在很多人看來，基因工程和蛋白質工程神秘莫測且很高端。轉基因抗蟲害玉米、轉基因鮭魚、轉基因大豆油等，這些都是基因工程的產物。我們不禁要問，這些技術到底是什麼？又是如何做到的？有什麼潛在危害嗎？有人說轉基因食品對人體健康有害或隱藏著未來可能暴發的某些不可預知的疾病，有人支持用轉基因技術來解決全球人類溫飽的大問題。為什麼人們會對這些看似“正常”的東西投以“不正常”的目光？這些在十年前還幾乎聞所未聞的詞彙現如今成為人們關注的焦點，它們涉及的研究內容就是神秘的基因工程與蛋白質工程。
2.1神秘的基因
基因，到底是什麼呢？“基因”這個概念是隨著科學的發展而提出的。1866年，遺傳學的始祖孟德爾，根據在布爾諾的奧古斯丁教派修道院的菜園裏做豌豆雜交實驗的結果，發表了《植物雜交試驗》論文，將控製豌豆性狀的遺傳因素稱為遺傳因子，解釋了豌豆雜交的遺傳現象。34年後的1900年，荷蘭的弗裏斯、德國的柯倫思和奧地利的切爾邁克等植物學家重新發現了孟德爾的研究成果。1909年，丹麥生物學家約翰森創造了“基因”一詞來代替孟德爾的遺傳因子。
1910年，美國著名的遺傳學家摩爾根和他的學生，利用果蠅做了大量潛心研究，創立了遺傳的染色體理論，認為基因是一粒一粒地在染色體上呈直線排列的，且互不重疊，就像連在線上的佛珠一樣。1944年，科學家證實遺傳的物質基礎是DNA，基因就是一段具有一定功能的DNA片段，是控製生物性狀的基本遺傳單位。1953年，美國生物學家沃森和英國克裏克提出了DNA雙螺旋結構模型，認為DNA是一個由兩條序列互補的單核苷酸鏈構成的，基本構成單元叫核苷酸。
20世紀70年代以後，研究人員陸續發現了斷裂基因、重疊基因、跳躍基因，使人們對基因的認識進一步深化，發現基因是不連續的、可以重疊的。
2.2基因工程粉墨登場
隨著科學技術的發展，基因工程在20世紀70年代問世了。基因工程，也叫基因操作或DNA重組技術，它是一項將生物的某個基因通過基因載體運送到另一種生物的活性細胞中，並使之無性繁殖和行使正常功能，從而創造生物新品種或新物種的遺傳學技術。它的出現開啟了生命科學的新時代，使人類能夠按照自己的意願改造和創建新物種。
1972年，美國生物學家伯格領導的研究小組在體外對一種猿猴病毒的DNA和一種噬菌體的DNA分別進行切斷，然後再將兩種片段連接起來，結果獲得了包含病毒和噬菌體的DNA片段的重組的雜種DNA分子，這是世界上第一次成功的DNA體外重組實驗，被認為是基因工程的開端事件。
基因工程技術還在隨著生命科學研究的發展而不斷創新，具有越來越強大的生命力。
1972年，第一個重組DNA分子產生後，人們就開始關注重組DNA的潛在危險性。1976年，美國國家衛生研究院製定並正式公布了《重組DNA研究準則》，對基因工程研究製定了許多具體的規定條文，從多方麵對基因工程研究製定了一些限製措施。在實驗安全防護方麵，明確規定了基因工程研究場所的條件要求，對實驗室的防護級別做出明確的規定。
通過基因工程技術，把來自不同生物的外源DNA插入到載體分子上形成DNA重組體，重組體可以導入寄主細胞進行增殖，並在宿主體內表達形成蛋白質分子。因此，基因工程也稱作重組DNA技術、基因操作技術、基因克隆或DNA分子克隆。
概括起來，基因工程的基本操作步驟如下：①分離獲得目的基因DNA片段；②在體外，將目的基因連接到載體分子中，形成DNA重組體；③將重組DNA分子轉移到適當的受體宿主細胞中，並與之一起增殖；④從大量的受體細胞中篩選出獲得了重組DNA分子的受體細胞克隆；⑤從篩選出的受體細胞克隆中提取出已經得到擴增的目的基因，供進一步分析研究使用；⑥將目的基因克隆到表達載體上，導入受體細胞，使之在新的遺傳背景下實現功能表達，產生出人類所需要的物質。
在經過一段時間以後，人們發現有關基因工程研究工作的危險性沒有想象的那麼嚴重，因而在1979年及1981年分別對基因工程研究中的重組DNA研究準則做了一些修改。之後又多次放寬限製。目前來看，隻要重組DNA的實驗規模不大，不向自然界傳播，基因工程的危害性是有限的。但是也不是說重組DNA研究已不具有任何潛在的危險性了。任何負責任的研究人員，在任何時候都應該對基因工程研究的安全性保持高度警惕。
2.3基因工程的“裝備”
“沒有金剛鑽，不攬瓷器活”“工欲善其事，必先利其器”。這些諺語告訴我們，做任何事情都需要有精良的“裝備”。基因工程也不例外，在操作過程中也需要一些特殊的“裝備”，來保證工作的順利開展。
基因工程操作中所需要的特殊“裝備”稱為工具酶和載體。因為基因工程的實質是核苷酸鏈的切斷和連接，所以基因工程所涉及的工具酶主要有三種類型，分別是限製性內切酶、連接酶和各種修飾酶。通過基因工程手段構建的新的DNA片段需要在一個特殊的運輸工具的幫助下，從一個物種中轉移到另一個物種中，這個“特殊的運輸工具”就是載體。
限製性內切酶就像一把“剪刀”，將所需的基因片段“剪下來”，人們將它稱為分子生物學家的一把“天賜神刀”。到目前為止，已從生物體中分離出2300種以上的核酸內切酶。
DNA連接酶就像“針線”，將由限製性內切酶“剪下來”的基因片段連接起來。它是在體外構建重組DNA分子所必不可少的基本工具酶，它可以將兩個被限製酶切割形成的DNA片段連接起來，形成一個新的DNA片段。應用DNA連接酶這種特性，可在體外將DNA片段連接到適當的載體分子上，從而構建新的DNA雜種分子。
修飾酶主要包括DNA聚合酶、核酸酶等。DNA聚合酶是負責DNA複製合成的關鍵酶，是以DNA為模板，複製合成一條與模板完全一樣的新的DNA片段。核酸酶是一種核苷酸分解酶，可以將結構不穩定的單鏈核苷酸分解掉。
基因工程的工具酶為基因的分離、重組、修飾、突變提供了必要的手段。隨著越來越多的酶分子被發現，工具酶的數量和用途在不斷增加。這些技術的進展不僅簡化了分子克隆的操作過程，而且拓寬了人們的研究領域。
將外源DNA片段帶入宿主細胞並進行複製的運輸工具稱為載體。載體含有在宿主細胞內進行DNA複製的起點(複製起始子)，可以自主複製。載體通常是由質粒、病毒或一段染色體DNA改造而成。基因載體的基本要求：①能自主複製；②具有1～2個篩選標記；③具有一種或多種限製性內切酶的單一切割位點，並在位點中插入外源基因後，不影響其複製功能；④除保留必要序列外，載體盡可能小，便於導入細胞進行繁殖；⑤克隆載體必須是安全的，不應含有對受體細胞有害的基因，並且不會任意轉入其他生物細胞，隻會在有限範圍的宿主中存在，不與宿主基因組發生重組，不發生轉移，不產生有害性狀，不能離開宿主細胞而生存。現用的載體都是通過改造構建而成的。