基因工程技术是一种现代生物学技术，它涉及对生物体的基因进行操作，以改变其遗传特性，实现特定的功能。这项技术的核心是重组DNA技术，它始于1972年，由Jackson, Symons, 和 Berg的工作奠定基础，他们首次生成了重组DNA分子。1973年，Cohen和Boyer成功地开发出首个能够在细菌宿主中复制的质粒载体，这标志着基因工程进入了实际应用阶段。他们的工作为后续的基因克隆和表达提供了基础，也因此获得了1980年诺贝尔化学奖。
基因工程定义为利用各种酶处理，将细胞外的核酸片段（目的基因）与病毒、细菌或其他载体结合，形成重组DNA分子。这些重组DNA分子随后被导入受体细胞中，通过无性繁殖（克隆）来复制和表达目的基因。这一系列过程旨在人为地改造基因，改变生物的遗传性状。
基因克隆是指将目的基因与载体DNA连接形成的DNA重组体在受体细胞内部复制和扩增的技术。而基因表达则指目的基因在受体细胞内转录和翻译，从而实现功能研究。
基因工程的应用广泛，包括但不限于：
1. 克隆感兴趣的基因进行序列分析，研究基因的组织结构。
2. 将基因转入原核表达载体，大规模合成蛋白质，生产多肽产品。
3. 将基因转入真核表达载体，导入细胞，研究基因的功能和表达调控机制。
基因工程的基本步骤包括：
1. 分离：提取目的基因。
2. 切割：使用限制性内切酶切割目的基因和载体分子。
3. 连接：通过连接酶将目的基因与载体分子连接。
4. 转导：将重组DNA分子导入适当的受体细胞。
5. 筛选：找出含有重组分子的克隆。
6. 鉴定：鉴定重组分子片段，确认目的基因正确插入和表达。
目的基因的来源多种多样，可以通过基因组DNA提取、PCR扩增、RT-PCR方法获取cDNA，或者人工合成。PCR（聚合酶链式反应）在基因工程中扮演关键角色，可以添加特异性酶切位点、保护碱基、标签序列，以及启动子和终止密码子，以优化目的基因的表达。使用高保真聚合酶，如HF、Pfu、Probest等，可以减少错误合成。
载体是基因工程的关键工具，它们携带目的基因进入受体细胞，并确保基因的复制和表达。载体根据来源和功能分为质粒载体、噬菌体载体、柯氏质粒载体、病毒载体等。克隆载体主要用于基因扩增，表达载体则使目的基因得以表达，而穿梭载体则能在原核和真核细胞间转移。
质粒载体是常用的克隆和表达载体，它们包含复制起点、抗菌素抗性标记、限制性内切酶位点，以支持目的基因的插入和选择。
基因工程技术是现代生物科学的核心，它已经深刻地影响了医药、农业、工业等多个领域，通过操纵基因，科学家们能够解决复杂的生命科学问题，创造新的生物制品，改善人类的生活质量。
