發展歷史
準備和醞釀階段
分子生物19世紀後期到20世紀50年代初，是現代分子生物學誕生的準備和醞釀階段。在這一階段產生了兩點對生命本質的認識上的重大突破：確定了蛋白質是生命的主要基礎物質。
19世紀末Buchner兄弟證明酵母無細胞提取液能使糖發酵產生酒精，第一次提出酶（enzyme）的名稱，酶是生物催化劑。20世紀20-40年代提純和結晶了一些酶（包括尿素酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶、黃酶、細胞色素C、肌動蛋白等），證明酶的本質是蛋白質。隨後陸續發現生命的許多基本現象（物質代謝、能量代謝、消化、呼吸、運動等）都與酶和蛋白質相聯繫，可以用提純的酶或蛋白質在體外實驗中重複出來。
在此期間對蛋白質結構的認識也有較大的進步。1902年EmilFisher證明蛋白質結構是多肽；40年代末，Sanger創立二硝基氟苯（DNFB）法、Edman發展異硫氰酸苯酯法分析肽鏈N端胺基酸；1953年Sanger和Thompson完成了第一個多肽分子--胰島素A鏈和B鏈的氨基全序列分析。由於結晶X-線衍射分析技術的發展，1950年Pauling和Corey提出了α-角蛋白的α-螺鏇結構模型。所以在這階段對蛋白質一級結構和空間結構都有了認識。
確定了生物遺傳的物質基礎是DNA
分子生物實驗室雖然1868年F.Miescher就發現了核素（nuclein），但是在此後的半個多世紀中並未引起重視。20世紀20-30年代已確認自然界有DNA和RNA兩類核酸，並闡明了核苷酸的組成。由於當時對核苷酸和鹼基的定量分析不夠精確，得出DNA中A、G、C、T含量是大致相等的結果，因而曾長期認為DNA結構只是“四核苷酸”單位的重複，不具有多樣性，不能攜帶更多的信息，當時對攜帶遺傳信息的侯選分子更多的是考慮蛋白質。40年代以後實驗的事實使人們對核酸的功能和結構兩方面的認識都有了長足的進步。1944年O.T.Avery等證明了肺炎球菌轉化因子是DNA；1952年A.D.Hershey和M.Cha-se用DNA35S和32P分別標記T2噬菌體的蛋白質和核酸，感染大腸桿菌的實驗進一步證明了是遺傳物質。在對DNA結構的研究上，1949-52年S.Furbery等的X-線衍射分析闡明了核苷酸並非平面的空間構像，提出了DNA是螺鏇結構；1948-1953年Chargaff等用新的層析和電泳技術分析組成DNA的鹼基和核苷酸量，積累了大量的數據，提出了DNA鹼基組成A=T、G=C的Chargaff規則，為鹼基配對的DNA結構認識打下了基礎。
現代分子生物學的建立和發展階段
這一階段是從50年代初到70年代初，以1953年Watson和Crick提出的DNA雙螺鏇結構模型作為現代分子生物學誕生的里程碑開創了分子遺傳學基本理論建立和發展的黃金時代。DNA雙螺鏇發現的最深刻意義在於：確立了核酸作為信息分子的結構基礎;提出了鹼基配對是核酸複製、遺傳信息傳遞的基本方式；從而最後確定了核酸是遺傳的物質基礎，為認識核酸與蛋白質的關係及其在生命中的作用打下了最重要的基礎。
1975年Kohler和Milstein首次用B淋巴細胞雜交瘤技術製備出單克隆抗體以來，人們利用這一細胞工程技術研製出多種單克隆抗體，為許多疾病的診斷和治療提供了有效的手段。80年代以後隨著基因工程抗體技術而相繼出現的單域抗體、單鏈抗體、嵌合抗體、重構抗體、雙功能抗體等為廣泛和有效的套用單克隆抗體提供了廣闊的前景。
技術
