◆21世纪的主题科学——基因工程
在生物工程的各类技术系统中，最基本的核心系统就是基因工程。也就是说，只有通过对基因进行剪裁、拼接等改造和加工，才能按照人们预先设计的蓝图制造出特定的生物性状、物种和制品。
基因工程就是在基因(DNA)的水平上对生物进行操作，而这种操作结果将传递给后代，所以也称遗传工程或基因拼接技术，或DNA重组技术。它是在分子遗传学的基础上发展起来的。就是用人工的方法取得一种生物的DNA，将它先与适当载体的DNA组合在一起，然后把重组后的DNA分子转移进要操作的生命体，并使之表达出来和遗传下去，产生人类所需要的产物或培育出新的生物类型。
◆基因工程的应用
基因工程的产生使整个生物技术跨入了一个崭新的发展时代。传统的生物技术与基因工程的结合形成了真正有生命力的现代生物技术。
在实践上，基因工程主要被用来生产天然稀有的医用活性多肤或蛋白质。其中用于抗病毒、抗肿瘤的有干扰素和白细胞介素等；用于治疗心血管系统疾病的有尿激酶原及组织型溶纤蛋白酶原激活因子等；用于治疗传染病的有多种疫苗；用于体内起调节作用的激素有胰岛素和其他生长激素。
基因工程的另一应用是为抗菌素、氨基酸酶制剂等传统发酵工业提供高产菌株，也为这些产品的改性创造了条件。此外，基因工程还在动、植物育种方面初见成效。由于某些关键基因的引入，可以使动、植物具有新的遗传特性。基因工程是基于遗传学基本理论的一项重要工程，它为高等生物的细胞分化、生长发育、肿瘤发生等基础研究提供了有效的实验手段，为探索基因结构和功能的本质提供了必要的分析手段。
在实践上，它为解决人类在社会和经济活动中所面临的威胁着人类生活各个领域的许多重大问题，诸如世界人口的不断增长、粮食生产增长缓慢、能源日趋紧张、环境污染日益严重等问题，开辟了新的途径。
◆生命的摇篮——胚胎的研究
胚胎研究被视为生命科学中最为复杂的科学，从20世纪仅有两组科学家因为胚胎研究而获得诺贝尔奖这一点就可以得到证明。20世纪的胚胎学留给后人的不仅是遗憾，而且也是挑战。斯佩曼因为发现胚胎发育中的组织者效应，而获得1935年诺贝尔奖。时隔60年后，借助分子生物学的手段和方法，刘易斯等人因为证明基因如何控制果蝇的早期胚胎发育，而获得1995年诺贝尔奖。
破译遗传密码
遗传密码是大自然最伟大的创造之一。在密码中蕴藏着“生命机器”工作的重要原理，包含了生命形成和进化的丰富信息。在中心法则里，DNA通过碱基配对规律，决定RNA的性质。那么RNA如何决定蛋白质的性质呢？我们知道蛋白质是由比较普遍存在的20种氨基酸按一定顺序连接起来的，而RNA只有4种核苷酸(碱基A、U、C、G)，这就出现了4种核苷酸如何决定20种氨基酸的问题。遗传学上把决定氨基酸的不同的碱基排列顺序，叫做遗传密码。从1961年起，美国生物学家尼伦伯格(生于1927年)开始破译密码。经过各国科学家的努力，1966年，全部密码都被破译。
◆遗传学与细胞学的结合
20世纪初，由于人们不仅对遗传规律有了进一步认识，而且对于细胞的构造和生殖细胞的行为也有了初步的了解。于是从生殖细胞的变化中寻找与孟德尔假定的因子相对应的成分和机制，便成为当时遗传学家们所关注的问题。对这一问题的实验研究，导致了遗传学与细胞学的结合，最终发现了细胞中染色体便是遗传因子的物质载体，从而把现代遗传学从个体水平推进到细胞水平。
◆第一批重组的DNA分子诞生
