发展历史
準备和酝酿阶段
分子生物19世纪后期到20世纪50年代初，是现代分子生物学诞生的準备和酝酿阶段。在这一阶段产生了两点对生命本质的认识上的重大突破：确定了蛋白质是生命的主要基础物质。
19世纪末Buchner兄弟证明酵母无细胞提取液能使糖发酵产生酒精，第一次提出酶（enzyme）的名称，酶是生物催化剂。20世纪20-40年代提纯和结晶了一些酶（包括尿素酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶、黄酶、细胞色素C、肌动蛋白等），证明酶的本质是蛋白质。随后陆续发现生命的许多基本现象（物质代谢、能量代谢、消化、呼吸、运动等）都与酶和蛋白质相联系，可以用提纯的酶或蛋白质在体外实验中重复出来。
在此期间对蛋白质结构的认识也有较大的进步。1902年EmilFisher证明蛋白质结构是多肽；40年代末，Sanger创立二硝基氟苯（DNFB）法、Edman发展异硫氰酸苯酯法分析肽链N端氨基酸；1953年Sanger和Thompson完成了第一个多肽分子--胰岛素A链和B链的氨基全序列分析。由于结晶X-线衍射分析技术的发展，1950年Pauling和Corey提出了α-角蛋白的α-螺旋结构模型。所以在这阶段对蛋白质一级结构和空间结构都有了认识。
确定了生物遗传的物质基础是DNA
分子生物实验室虽然1868年F.Miescher就发现了核素（nuclein），但是在此后的半个多世纪中并未引起重视。20世纪20-30年代已确认自然界有DNA和RNA两类核酸，并阐明了核苷酸的组成。由于当时对核苷酸和礆基的定量分析不够精确，得出DNA中A、G、C、T含量是大致相等的结果，因而曾长期认为DNA结构只是“四核苷酸”单位的重复，不具有多样性，不能携带更多的信息，当时对携带遗传信息的侯选分子更多的是考虑蛋白质。40年代以后实验的事实使人们对核酸的功能和结构两方面的认识都有了长足的进步。1944年O.T.Avery等证明了肺炎球菌转化因子是DNA；1952年A.D.Hershey和M.Cha-se用DNA35S和32P分别标记T2噬菌体的蛋白质和核酸，感染大肠桿菌的实验进一步证明了是遗传物质。在对DNA结构的研究上，1949-52年S.Furbery等的X-线衍射分析阐明了核苷酸并非平面的空间构像，提出了DNA是螺旋结构；1948-1953年Chargaff等用新的层析和电泳技术分析组成DNA的礆基和核苷酸量，积累了大量的资料，提出了DNA礆基组成A=T、G=C的Chargaff规则，为礆基配对的DNA结构认识打下了基础。
现代分子生物学的建立和发展阶段
这一阶段是从50年代初到70年代初，以1953年Watson和Crick提出的DNA双螺旋结构模型作为现代分子生物学诞生的裏程碑开创了分子遗传学基本理论建立和发展的黄金时代。DNA双螺旋发现的最深刻意义在于：确立了核酸作为信息分子的结构基础;提出了礆基配对是核酸复製、遗传信息传递的基本方式；从而最后确定了核酸是遗传的物质基础，为认识核酸与蛋白质的关系及其在生命中的作用打下了最重要的基础。1975年Kohler和Milstein首次用B淋巴细胞杂交瘤技术製备出单克隆抗体以来，人们利用这一细胞工程技术研製出多种单克隆抗体，为许多疾病的诊断和治疗提供了有效的手段。80年代以后随着基因工程抗体技术而相继出现的单域抗体、单链抗体、嵌合抗体、重构抗体、双功能抗体等为广泛和有效的套用单克隆抗体提供了广阔的前景。
技术