分子生物分子生物學技術作為現代生物技術中最為先進的實驗手段之一，已經廣泛滲透到生命科學的各個領域，對於基礎醫學和臨床醫學研究起到了重要作用。本課程面向博士研究生，尤其針對臨床博士研究生分子生物學技術水平及實驗條件相對薄弱的特點，通過包括聚合酶鏈反應蛋白質免疫印跡、分子雜交技術以及基因克隆等為主體的實驗技術教學，使學生了解分子生物學技術發展的現狀及套用，掌握現代分子生物學技術的基本操作技術，並通過本課程的學習，使每個研究生結合學到的技術方法能更好地完成自己的科研設計，同時提高科研設計的水平。
克隆表達
分子生物學中最基本的技術是蛋白質的表達和純化。首先是編碼目的蛋白的DNA序列被克隆（用PCR技術和限制性內切酶）到作為表達載體的質粒中。隨後構建好的質粒被引入到宿主細胞。編碼序列在質粒上的特殊的啟動子元件的驅動下，被宿主細胞的表達系統所表達。質粒上通常還帶有抗生素抗性標籤以便於質粒篩選。
質粒可以被插入到細菌或動物細胞。外源DNA被引入細菌被稱為轉化，可以通過電穿孔法、微注射法、正吸收和融合來實現；外源DNA被引入真核細胞，如動物細胞，被稱為轉染，轉染技術包括磷酸鈣法、脂質體法和一些有專利權的商用轉染試劑。DNA也可以以病毒或病原菌為載體被帶入宿主細胞；套用這種病毒或病菌的轉染技術於細胞時，用術語來說就是“對細胞進行轉導”。
多聚酶鏈式反應
多聚酶鏈式反應是一項用於體外複製DNA的極為通用的技術。簡而言之，PCR技術可以使單鏈DNA被複製數百萬次，也允許用事先確定好的方式對被複製的DNA序列進行改動。例如，PCR技術可以用於引入限制性酶切位點，或者對特定的DNA鹼基進行突變（改變）。PCR技術還可以用於從cDNA文庫獲得特定的DNA片斷，或者從另一個角度，用於判斷一個cDNA文庫中是否含有特定的DNA片斷。
凝膠電泳
凝膠電泳是分子生物學最主要的一項技術。其基本原理是：DNA、RNA和蛋白質可以用電場來進行分離。在瓊脂糖凝膠電泳中，DNA和RNA可以被瓊脂糖凝膠按其分子大小進行分離。同樣，蛋白質可以被SDS－聚丙烯醯胺凝膠電泳（SDS-PAGE）按分子量大小分離；此外，蛋白質還可以由於所帶電荷的不同被等電聚焦電泳分離。
墨點法
南方墨點法
分子生物此方法的命名源自其發明者生物學家Edwin Southern。南方墨點法（墨點或稱印跡）是探測一個DNA樣品中含有特定DNA序列的方法。首先，DNA樣品為凝膠電泳所分離；然後，分離的樣品通過毛細現象被轉移到一張膜上，這一過程被稱為“印跡”。帶有樣品的膜就可以用與目標序列互補的標記的DNA標記探針來探測。最初的操作手冊大都採用放射性標記，但現在非放射性標記已開始被採用。自從PCR技術被用於檢測特定DNA序列後，Southern印跡法在實驗室中的套用大為減少。但此方法依然有著其他一些套用，如用於測量轉基因鼠的轉基因拷貝數，以及用於構建基因敲除的胚胎幹細胞系。
北方墨點法北方墨點法被用於研究特定類別的RNA分子的表達模式（豐度和大小）。與南方墨點法相似，RNA樣品為凝膠電泳按大小分離；然後轉移到膜上，並用與目標序列互補的標記的探針來探測。實驗結果可以根據所用探針的不同以多種方式來觀察，但大多數都顯示的是樣品中被探測的RNA條帶的相對位置，也就是分子大小；而條帶的強度則與樣品中目標RNA的含量相關。這一方法可以測量目標RNA在不同樣品中的情況，因此已經被普遍用於研究特定基因在生物體中表達的時刻和表達量，也是這類研究中最基本的手段。
西方墨點法大多數蛋白的抗體可以通過將少量的蛋白注入動物（如鼠、兔、羊）以獲得對應注入蛋白的抗體（多克隆抗體）或進一步通過細胞培養獲得抗體（單克隆抗體）。這些抗體就可為許多分析和製備技術所使用。在西方墨點法中，蛋白質首先根據分子大小用SDS-PAGE分離。然後將膠中的蛋白質轉移到膜（如PDVF膜、尼龍膜或其他可用的膜）上。然後將膜用含有抗體的溶液浸泡，由於抗體可以特異性地結合到目標蛋白上，因此就可以探測膜中的目標蛋白。同樣觀察結果的方法有很多，包括顯色產物、化學發光或放射自顯影。一些與西方墨點法相似的方法可以用於直接對細胞和組織中的特定蛋白進行染色，然而這些被稱為“免疫染色”的方法更多的是套用於細胞生物學而非分子生物學。
