13.1.3 蛋白质工程的诞生与发展
蛋白质工程是20世纪80年代初诞生的一个新兴生物技术领域，其产生和发展涉及生物化学、生物物理学、分子生物学、分子遗传学、计算机科学和化学工程等学科，以及相关生物工程技术。由此可见，蛋白质工程的产生和发展是许多学科及相关生物工程技术相互融合、共同发展的结果，已成为生物工程技术的重要组成部分。
1.蛋白质工程与发酵工程
从广义上讲，发酵工程由上游工程、发酵工程（狭义）和下游工程三部分组成。上游工程是指优良菌株的选育及最适发酵条件的确立；发酵工程（狭义）是指在最适条件下，利用发酵罐进行细胞培养和生产代谢产物的技术；下游工程是指发酵产物的分离纯化。因此，发酵工程可为蛋白质工程提供优良稳定的上乘菌体，并可为蛋白质工程中前期材料的制备等奠定重要基础。
2.蛋白质工程与基因工程
蛋白质工程是从DNA水平改变基因入手，通过基因重组技术改造蛋白质或设计合成具有特定功能新蛋白质的新兴研究领域。也就是说，蛋白质的改造通常需要经过周密的分子设计，进而依赖基因工程获得突变型蛋白质。目前，基因工程已为实现蛋白质工程提供了基因克隆、表达、突变及活性检测等关键技术。
3.蛋白质工程与细胞工程
目前，细胞工程技术已为蛋白质工程提供了改良性状的微生物细胞以及稳定的动植物细胞系，以便更好地生产蛋白质；另外，细胞工程可通过细胞融合、转基因等技术改变生物的遗传性状或实现新型生物的构建，进而为蛋白质的生产提供更多良好的载体。
4.蛋白质工程与酶工程
酶工程是生物工程的重要组成部分，是酶的生产与应用的技术过程，是从应用的目的出发研究酶，利用酶的催化作用，在一定的生物反应器中，将相应的原料转化为所需要的产品。
酶工程的发展一般被认为是从第二次世界大战开始的。20世纪50年代开始，由微生物发酵液中分离出一些酶，制成酶制剂；60年代固定化酶及固定化细胞技术日益成熟；70年代后期以来，微生物学、遗传工程及细胞工程等相关技术被引入酶工程领域，促进了酶工程的发展。同时由于大部分酶的化学本质是蛋白质，因此酶工程与蛋白质工程的发展又有着密不可分的联系。
5.蛋白质工程与生物信息技术
生物信息学是生物学与信息技术的交叉学科。该学科包含对核酸、蛋白质序列和蛋白质结构的信息处理，有助于对生物的基因组与蛋白质组的理解。生物信息学的概念是在1956年美国田纳西州盖特林堡召开的“生物学中的信息理论研讨会”上产生的，但直到20世纪80—90年代，随着生物科学技术的迅猛发展和数据资源的指数式增长以及计算机科学技术的进步，生物信息学才获得突破性进展。
生物信息学的研究内容主要包括生物信息的收集、存储、管理和提供，基因组序列信息的提取和分析，功能基因组相关信息的分析，生物大分子的结构模拟和药物设计等方面。利用生物信息学可以进行蛋白质结构的预测，其目的就是利用已知的一级序列来构建蛋白质的立体结构模型（包括二级和三级结构预测）。目前，已有大量的有关根据序列预测蛋白质二级结构的文献资料，大致可分为两类：根据单一序列预测二级结构；根据多序列预测二级结构。三级结构预测则需要利用数据库中已知结构的序列进行比对。
6.蛋白质工程与其他相关技术
结构分析和遗传物质的研究在蛋白质工程的发展中作出了重要的贡献。1912年Laue曾预言，晶体是X射线的天然衍射光栅；随后Bragg父子开创了X射线晶体学，并成功地测定了一些相当复杂的分子以及蛋白质的结构。20世纪中X射线衍射技术被正式应用到蛋白质的研究领域。1954年英国晶体学家Perute等提出，在蛋白质晶体中引入重原子的同晶置换法可用来测定蛋白质的晶体结构。1955年Sanger完成了胰岛素的氨基酸序列的测定，接着英国晶体学家Kendrew和Perute在X射线分析中应用重原子同晶置换技术和计算机技术，并分别于1957年和1959年阐明了鲸肌红蛋白和马血红蛋白的立体结构。1960年Kendrew等首次测出肌红蛋白的三维结构；1965年中国科学家合成了有生物活性的胰岛素，首先实现了蛋白质的人工合成。噬菌体感染宿主后半小时内即可复制出几百个同样的子代噬菌体颗粒，因此噬菌体是研究生物体自我复制的理想材料。到20世纪60年代中期，对于DNA自我复制和转录生成RNA的一般性质已基本清楚，基因的奥秘也随之开始解开了。进入20世纪70年代，由于重组DNA研究的突破，基因工程已开始在实际应用中“开花结果”，根据人的意愿改造蛋白质结构的蛋白质工程也已经成为现实。20世纪80年代美国Ulmer在《Science》期刊上发表了以“Protein Engineering”为题的专论，被视为蛋白质工程诞生的标志。