1886年，俄国的科学家丹尼列夫斯基尝试用氨基酸“装配”蛋白质。他把蛋白质“拆开”，然后把拆下来的氨基酸放进试管里，加进一些蛋白质合成的物质。过一段时间后，试管里出现了乳白色的沉淀物。整个科学界为之轰动了，仿佛人工合成蛋白质的道路已经找到了似的，其实这只不过是一些由多个氨基酸分子组成的多肽。可德国生物学家费雪却以惊人的毅力投入到氨基酸“装配”成蛋白质的研究中。他的思路是：两个氨基酸形成二肽，再接上一个就是三肽……像搭积木一样，蛋白质就自然而然地合成了。
在费雪进行实际工作时，却遇到了意想不到的麻烦。在合成蛋白质的过程中，一步只能接上一个氨基酸，每步反应中都有副产物，不能一一分离，因而每进行一步都有相当一部分材料消耗掉。由于耗资巨大，他没能完成这项艰巨的任务，只合成了含18个氨基酸的肽链。
费雪的学生贝格曼和其他一些科学家，继承了费雪未竟之业。后来，瑞士科学家艾勃德哈顿合成了含19个氨基酸的多肽。
其实，人工合成蛋白质工作的复杂，不仅仅在于把许多氨基酸连接起来，还取决于氨基酸的位置。原来，任何一种蛋白质的氨基酸组合排列都有十分严格的顺序，错一点儿也不行。现以20种、500个氨基酸所组成的蛋白质为例，看看它究竟有多少种列排方式。它的数目将达20500，可以说是个天文数字了。也就是说，你要拼凑20500次以上，才可能有一次成功。显然，这不是具有耐心就能办到的。于是，科学家们千方百计继续寻找解决问题的新方法。
20世纪40～50年代初期，英国化学家马丁和辛格受“渗透”现象的启发，发明了“纸层析法”。先用水解酶将蛋白质分解，就像一串珠链被扯断，氨基酸就一颗颗地散落下来，然后取氨基酸混合液一滴，放在一张滤纸的角上，再把滴有混合液滤纸的一角浸在一种叫丁醇的溶剂中。由于滤纸的毛细作用，溶剂就会带着各种不同的氨基酸在纸上“赛跑”了。因各种氨基酸分子轻重不同，就像赛跑中有快、慢一样，不一会，混合液中的各种氨基酸就在纸上分别停留下来，形成一系列的点。但有时几种氨基酸跑得一样快而停留在一个点上。要把这些再分开，可在滤纸干了以后，从原来的方向掉转90°角，让新边缘浸在另一种溶剂中，就能把它们再分成几个点。最后，等整张纸干了，再用可以使氨基酸的斑点变成带色的化学药品来洗它。使原来混成一种溶液的各种氨基酸，散开在一张滤纸上，成了许多带色的斑点。于是便能被有经验的科学家一一辨认。用这种方法可正确测定各种蛋白质中氨基酸的组成和比例。那么，组成蛋白质的各种氨基酸又是怎样排列的呢？
1945年，英国生物学家桑格发明一种叫二硝基酚衍生物试剂（DNP）。DNP能把蛋白质中的氨基酸一个个地拉下来辨认。有了DNP，桑格就向胰岛素分子的整条肽链进攻了。胰岛素分子虽然不大，但却具有蛋白质的所有结构特征。桑格花费了10年时间，终于在1953年测得了胰岛素的全部氨基酸的排列次序。
如何解决氨基酸之间的正确连接呢？
1959年，美国生物化学家梅里菲尔德领导的研究小组发明了一种叫聚苯乙烯的小颗粒。利用它来捆住头一个氨基酸的头，叫做戴帽子。因为小颗粒在所有的溶液中并不溶解，所以，只要过滤就能把它们分离出来。然后再加上含有第二个氨基酸的溶液，这个氨基酸就会用它的头和第一个氨基酸的脚连接起来。此后再过滤，再加下一个……这种步骤既简单又迅速，再加上用电子计算机控制，使合成蛋白质的速度大大地加快了。
为了寻找解决人工合成蛋白质的新方法，科学家们历尽艰辛，开拓进取。功夫不负有心人，他们终于探索出了解决问题的新方法，使人工合成蛋白质成为可能。
