，大肠杆菌成为分子克隆的良好转化受体。不到四年时间，全球首家基因工程公司“Genetech”注册成立，意味着基因工程的实际应用进入了商业化运作的门槛。

在20世纪70年代早期，DNA重组在理论和技术上都是可能的。1972年，斯坦福大学P. Berg博士领导的研究团队率先完成了世界上首例体外DNA重组成功实验，并因此与W. Gilbert，F. Sanger分享了1980年诺贝尔化学奖。

基因工程是20世纪70年代在分子生物学和分子遗传学综合发展的基础上诞生的一门全新的生物技术科学。一般来说，基因工程是指基因层面的基因工程。它是人工提取一种供体生物的遗传物质——DNA大分子，在体外用适当的工具酶切割，连接上作为载体的DNA分子，然后与载体一起导入更容易生长繁殖的受体细胞，使外源遗传物质在其中“安家落户”，正常复制表达，从而获得。这一定义表明，基因工程具有以下重要特征:第一，外源核酸分子可以在不同的宿主生物中繁殖，可以跨越自然物种的屏障，将来自任何生物的基因放入新的生物中，新的生物可以与原生物无关。这种能力是基因工程的第一个重要特征。第二个特点是某个小的DNA片段在新的宿主细胞中被扩增，使得少量的DNA样本可以“复制”大量的DNA，大量绝对纯净的DNA分子群不被任何其他DNA序列污染。科学家将改变人类生殖细胞DNA的技术称为“生殖细胞疗法”，而所谓的“基因工程”则是针对改变动物和植物的生殖细胞。不管叫什么名字，改变一个个体生殖细胞的DNA，很可能会对其后代产生同样的改变。