脱氧核糖核酸的历史演变
20世纪初，德国海盗船(1853-1927)和他的两个学生琼斯(1865-1935)和莱文(1869-1940)搞清楚了核酸。核苷酸由碱基、核糖和磷酸组成。碱基有四种(腺嘌呤、鸟嘌呤、胸腺嘧啶和胞嘧啶)，核糖有两种(核糖和脱氧核糖)，所以核酸分为核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)。
急于发表自己研究成果的莱文误以为核酸中四个碱基的量是相等的，并由此推导出核酸的基本结构是由四个碱基不同的核苷酸聚合成核酸的四核苷酸，提出了“四核苷酸假说”。这种错误的假设极大地阻碍了对复杂核酸结构的理解，也在一定程度上影响了人们对核酸功能的认识。人们认为，虽然核酸存在于一个重要的结构——细胞核中，但其结构过于简单，无法想象它在遗传过程中能起到什么作用。
1902年，德国化学家菲舍尔提出氨基酸通过肽链连接形成蛋白质的理论。1917年，他合成了由15个甘氨酸和3个亮氨酸组成的18肽长链。因此，一些科学家认为蛋白质可能在遗传中起主要作用。如果说遗传涉及核酸，那一定是与蛋白质连锁的核蛋白。所以当时生物界普遍倾向于认为蛋白质是遗传信息的载体。
到1919，菲巴斯·莱文进一步确定了组成DNA的碱基、糖和磷酸核苷酸单位。他认为DNA可能由许多核苷酸通过磷酸基团串联而成。但在他的概念里，长的DNA链是短的，里面的碱基按照固定的顺序重复排列。1937年，威廉·阿斯特伯里完成了第一张X射线衍射图，阐明了DNA结构的规律性。
1928年，美国科学家弗雷德里克·格里菲斯(1877-1941)在实验中发现，光滑的肺炎球菌可以通过混合死去的光滑和粗糙的活体转化为同类的粗糙细菌。格里菲斯用一种有包膜的剧毒肺炎球菌和一种无包膜的弱毒肺炎球菌对小鼠进行了实验。他将结荚细菌高温杀死，和没有结荚的活细菌一起注射到老鼠体内。结果他发现老鼠很快就生病死亡，同时他从老鼠的血液中分离出了活的荚果细菌。这说明阿加比实际上从死去的阿加比那里得到了一些东西，把阿加比转化成了阿加比。这个假设正确吗？格里菲斯又在试管中做了实验，发现当死荚果菌和活荚果菌同时在试管中培养时，荚果菌全部变成荚果菌，发现正是死荚果菌外壳中残留的核酸使荚果菌长出了蛋白质荚果(因为荚果中的核酸在加热过程中没有被破坏)。格里菲斯称核酸为转化因子。这种现象被称为“转化”。
但这一发现并未得到广泛认可，人们怀疑当时的技术无法去除蛋白质，残留的蛋白质起到了转化的作用。造成这种现象的因素，即DNA，直到1943才被奥斯瓦尔德·艾弗里(O，Avery)等人认识到。1953年，阿尔弗雷德·赫希和玛莎·蔡斯证实了DNA的遗传功能。在赫希-蔡斯实验中，他们发现DNA是T2噬菌体的遗传物质。
1952年，噬菌体组的主要成员好时(1908 I)和他的学生蔡斯利用先进的同位素标记技术，做了噬菌体感染大肠杆菌的实验。他用32P标记大肠杆菌T2噬菌体的核酸，用35S标记蛋白质外壳。用T2噬菌体感染大肠杆菌，然后将其分离。结果噬菌体在大肠杆菌外留下了一个带有35S标记的空壳，只有噬菌体内部带有32P标记的核酸被注入大肠杆菌，噬菌体在大肠杆菌中成功繁殖。这个实验证明了DNA具有传递遗传信息的功能，而蛋白质是由DNA的指令合成的。这一结果立即被学术界接受。
德裔美国科学家德尔布吕克(1906-1981)的噬菌体小组坚信艾弗里的发现。因为他们在电镜下观察了噬菌体的形态和进入大肠杆菌的生长过程。噬菌体是一种以细菌细胞为宿主的病毒。它太小了，只有用电子显微镜才能看到。它像蝌蚪，外面有头膜和由蛋白质组成的尾鞘。头部内部含有DNA，尾鞘有尾丝、底物和小钩。当噬菌体感染大肠杆菌时，首先将尾端绑在细菌细胞膜上，然后将里面的DNA全部注入细菌细胞。蛋白质的空壳留在细菌细胞外面，没有任何作用。噬菌体DNA进入细菌细胞后，利用细菌中的物质迅速合成噬菌体DNA和蛋白质，从而复制出许多与原始噬菌体大小和形状相同的新噬菌体。直到细菌完全解体，这些噬菌体才离开死亡的细菌，感染其他细菌。
