基因工程是一种分子生物学技术，它涉及在基因层面上操作生物体的遗传物质，以实现特定目标。这一领域的发展始于20世纪40年代，当时科学家证实DNA是遗传物质。随着50年代DNA双螺旋结构的揭示，以及60年代遗传信息传递机制的阐明，基因工程的理论基础逐渐形成。
基因工程的核心是DNA重组技术，即从不同来源的DNA片段中选取特定部分，通过载体DNA分子将它们连接在一起，形成重组DNA。载体通常是能够容纳外源DNA并在宿主细胞内自主复制的小型DNA分子，如质粒。重组DNA随后被引入受体细胞，这一过程称为转化。一旦重组DNA进入细胞并成功整合，它可以通过细胞的无性繁殖（克隆）得到扩增，并且其携带的基因可以被表达，产生人类需要的蛋白质或其他生物活性物质。
基因工程的几个关键技术里程碑包括：
1. 1970年，限制性核酸内切酶的分离和纯化，这些酶能够切割DNA分子，为DNA重组提供工具。
2. 1972年，Berg首次实现了基因重组，这是基因工程的重要突破。
3. 1973年，Cohen等人完成了重组DNA转化到宿主细胞的研究，进一步推动了基因工程技术的发展。
4. 1975年，Sanger实验室建立了酶法DNA测序技术，1977年Gilbert实验室又发展出化学法测序技术，这些技术为后续的基因研究提供了强大的工具。
基因工程的特点包括：
1. 可设计性：可以按照需求设计并构建特定的基因组合。
2. 稳定性：重组DNA可以在细胞中稳定存在并遗传给后代。
3. 远缘性：可以跨越物种界限，将一个物种的基因转移到另一个物种中。
4. 风险性：尽管基因工程带来了很多好处，但也有潜在的风险和伦理问题需要考虑。
基因工程的应用广泛，包括但不限于药物生产（如胰岛素、生长激素等）、农业生物技术（如转基因作物）、疾病治疗（如基因疗法）、环境修复（如基因改良微生物处理污染物）等。基因工程的发展极大地推动了生物科学的进步，并催生了生物技术产业的繁荣。
理解基因工程，需要掌握以下基础知识：
1. 基因的概念：基因是DNA分子中携带特定遗传信息的最小功能单位，控制生物的性状。
2. DNA的结构：DNA由两条反向平行的链组成，通过碱基配对形成双螺旋结构，其中A与T配对，G与C配对。
3. DNA的复制与表达：DNA通过半保留复制保持遗传信息的连续性，通过转录和翻译过程表达基因信息，合成蛋白质。
4. 基因分类：结构基因负责编码蛋白质，调控基因则调节结构基因的表达。
5. 基因突变：基因序列的改变可能导致新的生物性状。
DNA的不同构型，如超螺旋、开环和线型，对于其生物学功能至关重要。此外，DNA的物理性质，如在260nm处的吸收峰和与溴化乙啶的相互作用，也是研究DNA的重要指标。基因工程通过这些基本原理和技术，实现了对生命现象的深刻干预和改造。
