生物工程的基礎是現代生命科學、技術科學和信息科學。生物工程的主要產品是為社會提供大量高質量的發酵產品，如生化藥物、化學原料、能源、生物防治劑、食品飲料等，同時也為人類提供環境治理、金屬提取、臨床診斷、基因治療、農作物品種改良等服務。
生物工程由五部分組成:基因工程、細胞工程、酶工程、蛋白質工程和微生物工程。其中基因工程就是人們改造生物基因，利用生物生產出人們想要的特殊產品。隨著DNA內部結構和遺傳機制的秘密壹點壹點地呈現在人們面前，生物學家不再滿足於探索和提示生物遺傳的秘密，而是渴望嘗試和想象在分子水平上幹預生物體的遺傳特征。
人類基因工程的主要課程是什麽？1866年，奧地利遺傳學家孟德爾神父發現了生物的遺傳規律。1868年，瑞士生物學家弗裏德裏希發現細胞核有兩部分:酸性和蛋白質。酸性部分後來被稱為DNA；1882年，德國胚胎學家沃爾特·弗萊明在研究蠑螈細胞時，發現細胞核中含有大量分裂的線狀物體，即後來的染色體。1944年，美國研究人員證明了DNA是大多數生物的遺傳物質，而不是蛋白質；1953年，美國生物化學家沃森和英國物理學家克裏克宣布發現了DNA的雙螺旋結構，奠定了基因工程的基礎。1980年，第壹只轉基因老鼠誕生；1996，第壹只克隆羊誕生；1999年，美國科學家破解了人類第二十二組基因的序列圖；未來的計劃是根據基因圖譜開出相關疾病的藥物。
人類基因組研究是生命科學的基礎研究。有些科學家把基因組圖譜看作化學中的路線圖或元素周期表；有科學家把基因組圖譜比作壹本字典，但無論從哪個角度看，為了促進人類健康、預防疾病、延長壽命，解讀和破譯人類遺傳密碼的應用前景都是極其美好的。在10萬個人類基因的信息和相應的染色體位置被破譯後，破譯人類、動物和植物的遺傳密碼為克服疾病和增加作物產量開辟了廣闊的前景，將成為醫學和生物制藥行業的知識和技術創新之源。
科學研究證明，壹些困擾人類健康的重大疾病，如心腦血管疾病、糖尿病、肝病、癌癥等，都與基因有關。根據解碼的基因序列和功能，我們可以找出這些基因，根據相應的病理位置篩選藥物，甚至可以根據現有的基因知識設計新藥，從而修復或替換這些病理基因，從而治愈持續存在的疾病。基因醫學將在21世紀成為醫學界耀眼的明星。基因研究不僅可以為篩選和開發新藥提供基礎數據，還為利用基因檢測、預防和治療疾病提供了可能。比如，生活習慣、生活環境相同的人，由於基因序列不同，對同壹種疾病的易感性也不同。壹個明顯的例子是，壹些吸煙者容易患肺癌，而另壹些人則不會。醫生會根據不同人不同的基因序列給予不同的指導，讓他們養成科學合理的生活習慣，盡可能的預防疾病。
基因治療
基因作為體內的遺傳單位，不僅可以決定我們的長相和身高，它的異常也必然會導致各種疾病。壹些有缺陷的基因可能會遺傳給後代，而另壹些則不會。基因治療最初是針對單基因缺陷的遺傳病提出的，旨在用正常基因替換缺陷基因或補救缺陷基因的致病因素。用基因治療疾病，就是把功能基因導入患者體內進行表達，疾病之所以能得到治療，是因為表達產物——蛋白質發揮了作用。基因治療的結果就像是對壹個基因做了手術，治病去根，所以有人形容為“分子手術”。
我們可以把基因治療分為兩種:性細胞基因治療和體細胞基因治療。性細胞基因療法就是在患者的性細胞裏做手術，讓他們的後代再也不會得這種遺傳病。體細胞基因治療是目前基因治療研究的主流。但是，它的缺點也很明顯。並沒有改變單個或多個基因缺陷患者的遺傳背景，以至於有些人的後代不可避免地會患上這種疾病。
無論哪種基因治療在臨床試驗初期，都沒有穩定的療效和完全的安全性，這就是目前基因治療的研究現狀。
可以說，在沒有完全解釋人類基因組的運行機制，沒有完全了解基因調控機制和疾病的分子機制之前，進行基因治療是相當危險的。增強基因治療的安全性，提高臨床試驗的嚴謹性和合理性尤為重要。盡管基因治療還有許多障礙需要克服，但總的趨勢是令人鼓舞的。2009年，美國美國食品藥品監督管理局首次批準應用胚胎幹細胞治療人類疾病。美國界龍生物醫藥公司被批準向幾名因脊髓損傷導致下肢癱瘓的患者體內註射人類胚胎幹細胞，並於夏季開始研究其效果。正如基因治療的創始人所預言的，基因治療的出現將推動新世紀醫學的革命性變化。
破譯所有人類DNA指日可待。
信息技術的發展改變了人類的生活方式，基因工程的突破將幫助人類延長壽命。目前壹些國家的平均壽命已經超過80歲，中國也超過了70歲。有科學家預測，隨著癌癥、心腦血管疾病等頑疾被有效攻克，2020年至2030年間，可能出現平均壽命超過1000歲的國家。到2050年，人類的平均壽命將達到90到95歲。