1965年我国生化学家首先人工合成具有高度生物活性的胰岛素，此成果成为人类历史上第一次人工合成蛋白质的伟大创举。该项工作是从1958年开始的。胰岛素是当时惟一的已经知道了化学结构的蛋白质，由51个氨基酸组成，需要17种氨基酸做原料。当时国际最高水平，只能人工合成由19个氨基酸组成的多肽，怎么才能合成有51个氨基酸的胰岛素分子呢？这是一项非常艰巨的科研工作，需要用一系列复杂的生物化学反应来完成。科学家们在一起认真地讨论研究，能不能先分别合成A、B两条链，然后再把两条链连接起来而得到胰岛素呢？于是他们决定先把天然胰岛素拆成A、B两条链，再把它们合起来，看能不能重新合成。这样的拆合尝试，国外曾经做过多次，都没有成功。我国通过自己的实践，在1959年胜利地解决了这一难题。
这一成功，还同时解决了一个悬而未决、令人担忧的问题，这个问题就是胰岛素不仅有一定的化学结构，而且还有一定的立体结构。就是说，胰岛素分子是由51个氨基酸按照一定次序连接成的两条长链组成的，这两条链又按照一定的规律弯来扭去折叠起来，形成立体结构。把天然胰岛素拆成两条链以后，立体结构已经被破坏，但是经重新合成以后，所得到的结晶，形状同原来一样，而且具有同样的生物活性。这就说明，只要我们合成的两条链的化学结构准确，在适宜的条件下，它们就会自动地按照一定规律弯曲折叠起来，形成和天然胰岛素一样的人工合成胰岛素。
那么，怎样合成A链和B链呢？这就必须把各种氨基酸按照一定的次序，一定的位置，逐个地连接起来。当时我国的科学技术、条件设备还很落后，要进行这么复杂的工作，难度是可想而知的。但中国科学家为了在这场国际竞争中取胜，组织了强有力的科研阵容：上海有机化学研究所和北京大学化学系负责合成A链，中科院生物化学研究所负责合成B链。
合成A链和B链以后，把合成的A链同天然的B链相结合，把合成的B链同天然的A链相结合，而得到半合成的胰岛素。1964年我国胰岛素的半合成获得了成功，人工合成的两条链和天然的一样，它为全合成打下了牢固的基础。把经过半合成考验的A链和B链相结合，在1965年我国终于完成了结晶牛胰岛素的全合成。
我国人工合成的胰岛素经过全面的严格鉴定，证明它的结构、生物活力、物理化学性质、结晶形状都和天然的牛胰岛素完全一样。当时，国外也有人在进行胰岛素的人工合成，不过，他们合成的胰岛素活力很低，开始也得不到结晶。我国人工合成的胰岛素在质量上达到了世界先进水平。
各自承担合成任务的上海、北京等地的科研工作者，依靠集体的智慧和力量，通力协作，联合攻关，进行了一场历时6年零9个月的可歌可泣的“持久战”。他们经历了无数次的失败，每走一步都如履薄冰，付出了常人难以想象的代价和辛劳，终于获得了丰硕的成果。
世界轰动了，令世人瞩目的世界上第一项人工合成蛋白质的桂冠被中国人摘取了。
中国人并未止步，1969年又合成了链更长，有124个氨基酸的核糖核酸酶；在1970年，中国血统的美国生物化学家李卓洁合成了链上有188个氨基酸的人类生长激素。科学发展到了今天，通过基因工程大量生产人胰岛素，已用于临床治疗。其疗效高，副作用小，价格便宜，真正为糖尿病患者带来了福音。人们的梦想变成了现实。
现代生物工程的建立
现代遗传学和分子生物学的基础理论研究的突破性进展，特别是在20世纪50年代后期至60年代科学家对基因遗传密码的破解，终于使人工合成生命物质的设想成为现实，并最终导致了被人们称为现代生物工程的技术体系在20世纪70年代的建立。
1972年，美国科学家保罗·伯格首次成功地重组了世界上第一批DNA分子。一年以后，几种不同来源的DNA分子被装入载体后转入到大肠杆菌中。作为现代生物工程的基础，基因工程正式登上了历史舞台。
从广义上来讲，生物技术具有非常悠久的历史，人类几千年来使用的酿酒、制酱、育种等技术都属于生物科学技术。所以，所谓生物工程又称现代生物工程技术或称现代生物技术，是一门生物科学与技术科学相结合的综合性边缘科学。它通过基因重组、细胞培养、细胞融合和酶反应等人为的操作，定向控制或改变生物遗传性状，按照人类的需要创造出新产品或新生物。生物技术和微电子、新材料一起被称为世界新技术革命的三大支柱。
