基因工程是指重组DNA技术的产业化设计与应用，包括上游技术和下游技术两大组成部分。上游技术指的是基因重组、克隆和表达的设计与构建（即重组DNA技术）；而下游技术则涉及到基因工程菌或细胞的大规模培养以及基因产物的分离纯化过程。以下为其发展：第一代基因工程 蛋白多肽基因的高效表达 （经典基因工程）第二代基因工程 蛋白编码基因的定向诱变 （蛋白质工程） 第三代基因工程 代谢信息途径的修饰重构 （代谢途径工程 ）第四代基因工程 全基因组或染色体的转移 （基因组工程）代谢工程则是基因工程的延伸。即利用基因工程技术定向改造细胞的代谢途径，以改善产物的形成和细胞的性能。基因工程通常只涉及少量基因的改造，比如将编码某种蛋白药物的单一基因转入酵母，然后用该酵母发酵生产该药物。但是代谢工程会涉及大幅度的基因改变，比如为在大肠杆菌中生产某种代谢产物，比如紫杉醇（尚在研究阶段），必须把一系列相关途径的酶的基因全部导入大肠杆菌，并且敲除不必要和有害的大肠杆菌中原本就有的代谢通路，以构建出一整套大肠杆菌中原本没有的紫杉醇的代谢途径，使大肠杆菌能够生产紫杉醇。例如在酵母糖基人源化的改造中，共敲除了酵母的大约11个基因，然后导入大约5个人的糖基转移酶基因才初步实现（在Science杂志中发表）。即代谢工程的实质就是基因工程，只是涉及的基因改变的量远比基因工程巨大而合成生物学的目标，则是试图采用从自然界分割出来的标准生物学元件（可被修饰、重组乃至创造)，进行理性（设计）的重组（乃至从头合成）以获得新的生命（生物体）。比如1、人工合成单细胞的模型（Jack W Szostak (Nature, 2008)）；2、2008年完全利用化学方法合成长度达582970bp的生殖道支原体（M genitalium）的全基因组，克隆到酵母中；为了突出是人工合成的基因组，多处插入了“水印”序列；该工作向创造“人造生命”又迈近了一步（Science）；3、2007年，丝状支原体（Mycoplasma mycoides）的几乎不带蛋白质的裸genomic DNA移植到山羊支原体（M capricolum）细胞中，首次实现了不同细菌种类的整个基因组的替换，将一种物种变为另一种物种，向从零开始构建简单的基因组迈出关键 一步（Science）。等等合成生物学即：以系统生物学思想为指导综合化学(生物化学)技术、物理(生物物理)技术、信息(生物信息)技术，利用基因和基因组的基本要素，设计、改造、重建或制造： 生物分子、 生物体部件、 生物反应系统、 代谢途径与过程、 具生命活动能力的细胞和生物个体合成生物学与代谢工程在思想上与基因工程最明显不同之一就是，前两者特别注重代谢流的量化描述（虽然现在很难做到），讲究基因的协调表达和表达量的准确控制
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