人類壹直在挑戰生命科學的極限。1953年2月的壹天，英國科學家弗朗西斯·克裏克宣布，我們發現了生命的秘密。他發現DNA是存在於細胞核中的雙螺旋分子，決定了生物體的遺傳。有趣的是，這位科學家在劍橋的壹個酒吧裏宣布了這壹重要的科學發現。破譯人類、動物和植物的遺傳密碼，為攻克疾病、提高農作物產量開辟了廣闊前景。65438-0987年，美國科學家提出了“人類基因組計劃”，其目標是確定人類所有的遺傳信息，確定人類基因在23對染色體上的具體位置，找出每個基因的核苷酸序列，建立人類基因庫。從65438到0999，人類22號染色體的遺傳密碼被破譯，“人類基因組計劃”邁出了成功的壹步。可以預見，在未來的工作中，科學家可能會揭示人類約5000種遺傳疾病的致病基因，從而找到癌癥、糖尿病、心臟病、血友病等致命疾病的基因療法。
繼2000年6月26日科學家發表人類基因組“工作框架圖”後，中國、美國、日本、德國、法國和英國的科學家與美國Celera公司於2001年2月6日聯合發表了人類基因組圖譜和初步分析結果。此次公布的人類基因組圖譜是在原有“工作框架圖”的基礎上，經過整理、分類和排列，更加準確、清晰和完整。人類基因組包含了人類出生、衰老、疾病和死亡的大部分遺傳信息。破譯它將給疾病的診斷、新藥的開發和新療法的探索帶來壹場革命。人類基因組圖譜和初步分析結果的公布將對生命科學和生物技術的發展起到重要的推動作用。隨著人類基因組研究的進壹步發展，生命科學和生物技術將進入壹個新的階段。
基因工程在20世紀取得了巨大的進步，這至少有兩個強有力的證明。壹個是轉基因動植物，壹個是克隆技術。轉基因動植物被植入了新的基因，這使它們擁有了以前沒有的全新性狀，從而引起了壹場農業革命。現在轉基因技術已經廣泛應用，比如抗蟲番茄，速生鯽魚。克隆羊的誕生是1997年世界十大科技突破之首。這只名叫多莉的母羊是第壹只通過無性繁殖產生的哺乳動物，它完全繼承了給予它細胞核的母羊的遺傳基因。“克隆”壹時間成為人們關註的焦點。盡管存在倫理和社會問題，但生物技術的巨大進步給了人類更廣闊的未來想象空間。
人類基因組計劃
現代遺傳學家認為，基因是對DNA(脫氧核糖核酸)分子具有遺傳效應的特定核苷酸序列的總稱，是具有遺傳效應的DNA分子片段。基因位於染色體上，在染色體上呈線性排列。基因不僅可以通過復制將遺傳信息傳遞給下壹代，還可以表達遺傳信息。
那麽，什麽是基因組呢？基因組是壹個物種中所有基因的整體組成。人類基因組有兩層含義:遺傳信息和遺傳物質。要揭示生命的奧秘，就要從整體層面研究基因的存在、結構和功能以及基因之間的關系。
為什麽選擇人類基因組進行研究？因為人類是“進化”過程中最高級的生物，對它們的研究有助於認識自我，掌握生老病死規律，了解生物生長發育規律，了解物種和個體差異的原因，了解疾病和長壽、衰老等生命現象的機理，為疾病的診斷和治療提供科學依據。除了測量人類基因組DNA的30億個堿基對的序列，找到人類所有的基因，找出它們在染色體上的位置，破譯人類所有的遺傳信息。在人類基因組計劃中，還包括對大腸桿菌、酵母、線蟲、果蠅、小鼠五種生物基因組的研究，這五種生物被稱為人類的五大“模式生物”。
人類只有壹個基因組，大約有5000-65438+萬個基因。人類基因組計劃由美國科學家於1985年首次提出。旨在闡明人類基因組中30億個堿基對的序列，找到人類所有基因並找出它們在染色體上的位置，破譯人類所有遺傳信息，使人類首次在分子水平上全面了解自己。項目於1990正式上線。這個耗資30億美元的項目的目標是對由30億個堿基對組成的人類基因組進行精確測序，從而最終了解每個基因組成的蛋白質及其作用。隨著人類基因組的逐漸破譯，將會繪制出壹幅生命的畫卷，人們的生活將會發生巨大的變化。隨著我們對人類的了解達到壹個新的水平，許多疾病的病因將被揭開，藥物將被設計得更好。
隨後，英、日、德、法等國積極響應，使人類基因組計劃逐漸演變為壹項大規模的國際科技合作計劃。中國作為唯壹參與該項目的發展中國家，於1999年加入人類基因組計劃，承擔了1%測序任務。
2000年6月，人類基因組計劃完成了人類基因組序列的“工作框架圖”；2002年2月，人類基因組“精細圖”發表了。計劃已經提前完成到2001。人類基因組計劃、曼哈頓原子彈計劃和阿波羅登月計劃並稱為20世紀三大科學工程。
人類基因組DNA序列作圖完成後，識別基因組多態性和單倍型，並發現其在生物和醫學應用中的重要作用，已成為熱門話題。人們認為，個體之間人類基因組DNA序列的差異決定了個體對疾病的易感性和藥物敏感性的差異。通過比較大量個體基因組的差異，可以從遺傳學的角度闡明疾病的風險和對環境適應能力的差異。2001年，國際人類蛋白質組織(HUPO)正式成立，並隨即在北美、歐洲、韓日設立了相應的分支機構。目前，我國也建立了相應的人類蛋白質組。
以基因功能研究為核心的“後基因組時代”已經到來，結構基因組學、蛋白質組學、藥物基因組學等大型研究項目成為新的熱點。涉及生物信息學數據庫及相關技術、生物信息學數據的分析與開發、比較基因組學、基因分型及其與疾病的關系等。生物信息學技術已經成為後基因時代的核心技術之壹。
後基因組時代為生物信息學技術的發展提供了前所未有的機遇。生物信息學的發展將開辟生命科學的新領域，使人們在分子水平上更系統地理解生命現象成為可能。