基因工程，又称遗传工程，是现代生物技术的重要组成部分，主要研究如何通过人工手段对生物体的遗传物质进行定向改造。其核心在于利用分子生物学技术，对特定的基因进行提取、修饰、重组，并将其导入到目标生物体内，从而实现对生物性状的改变或功能的增强。

基因工程的基础建立在DNA结构和功能的研究之上。20世纪中叶，随着DNA双螺旋结构的发现，科学家们开始逐步掌握基因的运作机制。到了1970年代，限制性内切酶的发现以及DNA连接酶的应用，使得科学家能够将不同来源的DNA片段进行拼接，这标志着基因工程技术的正式诞生。

基因工程的主要操作步骤包括：首先从供体生物中分离出目标基因；其次使用限制性酶对基因进行切割；接着将目标基因与载体（如质粒或病毒）结合；最后将重组后的DNA导入受体细胞中，使其在新的宿主中表达或发挥作用。这一过程可以用于生产药物、改良作物、治疗遗传病等多个领域。

在农业方面，基因工程被广泛应用于培育抗虫、抗病、高产的转基因作物，例如转基因玉米和大豆。在医学领域，基因工程不仅促进了新型药物的研发，如胰岛素、疫苗等，还在基因治疗中展现出巨大潜力，为许多遗传性疾病提供了新的治疗思路。

尽管基因工程带来了诸多益处，但其应用也引发了一系列伦理、生态和社会问题。例如，转基因生物可能对生态系统造成不可预见的影响，而基因编辑技术的发展也引发了关于人类基因改造界限的讨论。因此，在推动基因工程发展的同时，也需要建立健全的法律法规和伦理规范，以确保其安全、合理地应用于社会各领域。

总之，基因工程作为一门高度交叉的学科，融合了生物学、化学、物理学、信息科学等多种知识，正在不断推动生命科学的进步，并深刻影响着人类的生产和生活方式。