分子生物分子生物学技术作为现代生物技术中最为先进的实验手段之一，已经广泛渗透到生命科学的各个领域，对于基础医学和临床医学研究起到了重要作用。本课程面向博士研究生，尤其针对临床博士研究生分子生物学技术水準及实验条件相对薄弱的特点，通过包括聚合酶链反应蛋白质免疫印迹、分子杂交技术以及基因克隆等为主体的实验技术教学，使学生了解分子生物学技术发展的现状及套用，掌握现代分子生物学技术的基本操作技术，并通过本课程的学习，使每个研究生结合学到的技术方法能更好地完成自己的科研设计，同时提高科研设计的水準。
克隆表达
分子生物学中最基本的技术是蛋白质的表达和纯化。首先是编码目的蛋白的DNA序列被克隆（用PCR技术和限製性内切酶）到作为表达载体的质粒中。随后构建好的质粒被引入到宿主细胞。编码序列在质粒上的特殊的啓动子元件的驱动下，被宿主细胞的表达系统所表达。质粒上通常还带有抗生素抗性标签以便于质粒筛选。质粒可以被插入到细菌或动物细胞。外源DNA被引入细菌被称为转化，可以通过电穿孔法、微注射法、正吸收和融合来实现；外源DNA被引入真核细胞，如动物细胞，被称为转染，转染技术包括磷酸钙法、脂质体法和一些有专利权的商用转染试剂。DNA也可以以病毒或病原菌为载体被带入宿主细胞；套用这种病毒或病菌的转染技术于细胞时，用术语来说就是“对细胞进行转导”。
多聚酶链式反应
多聚酶链式反应是一项用于体外复製DNA的极为通用的技术。简而言之，PCR技术可以使单链DNA被复製数百万次，也允许用事先确定好的方式对被复製的DNA序列进行改动。例如，PCR技术可以用于引入限製性酶切位点，或者对特定的DNA硷基进行突变（改变）。PCR技术还可以用于从cDNA文库获得特定的DNA片断，或者从另一个角度，用于判断一个cDNA文库中是否含有特定的DNA片断。凝胶电泳
凝胶电泳是分子生物学最主要的一项技术。其基本原理是：DNA、RNA和蛋白质可以用电场来进行分离。在琼脂糖凝胶电泳中，DNA和RNA可以被琼脂糖凝胶按其分子大小进行分离。同样，蛋白质可以被SDS－聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS-PAGE）按分子量大小分离；此外，蛋白质还可以由于所带电荷的不同被等电聚焦电泳分离。墨点法
南方墨点法 分子生物此方法的命名源自其发明者生物学家Edwin Southern。南方墨点法（墨点或称印迹）是探测一个DNA样品中含有特定DNA序列的方法。首先，DNA样品为凝胶电泳所分离；然后，分离的样品通过毛细现象被转移到一张膜上，这一过程被称为“印迹”。带有样品的膜就可以用与目标序列互补的标记的DNA标记探针来探测。最初的操作手册大都採用放射性标记，但现在非放射性标记已开始被採用。自从PCR技术被用于检测特定DNA序列后，Southern印迹法在实验室中的套用大为减少。但此方法依然有着其他一些套用，如用于测量转基因鼠的转基因拷贝数，以及用于构建基因敲除的胚胎干细胞系。
北方墨点法 北方墨点法被用于研究特定类别的RNA分子的表达模式（丰度和大小）。与南方墨点法相似，RNA样品为凝胶电泳按大小分离；然后转移到膜上，并用与目标序列互补的标记的探针来探测。实验结果可以根据所用探针的不同以多种方式来观察，但大多数都显示的是样品中被探测的RNA条带的相对位置，也就是分子大小；而条带的强度则与样品中目标RNA的含量相关。这一方法可以测量目标RNA在不同样品中的情况，因此已经被普遍用于研究特定基因在生物体中表达的时刻和表达量，也是这类研究中最基本的手段。
西方墨点法 大多数蛋白的抗体可以通过将少量的蛋白注入动物（如鼠、兔、羊）以获得对应注入蛋白的抗体（多克隆抗体）或进一步通过细胞培养获得抗体（单克隆抗体）。这些抗体就可为许多分析和製备技术所使用。在西方墨点法中，蛋白质首先根据分子大小用SDS-PAGE分离。然后将胶中的蛋白质转移到膜（如PDVF膜、尼龙膜或其他可用的膜）上。然后将膜用含有抗体的溶液浸泡，由于抗体可以特异性地结合到目标蛋白上，因此就可以探测膜中的目标蛋白。同样观察结果的方法有很多，包括显色产物、化学发光或放射自显影。一些与西方墨点法相似的方法可以用于直接对细胞和组织中的特定蛋白进行染色，然而这些被称为“免疫染色”的方法更多的是套用于细胞生物学而非分子生物学。