几乎与此同时，奥地利生物化学家查加夫在重新确定核酸中四种碱基的含量方面取得了成就。在艾弗里工作的影响下，他认为如果不同的生物物种是由于不同的DNA，那么DNA的结构一定非常复杂，否则就很难适应生物界的多样性。因此，他怀疑莱文的四核苷酸假说。在1948-1952这四年间，他使用了比莱文那个时代更为精确的纸色谱法，将四种碱基分开，并用紫外吸收光谱进行定量分析。经过反复实验，他终于得到了一个与莱文不同的结果。实验结果表明，DNA大分子中嘌呤和嘧啶的总数相等，其中腺嘌呤A和胸腺嘧啶T相等，鸟嘌呤G和胞嘧啶C相等。说明DNA分子中的碱基A和T、G和C是成对的，从而否定了“四核苷酸假说”，为探索DNA的分子结构提供了重要线索和依据。
克里克在65438年至0957年的一次演讲中，提出了分子生物学的中心原理，预言了DNA、RNA和蛋白质之间的关系，阐述了“转座子假说”(后来被称为tRNA)。1958年，马修·梅森斯和富兰克林·斯塔尔在梅森斯-斯塔尔实验中证实了DNA的复制机制。后来，克里克团队的研究表明，遗传密码由三个碱基以不重复的方式组成，称为密码子。哈尔·戈宾·科拉纳、罗伯特·W·霍利和马歇尔·沃伦·尼伦伯格最终解开了由这些密码子组成的遗传密码。20世纪30年代末，瑞典科学家证明了DNA是不对称的。二战后，电子显微镜测得DNA分子直径约为2纳米。DNA双螺旋结构发现后，极大地震动了学术界，启发了人们的思想。此后，人们立即开展了大量以遗传学为中心的分子生物学研究。首先，围绕如何排列组合四个碱基进行编码以表达20个氨基酸展开实验研究。
20世纪50年代，DNA双螺旋结构被阐明，揭开了生命科学的新篇章，开创了科学技术的新时代。随后，遗传的分子机制——DNA复制、遗传密码、遗传信息传递的中心法则、基因作为遗传的基本单位和细胞工程的蓝图、基因表达的调控等相继被认识。至此，人们已经充分认识到，DNA及其所包含的基因才是控制所有生物命运的东西。生物进化过程和生命过程的差异是由DNA和基因的不同轨迹造成的。
1953年4月25日，英国《自然》杂志在剑桥大学发表了美国沃森和英国克里克的研究成果:DNA双螺旋结构的分子模型，后来被誉为20世纪以来生物学最伟大的发现，标志着分子生物学的诞生。
沃森(1928 I)在中学时是一个极其聪明的男孩。他在15岁时进入芝加哥大学。当时因为一个允许提前学习的实验教育计划，沃森有机会从各个方面完整地学习生物科学课程。在大学期间，沃森几乎没有接受过遗传学方面的正规训练，但自从读了薛定谔的《什么是生命？——进化论的理论基础书《活细胞的物理表象》敦促他“发现基因的秘密”。他善于集思广益，向别人学习，用别人的想法充实自己。只要有便利的条件，你就可以获得你所需要的知识，而不必强迫自己去学习整个新的领域。沃森22岁获得博士学位，被派往欧洲做博士后研究。为了全面了解一个病毒基因的化学结构，他去了丹麦哥本哈根的实验室研究化学。有一次他和导师在意大利那不勒斯参加一个生物大分子会议，有机会听了英国物理生物学家威尔金斯(1916-)的讲座，看到了威尔金斯的DNAX-ray衍射照片。从那时起，找到解开DNA结构的钥匙的想法在沃森的脑海中被检索出来。在哪里可以学习分析X射线衍射图样？于是他去了英国剑桥大学卡文迪许实验室学习，期间沃森认识了克里克。
克里克(1916-2004)中学时就对科学充满热情，1937毕业于伦敦大学。1946年，他读了埃尔温·薛定谔的《生活是什么？——活细胞的物理外观，决心将物理知识应用于生物学的研究，从此对生物学产生了兴趣。1947，复读研究生。1949年，他和佩鲁兹利用X射线技术研究蛋白质的分子结构，于是在这里遇到了沃森。当时克里克比沃森大12岁，还没有获得博士学位。但他们谈得非常投机，沃森觉得自己很幸运，能在这里找到一个知道DNA比蛋白质更重要的人。同时，沃森觉得克里克是他遇到的最聪明的人。他们每天至少交谈几个小时，讨论学术问题。两个人相辅相成，互相批评，互相启发。他们认为，解开DNA的分子结构是解开遗传之谜的关键。只有借助精确的X射线衍射数据，我们才能更快地找出DNA的结构。为了得到DNAX射线衍射的数据，克里克邀请威尔金斯去剑桥度周末。在交谈中，威尔金斯接受了DNA结构是螺旋的观点，还谈到了他的合作者富兰克林(1920-1958，女)和实验室里的科学家，他们也在苦苦思索DNA结构模型的问题。从1951年11月到1953年4月18月，沃森和克里克与威尔金斯和富兰克林有过几次重要的学术交流。