从物质层次上来说，生物工程可以在4种水平上进行，即分子水平、染色体水平、细胞水平和个体水平。其中，个体水平上的生物工程，一般指通过选择、杂交等方法进行常规育种，培育出动植物的新品种；细胞水平上的生物工程又叫体细胞融合或体细胞杂交，使获得的体细胞杂交品种具有双亲细胞的特点；多倍体育种、单倍体育种是染色体水平的生物工程；基因工程则是分子水平上的生物工程。一般认为，广义的生物工程包括以上4种水平的生物工程；狭义的生物工程是指分子水平上的对基因的外科操作，即基因工程。
基因工程
基因工程又称为DNA重组或分子水平的杂交。具体内容就是按照预先设计的生物蓝图，在分子水平上对基因进行外科手术，人为地用一种生物细胞中的基因替换另一种生物的某些基因，实现基因的转移和重新组合，以达到定向改变生物性状的目的。在理论上，基因工程甚至能创造出自然界中根本不存在的新的生命形态。
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。
细胞工程
细胞是生物体的基本结构单位和功能单位。细胞工程包括体细胞融合、细胞核和卵移植、动植物细胞大规模培养以及植物组织培育技术等方面。它将一种生物细胞中携带遗传信息的细胞核或染色体整个地转移给另一种生物细胞，使新细胞产生具有人们所需要的功能，从而改变受体细胞的遗传特性。这就打破了远缘生物不能进行杂交的屏障，从而创造了产生新物种的可能。
目前科学家们已经在动物中实现了小鼠与田鼠、小鼠与小鸡等远缘和超远缘动物间的体细胞杂交。虽然这种杂交体细胞还只停留在分裂传代的水平，不能分化发育成完整的个体，但在理论研究和基因定位上却具有着重大意义；而科学家们在植物间的体细胞杂交实验已达到了完整的植株水平，并获得了新的杂交植物，如人们已经知道甚至是品尝过的“西红柿马铃薯”、“蘑菇白菜”等。细胞核移植技术对动物优良品种杂交的无性繁殖和濒临绝迹的珍贵动物的传种工作具有重大意义，实际上，所谓的克隆技术就是在这种细胞工程基础上产生的。
酶工程
酶是生物机体中一种特殊的蛋白质，在生物机体内进行的生化反应中起着生物的催化剂作用。而酶工程就是一项在一定的生物反应器中，利用酶的特异的催化功能，快速、高效地将相应的原料转化成有用物质的重要技术。目前，由于酶工程的发展，人们已经开发生产、分离和提纯了多种生物酶，并已有效地应用于化学分析、临床诊断及农业生产和水产加工等诸多方面。
微生物发酵工程
作为现代科学意义上的微生物发酵工程，是指将传统发酵技术与现代生物学的DNA重组、体细胞融合等新技术结合并发展起来的现代微生物发酵技术。目前在医学和农业生产领域中通用的20多种抗生素中，绝大部分都是利用微生物的特定功能制成的发酵产品。
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。毋庸置疑，生物工程的发展必将导致传统工业结构的调整与改革，并会在解决人类面临的难题中发挥自己的巨大潜力，成为推动当前新技术革命的强大动力。
生物工程的影响涉及到农业、医药、食品、能源、环境保护等国民经济的众多领域。作为一种生产力，它对科学和社会发展的影响和作用，将会随着这个新兴产业的不断开拓而越来越大，并将引起传统工业模式的变革。因而，它所产生的经济效益也将是难以估量的。从某种意义上说，生物工程所产生的重大影响将远远超过20世纪70年代的微电子学、60年代的计算机以及50年代的晶体管半导体的发明。而且它所产生的影响将会在21世纪得到更加充分的显现。
不过，现代生物工程技术的迅速发展，如同现代遗传科学一样，也给人们带来了许多困惑：当人们能够任凭自己的想像“制造”出任何有生命的物种来的时候，那时，这个世界将会变成一个什么样的世界呢？