此外，还有并不常用的“东方墨点法”（对双向电泳后蛋白质分子的印迹分析）、“西南方墨点法”（研究蛋白质和DNA相互作用）和“远端西方墨点法”（Far Western blotting，研究蛋白质－蛋白质相互作用）。值得一提的是除了南方墨点法的命名是来自于发明者的姓名，其他墨点法的命名则都是源于发明者的幽默：因为南方既是墨点法的发明者Edwin Southern的姓，同时其英文含义为“南方”；于是随后发明不同印迹法的研究者们纷纷将这些方法以方位命名，如Northern（“北方”），Western（“西方”）印等等。
微阵列技术
微阵列也可以用除了DNA以外的分子来製作。如抗体微阵列可被用于检测血液样品中含有哪些蛋白质或细菌。过时的技术
随着新技术和新方法的不断出现，旧的技术很快就被抛弃。一个很典型的例子就是DNA分子大小的测量：在（琼脂糖/聚丙烯酰胺）凝胶电泳出现之前，DNA分子大小是用蔗糖密度梯度沉降法来测量的，这一方法费时费力而且花费昂贵；而在梯度沉降法出现之前，使用的是黏度法。尽管已经不再为人们所关注，但了解这些过时的技术可能会对解决一些特别的问题有帮助。大事记
1990年
1.UCSF和斯坦福大学发布了他们的第100个重组ＤＮＡ专利的许可证。在1991财务年度以前，两个学校已经从该专利挣得4000万美元。2.Actimmune （干扰素 微克-1b）被批準用于慢性的内芽肿病的治疗。
3.Adagen （腺嘌呤核苷脱氨基酶）被批準用于严重免疫缺陷并发症的治疗。
4.Calgene 公司成功完成了第一个以基因水準设计的棉花作物野外种植试验，该植物被设计成可抵抗除草剂溴苯晴。
5.美国食品和葯物管理局準许Chiron公司进行C型肝炎抗体试验，以帮助确保血库产品的纯凈。
6.植物基因表达中心的分子生物学家迈克尔Fromm报导：高速基因枪可使玉米稳定变换。
7.伯克利流行病学家玛丽克莱尔King报导：患有乳癌的家族在45岁前，与乳癌相关的基因有很高的发生率。
8.GenPharm International公司製培养出第一头转基因奶牛，该种奶牛为婴儿提供具有人奶蛋白质的的牛奶。
9.第一次基因治疗发生在一名患有免疫系统紊乱疾病的4岁女孩身上，治疗显示出效果，但是引起了学术界和媒体对伦理道德规範的激烈讨论。
10.人类基因组工程—绘製全部基因的表达谱，在国际上全面开始，预计成本为130亿美元。1990年正式开始人类基因组工程。
11.迈克尔克赖顿的出版物新侏罗纪公园中，通过生物工程製造的恐龙漫步在主题公园裏，但实验出现了错误，造成致命的结果。
1991年
1.着名的参考作品“人类孟德尔遗传法则”可在电脑网路上即时获得，目录中列出被认为很好的验证了孟德尔遗传法则的5600条基因。2.加利弗尼亚大学贝克来分校的玛丽-克莱尔king分析易患基因家族的女性的染色体，发现17号染色体上的基因引起乳癌遗传，而且增加患子房癌的危险。
1992年
1.美国陆军开始收集新兵的血和组织样品，作为“基因身份标志”的一部分，目的是更好的辨别在战斗中被杀士兵的身份。2.美国和英国的科学家公开了在试管婴儿中找出遗传性变异的技术，如包囊性纤维症和血友病。
1993年
1.Kary Mullis因发明聚合酶连锁反应（PCR）的技术而获诺贝尔化学奖。2.在20年中，Chiron Betaseron第一次被批準用于治疗多硬化症。
3.美国食品和葯物管理局声称以基因水準设计的食物“并非天生危险”，因此不需要特别的规则加以限製。