此外，還有並不常用的“東方墨點法”（對雙向電泳後蛋白質分子的印跡分析）、“西南方墨點法”（研究蛋白質和DNA相互作用）和“遠端西方墨點法”（Far Western Blotting，研究蛋白質－蛋白質相互作用）。值得一提的是除了南方墨點法的命名是來自於發明者的姓名，其他墨點法的命名則都是源於發明者的幽默：因為南方既是墨點法的發明者Edwin Southern的姓，同時其英文含義為“南方”；於是隨後發明不同印跡法的研究者們紛紛將這些方法以方位命名，如Northern（“北方”），Western（“西方”）印等等。
微陣列技術
微陣列也可以用除了DNA以外的分子來製作。如抗體微陣列可被用於檢測血液樣品中含有哪些蛋白質或細菌。
過時的技術
隨著新技術和新方法的不斷出現，舊的技術很快就被拋棄。一個很典型的例子就是DNA分子大小的測量：在（瓊脂糖/聚丙烯醯胺）凝膠電泳出現之前，DNA分子大小是用蔗糖密度梯度沉降法來測量的，這一方法費時費力而且花費昂貴；而在梯度沉降法出現之前，使用的是黏度法。儘管已經不再為人們所關注，但了解這些過時的技術可能會對解決一些特別的問題有幫助。
大事記
1990年
1.UCSF和史丹福大學發布了他們的第100個重組ＤＮＡ專利的許可證。在1991財務年度以前，兩個學校已經從該專利掙得4000萬美元。
2.Actimmune （干擾素 微克-1b）被批准用於慢性的內芽腫病的治療。
3.Adagen （腺嘌呤核苷脫氨基酶）被批准用於嚴重免疫缺陷併發症的治療。
4.Calgene 公司成功完成了第一個以基因水平設計的棉花作物野外種植試驗，該植物被設計成可抵抗除草劑溴苯晴。
5.美國食品和藥物管理局準許Chiron公司進行C型肝炎抗體試驗，以幫助確保血庫產品的純淨。
6.植物基因表達中心的分子生物學家麥可Fromm報導：高速基因槍可使玉米穩定變換。
7.伯克利流行病學家瑪麗克萊爾King報導：患有乳癌的家族在45歲前，與乳癌相關的基因有很高的發生率。
8.GenPharm International公司制培養出第一頭轉基因奶牛，該種奶牛為嬰兒提供具有人奶蛋白質的的牛奶。
9.第一次基因治療發生在一名患有免疫系統紊亂疾病的4歲女孩身上，治療顯示出效果，但是引起了學術界和媒體對倫理道德規範的激烈討論。
10.人類基因組工程—繪製全部基因的表達譜，在國際上全面開始，預計成本為130億美元。1990年正式開始人類基因組工程。
11.麥可克賴頓的出版物新侏羅紀公園中，通過生物工程製造的恐龍漫步在主題公園裡，但實驗出現了錯誤，造成致命的結果。
1991年
1.著名的參考作品“人類孟德爾遺傳法則”可在計算機網路上即時獲得，目錄中列出被認為很好的驗證了孟德爾遺傳法則的5600條基因。
2.加利弗尼亞大學貝克來分校的瑪麗-克萊爾king分析易患基因家族的女性的染色體，發現17號染色體上的基因引起乳癌遺傳，而且增加患子房癌的危險。
1992年
1.美國陸軍開始收集新兵的血和組織樣品，作為“基因身份標誌”的一部分，目的是更好的辨別在戰鬥中被殺士兵的身份。
2.美國和英國的科學家公開了在試管嬰兒中找出遺傳性變異的技術，如包囊性纖維症和血友病。
1993年
1.Kary Mullis因發明聚合酶連鎖反應（PCR）的技術而獲諾貝爾化學獎。
2.在20年中，Chiron Betaseron第一次被批准用於治療多硬化症。
3.美國食品和藥物管理局聲稱以基因水平設計的食物“並非天生危險”，因此不需要特別的規則加以限制。
4.在合併2個較小的貿易聯盟的基礎上建立了生物技術產業組織。