1951年11个月，沃森在听了富兰克林关于DNA结构的详细报告后深受启发。对晶体结构分析有一定了解的沃森和克里克意识到，要想快速建立DNA结构模型，只能使用别人的分析数据。他们很快提出了三螺旋DNA结构的想法。1951结束时，他们邀请威尔金斯和富兰克林讨论这个模型，富兰克林指出他们低估了DNA的含水量一半，所以第一个模型宣告失败。
有一天，沃森又去了国王学院的威尔金斯实验室，立刻兴奋起来，心跳加速，因为这种图像比之前得到的“A型”简单多了。只要看看“B型”的X射线衍射照片然后简单计算，就可以确定DNA分子中多核苷酸链的数量。
克里克请数学家帮他计算，结果显示嘌呤有吸引嘧啶的倾向。根据这一结果和从Chagav获得的核酸的两个嘌呤和两个嘧啶彼此相等的结果，它们形成了碱基配对的概念。
他们苦苦思索四个碱基的排列顺序，一次次在纸上画出碱基结构，摆弄模型，一次次提出假设，一次次推翻自己的假设。
有一次，沃森正在按照自己的想法摆弄模型。他移动碱基来寻找各种配对的可能性。突然，他发现由两个氢键连接的腺嘌呤-胸腺嘧啶对与由三个氢键连接的鸟嘌呤-胞嘧啶对具有相同的形状，于是他的精神大为振奋。因为为什么嘌呤和嘧啶的数量完全相同的谜团即将被解开。查加夫定律突然变成了DNA双螺旋结构的必然结果。因此，不难想象如何以一条链为模板，合成另一条具有互补碱基序列的链。那么，两条链的骨架一定是方向相反的。
经过沃森和克里克紧张而持续的工作，DNA金属模型很快就组装好了。从这个模型中，我们可以看到，DNA是由两条核苷酸链组成的，它们沿着中轴以相反的方向缠绕在一起，很像一个螺旋楼梯。两边的扶手是两条多核苷酸链的糖磷基因交替组合的骨架，踏板是碱基对。由于缺乏准确的x光数据，他们不敢断定这个模型是完全正确的。
下一个科学的方法是把这个模型预测的衍射图样和X射线的实验数据进行仔细的比较。他们又打电话给威尔金斯。在不到两天的时间里，威尔金斯和富兰克林用X射线数据分析证实了双螺旋结构模型的正确性，并写出了两篇实验报告，发表在英国《自然》杂志上。1962年，沃森、克里克和威尔金斯获得诺贝尔医学和生理学奖，而富兰克林于1958年死于癌症，未获奖。为了检测所有的人类DNA序列，人类基因组计划在1990年代启动，到2001，跨国合作的国际团队和私人公司Celera Genome Company分别在Nature和Science上发表了人类基因组序列草图。
1967年，遗传密码被彻底破解，基因在DNA分子层面得到了新的概念。说明基因实际上是DNA大分子的一个片段，是控制生物性状的遗传物质的功能单位和结构单位。这个单位片段上的很多核苷酸不是随机排列的，而是按照有意义的密码顺序排列的。DNA的某种结构可以控制相应结构的蛋白质的合成。蛋白质是生物体的重要组成成分，生物体的特性主要通过蛋白质来体现。所以基因对性状的控制是通过DNA控制蛋白质的合成来实现的。在此基础上，基因工程、酶工程、发酵工程、蛋白质工程等相继出现。这些生物技术的发展必将使人们利用生物规律造福人类。随着现代生物学的发展，越来越明显，它将成为一门主导学科。
65438-0972年，美国科学家保罗·贝格在世界上首次成功重组了第一批DNA分子，这标志着DNA重组技术——基因工程作为现代生物工程的基础，成为现代生物技术和生命科学的基础和核心。
DNA重组技术的具体内容是通过人工手段将不同来源的含有某一特定基因的DNA片段进行重组，从而达到改变生物基因类型，获得特定基因产物的目的。