4.在合并2个较小的贸易联盟的基础上建立了生物技术产业组织。
5.乔治·华盛顿大学研究人员克隆出人类胚胎，并且在培养皿中生存了几天。
6.生物工程激起种族学家、政治家和批评家引起的抗议。
7.巴黎人类研究中心由丹尼尔科恩领导的一个研究小组完成人类全部23对染色体的粗略图谱。
8.Genentech花费1000万美元在全国範围内开展名为“通向卓越之门”的通信网路计画，该计画的目的是促使高中的生物老师成为与专家同样优秀的人才。
1994年
1.第一个基因工程食品—Flavr Savr西红柿—得到了食品和葯物管理局的批準。2.Genentech公司的Nutropin被批準用于成长激素缺乏症的治疗。
3.第一个乳癌基因被发现。
4.BRCA1基因，早前被认为只存在于稀有家族形式的乳癌中，现在看来在许多非遗传性乳癌中也扮演重要角色。
5.大批人类基因被识别，并且他们的功能也被确定。这些基因包括：A.Ob，易肥胖基因，B.BCR，乳癌易感基因C.BCL-2，与凋亡相关的基因“刺猬”基因（如此命名是因它的形状，它的蛋白产物可导致老化器官的细胞差异）D.Vpr—控製艾滋病病毒繁殖的基因……。
6.基因疾病种类的相关研究：两极紊乱，天蓝白内障，黑素瘤，听力损失，诵读困难，甲状腺癌，幼儿突然死亡综合症，前列腺癌和侏儒症。
7.遗传研究人员成功地将CFTR（包囊性纤维症横跨膜调整器）移植到老鼠的肠内。这将是治疗包囊性纤维症的重要一步。研究人员宣称通过脂质体的方法将CFTR移植到人体内，并取得初步成功。
8.去年基因工程设计的人类DNA酶被批準使用，该酶可打破肺无载体病人肺中的蛋白质堆积物。它是30年第一个治疗包囊性纤维症的葯物。
9.另一组研究人员报导：第一次成功使用反义寡聚核苷酸完成系统选择性抑製基因的表达。
10.美国食品和葯物管理局和欧洲联盟体允许Centocor's ReoPro在美国及欧洲市场交易，CPMP用于患有极危险的球状血管成行术。
11.Genzyme Ceredase Cerezyme （alglucerase/recombinant alglucerase）被批準用于1型不对称疾病。
12.虽然粗糙，但人类第一个完整的基因组相关图谱出版）。
13.本年在谁拥有基因组问题上的争论大大增加。
14.科学家和研究公司设计出进入拥有35,000条详细人类基因资料库，并分享资料库信息的方法。
15.在得克萨斯大学的研究人员报导了端粒酶导致人类细胞不可抑製的成长。这一发现可产生很多新的诊断、治疗套用。
16.重组体GM-CSF被批準用于化学诱导嗜中型白血球减少症。
1995年
1.欧洲一个研究小组识别出一种基因失误是导致耳聋的原因。2.公爵大学医疗中心的研究人员将转基因猪的心髒移植到拂拂身上，证明物种的交叉手术是可行的。随后，第一次成功将拂拂的骨髓移植到一名爱滋病人身上。
3.第一个活体器官中的流感嗜血桿菌完成测序，而不再只是对病毒的测序。
4.PCR和DNA採指纹技术证明足球选手O.J辛普森在双重谋杀案中无罪，但该结果不具说服力。
5.主流宗教又一次新的结合，着手推翻现行的法律,允取得专利的基因可用于医学和研究套用。该组织也包括颇具争议和坦率直言的生物技术产业批评家杰裏米Rifkin。
6.疾病控製和预防中心的研究者确认了埃博拉病毒在扎伊尔出血性发热爆发后出现。
7.研究人员称迄今仍未能认为RNA是生命起源的中心分子。
8.动物实验显示，最近识别的肥胖基因蛋白产物Leptin可能是造成体重降低的原因。
9.一种新的基因表达谱技术，STS基因表达谱，将大大加快国际人类基因组计画。
10.一个单一的基因已经被识别，该基因可能控製所有动物眼睛的成长和发展。
11.携带人类阿尔兹莫病的转基因鼠被开发。
12.基因疗法，基因调节免疫系统和基因工程抗体已进入抗癌的临床套用。