5.喬治·華盛頓大學研究人員克隆出人類胚胎，並且在培養皿中生存了幾天。
6.生物工程激起種族學家、政治家和批評家引起的抗議。
7.巴黎人類研究中心由丹尼爾科恩領導的一個研究小組完成人類全部23對染色體的粗略圖譜。
8.Genentech花費1000萬美元在全國範圍內開展名為“通向卓越之門”的通信網路計畫，該計畫的目的是促使高中的生物老師成為與專家同樣優秀的人才。
1994年
1.第一個基因工程食品—Flavr Savr西紅柿—得到了食品和藥物管理局的批准。
2.Genentech公司的Nutropin被批准用於成長激素缺乏症的治療。
3.第一個乳癌基因被發現。
4.BRCA1基因，早前被認為只存在於稀有家族形式的乳癌中，現在看來在許多非遺傳性乳癌中也扮演重要角色。
5.大批人類基因被識別，並且他們的功能也被確定。這些基因包括：A.Ob，易肥胖基因，B.BCR，乳癌易感基因C.BCL-2，與凋亡相關的基因“刺蝟”基因（如此命名是因它的形狀，它的蛋白產物可導致老化器官的細胞差異）D.Vpr—控制愛滋病病毒繁殖的基因……。
6.基因疾病種類的相關研究：兩極紊亂，天藍白內障，黑素瘤，聽力損失，誦讀困難，甲狀腺癌，幼兒突然死亡綜合症，前列腺癌和侏儒症。
7.遺傳研究人員成功地將CFTR（包囊性纖維症橫跨膜調整器）移植到老鼠的腸內。這將是治療包囊性纖維症的重要一步。研究人員宣稱通過脂質體的方法將CFTR移植到人體內，並取得初步成功。
8.去年基因工程設計的人類DNA酶被批准使用，該酶可打破肺無載體病人肺中的蛋白質堆積物。它是30年第一個治療包囊性纖維症的藥物。
9.另一組研究人員報導：第一次成功使用反義寡聚核苷酸完成系統選擇性抑制基因的表達。
10.美國食品和藥物管理局和歐洲聯盟體允許Centocor's ReoPro在美國及歐洲市場交易，CPMP用於患有極危險的球狀血管成行術。
11.Genzyme Ceredase Cerezyme （alglucerase/recombinant alglucerase）被批准用於1型不對稱疾病。
12.雖然粗糙，但人類第一個完整的基因組相關圖譜出版）。
13.本年在誰擁有基因組問題上的爭論大大增加。
14.科學家和研究公司設計出進入擁有35,000條詳細人類基因資料庫，並分享資料庫信息的方法。
15.在德克薩斯大學的研究人員報導了端粒酶導致人類細胞不可抑制的增長。這一發現可產生很多新的診斷、治療套用。
16.重組體GM-CSF被批准用於化學誘導嗜中型白血球減少症。
1995年
1.歐洲一個研究小組識別出一種基因失誤是導致耳聾的原因。
2.公爵大學醫療中心的研究人員將轉基因豬的心臟移植到拂拂身上，證明物種的交叉手術是可行的。隨後，第一次成功將拂拂的骨髓移植到一名愛滋病人身上。
3.第一個活體器官中的流感嗜血桿菌完成測序，而不再只是對病毒的測序。
4.PCR和DNA采指紋技術證明足球選手O.J辛普森在雙重謀殺案中無罪，但該結果不具說服力。
5.主流宗教又一次新的結合，著手推翻現行的法律,允取得專利的基因可用於醫學和研究套用。該組織也包括頗具爭議和坦率直言的生物技術產業批評家傑里米Rifkin。
6.疾病控制和預防中心的研究者確認了伊波拉病毒在薩伊出血性發熱爆發後出現。
7.研究人員稱迄今仍未能認為RNA是生命起源的中心分子。
8.動物實驗顯示，最近識別的肥胖基因蛋白產物Leptin可能是造成體重降低的原因。
9.一種新的基因表達譜技術，STS基因表達譜，將大大加快國際人類基因組計畫。
10.一個單一的基因已經被識別，該基因可能控制所有動物眼睛的成長和發展。
11.攜帶人類阿爾茲莫病的轉基因鼠被開發。
12.基因療法，基因調節免疫系統和基因工程抗體已進入抗癌的臨床套用。
1996年