20世纪70年代中后期，由于工程菌的出现和DNA重组及后处理的工程性质，基因工程或基因工程被广泛用作DNA重组技术的代名词。可以说，DNA重组技术在过去30年中取得的丰硕成果，将人们带入了一个不可思议、奇幻的科学世界，赋予了人类解开生命奥秘、防治疾病的金钥匙。
到20世纪末，DNA重组技术最大的应用领域是在医学领域，包括活性肽、蛋白质和疫苗的生产，疾病的发病机理、诊断和治疗，新基因的分离以及环境监测和净化。
许多活性肽和蛋白质具有治疗和预防疾病的功能，它们都是由相应的基因产生的。然而，由于在组织和细胞中的产量极小，因此通过常规方法很难获得足够临床应用的产量。
基因工程突破了这一限制，可以大量生产这类多肽和蛋白质。迄今为止，已成功生产了65，438+000多种产品，如用于治疗糖尿病和精神分裂症的胰岛素、用于治疗血液肿瘤和某些实体瘤的干扰素、用于治疗侏儒症的人生长激素、用于治疗肢端肥大症和急性胰腺炎的生长激素释放抑制剂。
基因工程还可以将抗原相关的DNA导入活的微生物中，使其在免疫应激后能在宿主体内生长产生减毒活疫苗，具有抗原刺激剂量大、持续时间长的优点。目前正在研发的基因工程疫苗有几十种，包括针对麻风病、百日咳、淋球菌和脑膜炎球菌的疫苗。有针对甲型肝炎、乙型肝炎、巨细胞病毒、单纯疱疹、流感和人类免疫缺陷病毒的疫苗。中国有多达一亿两千万的乙肝病毒携带者和患者，这促使中国科学家自主研制成功乙肝疫苗，并取得了巨大的社会效益和经济效益。
抗体是人体免疫系统防治疾病的主要武器之一。虽然20世纪70年代创立的单克隆抗体技术在疾病的预防和治疗中发挥了重要作用，但由于难以获得人源单克隆抗体，其临床应用受到了限制。为了解决这个问题，也可以保证功能正常。比如抗HER-2人源化单克隆抗体已经进入乳腺癌的三期试验，抗IGE人源化单克隆抗体已经进入哮喘的二期试验。
抗生素在疾病治疗中起着重要的作用。随着抗生素数量的增加，传统方法发现新抗生素的概率越来越低。为了获得更多的新抗生素，DNA重组技术成为重要手段之一。
值得指出的是，上述基因工程肽、蛋白质、疫苗、抗生素等防治药物不仅对控制疾病有效，而且在避免毒副作用方面优于传统方法生产的同类药物，因此更受人们青睐。
人类的疾病与基因有直接或间接的关系。在基因水平上对疾病进行诊断和治疗，不仅可以达到病因诊断的准确性和独创性，还可以使诊断和治疗工作特异、灵敏、简便、快速。基因层面的诊断和治疗，专业上称为基因诊断和基因治疗。来补偿已经失去功能的基因的功能，或者增加一些功能来帮助纠正或消除异常细胞。
理论上，基因治疗是一种根治方法，没有任何毒副作用。然而，尽管临床试验阶段的基因治疗方案已经超过100种，但基因治疗仍存在一定的理论和技术难点，这仍使这种治疗方法远未大规模应用。无论是确定遗传病因，实施基因诊断、基因治疗，还是研究疾病的发病机理，关键的前提条件是了解与特定疾病相关的基因。随着“人类基因组计划”的临近完成，科学家将全面了解人类所有基因，这为利用基因重组技术倒逼人类健康创造了条件。
然而，尽管基因技术向人类展示了其奇妙的“魔术师”魅力，但大量科学家对这一技术的发展对人类伦理道德和生态进化自然规律的影响表示了极大的担忧。从理论上来说，这项技术发展的一个极端，就是让人类有能力创造出任何以前从未存在过的生命形式或生物。人们能想象结果会是什么吗？
科学家2014的研究表明，人体内只有8%的DNA起着重要作用，其余的DNA都是“垃圾”。根据英国牛津大学的研究，人类的DNA中只有8.2%的DNA起着重要作用，其余的DNA都是进化的残留物，就像阑尾一样，对人体没用也无害。这项研究的负责人古尔顿·伦特(Gurton Lunter)博士说:“人体内的大部分DNA并不发挥重要作用，只是占据空间。”之前的评估显示，人类80%的DNA是“有功能的”或者扮演着重要的角色。这意味着将小麦从谷壳中分离出来非常重要，因为这将确保医学研究人员专注于分析疾病相关的DNA，并进一步促进新治疗方案的开发。合著者克里斯·庞廷(Chris Ponting)教授说:“这不仅是一场关于模糊性‘功能’的学术辩论，也是从医学角度解释人类疾病遗传多样性的必要环节。”