1996年
1.英国政府声称已经有10人因吃牛肉而感染牛海绵状脑病。2.生命素重组干扰素葯物Avonex被批準用于多硬化症的治疗。
3.科学家联合报导：已测序完成一个合成器官、啤酒酵母、面包酵母及其他的测序。该工作完成了最大的染色体组的完整测序,测序大于1200万对硷基的DNA。
4.到达南极大陆约1500万年以前的小的meteorite的分析已经使真地也许是最非常的科学的发现的发火花了，火星上的生命的可能的证据。
5.对海底活火山口深处不适宜气温下发现的太古代有机体进行测序,大大提高我们对地球上生命进化的了解。这些微生物即不是真核生物，也不是原核生物。
6.研究人员发现T-细胞免疫系统的临界三维空间结构。
7.一种便宜的诊断性生物体感测器可用于检菌株为E0157 ： H7的大肠桿菌，该大肠桿菌引起近几次血中毒的爆发。
8.帕金森病相关基因的发现提供了一种新的方法去研究神经衰弱疾病的起因和可能的治疗方法。
9.调查显示公众对人类基因组和基因疗法的研究存在恐惧和猜疑。
1997年
1.苏格兰Roslin研究所的研究人员报导他们从母羊的细胞中克隆得到第一头克隆羊—多利羊。随后使用核子转移技术从人类基因中克隆出又一个克隆羊—Polly羊。2.第一次生成人工的人类染色体。
3.滤泡刺激激素Follistim被批準用于不育症的治疗。
4.一群俄勒冈研究人员声称已经克隆到2头猕猴。
5.美国专利局宣告允许EST（短DNA序列片段，对基因组表达谱具有作用）申请专利，重要遗传学家对此表示震惊及沮丧。
6.Orasure，一种不失血的艾滋病病毒抗体试验被批準。
7.Clock基因被识别与哺乳动物的生物锺相关。
8.研究人员使用一小段DNA和一些平常的生物学实验室技术，设计了第一个DNA电脑“硬体”：由DNA决定的逻辑思路。
9.一种预防泌尿通路感染的新大肠桿菌疫苗被开发。
10.莱姆关节炎病原体—疏螺旋体 burgdorferi的基因组被完整测序，同时被测序的还有大肠桿菌和H型幽门。
11.食品和葯物管理局赞成Rituxan，给癌的第一个抗体根据的（患有非Hodgkin淋巴瘤的患者）疗法。
12.新的DNA技术：合成PCR，DNA接头和电脑设计，成为研究疾病起因的新工具。
1998年
1.夏威夷大学的科学家从成人子房堆积细胞的核中克隆出三代老鼠。2.美国食品和葯物管理局允许治疗Crohn病的单克隆抗体RemicadeTM（infliximab）出口。
3.两个研究小组成功使胚胎的茎干细胞生长，这是分子生物学的重要一步。
4.日本近畿大学的科学家用从一头母牛中取出的细胞克隆出8头完全一样的小牛。
5.HER2neu（Herceptin）可用于治疗乳癌的新抗体，这一结果预言以分子瘤细胞为基础的治疗将跨入新的纪元。
6.Fomivirsen成为用反义医学技术开发的第一个被批準的治疗试剂。
7.对饥饿瘤生物製品的研究，包括製管张素和内稳定素，被批準用于临床。
8.第一个完整的动物线虫基因组测序完成。
9.人类基因组粗糙草图完成，显示了30,000以上基因的定位。
1999年
1.以唯一抗体外型为基础的一项新技术可替换现行用DNA採指纹的方法。这种方法易于操作，引起了法律机构的广泛关注。2.一种新的医葯诊断试剂被批準用于快速检测牛海绵状脑病/CJD病，牛海绵状脑病/CJD病非常稀有，但可从牛转移到人体中，并导致破坏神经系统的疾病。
3.研究在不断继续，与此同时，伦理的讨论越来越激烈。在美国有1,274个生物技术公司，至少已有300个以上的生物葯物和疫苗正在进行临床实验，并有数以百记的生物葯物和疫苗在进行早期开发。这些产品包括葯品、诊断试剂、生物杀虫剂和转基因农作物。人类基因组在预算时间内进行，预计将在5年或更短的时间内完成全部人类基因的表达谱。