经过科学家们在理论研究方面的努力，加上一些配套技术研究的迅速发展，1972年，美国斯坦福大学的伯格等第一次把两种不同的DNA连接在一起，世界上第一批重组的DNA分子诞生了。1973年，美国斯坦福大学的科恩等人在试管中将大肠杆菌中的两种不同质粒重组在一起，形成复杂质后再转入到大肠杆菌中去，结果发现在那里复制并表现出双亲质粒的遗传信息。从此基因工程便正式登上了历史舞台。
◆科学家破译生命天书
科学的进步和向往更简朴、更自然的生活方式将产生矛盾，它们之间的紧张状态，可能将随着基因组学越来越多地渗入我们的日常生活而加剧。
决定一个人长成什么样子的生命蓝图就存储在受精卵的脱氧核糖核酸中，它携带着决定蛋白质结构的遗传信息——基因，这些基因按一定顺序排列。人体每一个细胞中的基因都排列在紧密缠绕在一起的脱氧核糖核酸“细线”上，进而组成一对对的染色体。基因是生命发育过程中的“指示”或“命令”，它可以说明为什么一个人的外貌和举止与别人不同，还可以说明为什么有些人易生病。
国际人类基因组计划是人类首次全面、系统地研究人类遗传物质DNA的一项国际合作公益计划。它的核心内容是，测定人类基因组的全部DNA序列，从而获得人类最基本的生物学信息。成果将由全人类自由分享，是21世纪生命科学的基础和先导。
由英国剑桥大学、日本庆应大学、东海大学医学院、美国的华盛顿大学和世界各地的几十个实验室的上百名科学家们组成的这个设备一流、人员一流的“人类基因组计划”国际小组，力图揭示和绘制人体10万个基因、30亿个碱基对图谱。他们很快就能将人类全部基因的排列搞清楚，到时会将关于人类所有DNA的完整资料在因特网上予以公布，建立起完整的遗传信息库。整个人类基因组工程一旦全部完成，就将成为有史以来科学研究领域中取得的最重大的成就之一。它是一份描述人类自身的说明书，是一本完整地讲述人体构造和运转情况的指南。届时，危害人类健康的5000多种遗传病以及与遗传密切相关的癌症、心血管疾病、关节炎、糖尿病、高血压、阿耳茨海默氏症以及多发性硬化症和精神病等，都可以得到诊断和治疗。遗传学领域的这一新突破几乎肯定会在21世纪引发一场医学革命，这项发现的重要程度超过了第一颗原子弹爆炸和人类登上月球。
中国科学院遗传研究所1999年7月向国际人类基因组注册，并申请承担1%的测序工作，中国科学家在2002年3月完成第3号染色体上的3千万碱基对的测序和初步组装，并将在2003年完成全部组装及分析工作。中国的参与使这项计划更具代表性。
◆神奇的干细胞
人体的细胞从功能上来分，大概有200多种。这些细胞究竟从哪儿来呢？很奇妙，人体所有的细胞都来自于一个细胞，即受精卵。细胞受精以后就分裂了，两天以后就成为“三生胚”，这种细胞有变成别的细胞的潜力，这种细胞叫全能干细胞。干细胞有什么用处呢？首先，有了人体干细胞以后，可以开发新的药物。先把这种干细胞培养起来，再加上一定的条件处理，就可以形成骨髓细胞，进行骨髓移植，可以治疗痴呆，可以进行心脏治疗，可以治疗心肌梗塞等。另外，干细胞在治疗肿瘤方面也有很大作用。
成体干细胞分离的应用前途很广阔。比如一个人生了某种疾病，可以从他自己的身体里取出一个干细胞，用一定的条件让它向某个方向发展，比如神经细胞，患者是痴呆或者中风，可以用他本身的细胞治疗他的中风，这样既没有伦理问题，也没有免疫排斥问题。
现在可以要什么基因有什么基因，但基因能否很好地整合或者插入到自己的基因组里去，能不能表达，产生的蛋白质够不够，产生蛋白质以后身体的反应会怎么样？这些问题都是基因研究的难题，而干细胞治疗就不存在这些问题。干细胞在目前的应用前景优于基因治疗，如果基因治疗跟干细胞结合起来，那就更加如虎添翼了。