1.英國政府聲稱已經有10人因吃牛肉而感染牛海綿狀腦病。
2.生命素重組干擾素藥物Avonex被批准用於多硬化症的治療。
3.科學家聯合報導：已測序完成一個合成器官、啤酒酵母、麵包酵母及其他的測序。該工作完成了最大的染色體組的完整測序,測序大於1200萬對鹼基的DNA。
4.到達南極大陸約1500萬年以前的小的meteorite的分析已經使真地也許是最非常的科學的發現的發火花了，火星上的生命的可能的證據。
5.對海底活火山口深處不適宜氣溫下發現的太古代有機體進行測序,大大提高我們對地球上生命進化的了解。這些微生物即不是真核生物，也不是原核生物。
6.研究人員發現T-細胞免疫系統的臨界三維空間結構。
7.一種便宜的診斷性生物體感測器可用於檢菌株為E0157 ： H7的大腸桿菌，該大腸桿菌引起近幾次血中毒的爆發。
8.帕金森病相關基因的發現提供了一種新的方法去研究神經衰弱疾病的起因和可能的治療方法。
9.調查顯示公眾對人類基因組和基因療法的研究存在恐懼和猜疑。
1997年
1.蘇格蘭Roslin研究所的研究人員報導他們從母羊的細胞中克隆得到第一頭克隆羊—多利羊。隨後使用核子轉移技術從人類基因中克隆出又一個克隆羊—Polly羊。
2.第一次生成人工的人類染色體。
3.濾泡刺激激素Follistim被批准用於不育症的治療。
4.一群俄勒岡研究人員聲稱已經克隆到2頭獼猴。
5.美國專利局宣告允許EST（短DNA序列片段，對基因組表達譜具有作用）申請專利，重要遺傳學家對此表示震驚及沮喪。
6.Orasure，一種不失血的愛滋病病毒抗體試驗被批准。
7.Clock基因被識別與哺乳動物的生物鐘相關。
8.研究人員使用一小段DNA和一些平常的生物學實驗室技術，設計了第一個DNA計算機“硬體”：由DNA決定的邏輯思路。
9.一種預防泌尿管道感染的新大腸桿菌疫苗被開發。
10.萊姆關節炎病原體—疏螺鏇體 burgdorferi的基因組被完整測序，同時被測序的還有大腸桿菌和H型幽門。
11.食品和藥物管理局贊成Rituxan，給癌的第一個抗體根據的（患有非Hodgkin淋巴瘤的患者）療法。
12.新的DNA技術：合成PCR，DNA接頭和計算機設計，成為研究疾病起因的新工具。
1998年
1.夏威夷大學的科學家從成人子房堆積細胞的核中克隆出三代老鼠。
2.美國食品和藥物管理局允許治療Crohn病的單克隆抗體RemicadeTM（infliximab）出口。
3.兩個研究小組成功使胚胎的莖幹細胞生長，這是分子生物學的重要一步。
4.日本近畿大學的科學家用從一頭母牛中取出的細胞克隆出8頭完全一樣的小牛。
5.HER2neu（Herceptin）可用於治療乳癌的新抗體，這一結果預言以分子瘤細胞為基礎的治療將跨入新的紀元。
6.Fomivirsen成為用反義醫學技術開發的第一個被批准的治療試劑。
7.對飢餓瘤生物製品的研究，包括制管張素和內穩定素，被批准用於臨床。
8.第一個完整的動物線蟲基因組測序完成。
9.人類基因組粗糙草圖完成，顯示了30,000以上基因的定位。
1999年
1.以唯一抗體外型為基礎的一項新技術可替換現行用DNA采指紋的方法。這種方法易於操作，引起了法律機構的廣泛關注。
2.一種新的醫藥診斷試劑被批准用於快速檢測牛海綿狀腦病/CJD病，牛海綿狀腦病/CJD病非常稀有，但可從牛轉移到人體中，並導致破壞神經系統的疾病。
3.研究在不斷繼續，與此同時，倫理的討論越來越激烈。在美國有1,274個生物技術公司，至少已有300個以上的生物藥物和疫苗正在進行臨床實驗，並有數以百記的生物藥物和疫苗在進行早期開發。這些產品包括藥品、診斷試劑、生物殺蟲劑和轉基因農作物。人類基因組在預算時間內進行，預計將在5年或更短的時間內完成全部人類基因的表達譜。
