人们最早发现的细菌质粒是大肠杆菌的性因子（也叫致育因子），以后陆续发现了产生大肠杆菌素因子及抗药因子等。
遗传工程又叫基因工程或称重组DNA技术，它是从分子生物学，特别是细菌质粒，限制性内切酶等方面的研究成就中发展起来的一个十分重要的新领域。所谓基因工程，就是应用酶学方法，把一个外源的目的基因（我们希望得到的性状的基因）与细菌质粒（作为目的基因的运载体）连接起来，成为一个重组的DNA分子，再把它引入细菌细胞中使之增殖并进入子代细胞，而子代细胞则成为能表达目的基因所决定的性状的新菌种。换句话说，通过体外的基因重组，可以人工创造出新的生物物种，为人类服务。
遗传工程的主要步骤：
（1）用限制性内切酶把作为载体的质粒切开（一个切点或几个切点，有些酶能把质粒切成具有黏性末端的直链分子）。
（2）用内切酶或其他方法分离目的基因。
（3）让具有相同黏性末端的运载体质粒和目的的基因混合，使它们以氢键共价配对。
（4）用连接酶使目的基因和运载体质粒连接成为新的重组DNA分子。
（5）把重组的质粒转化到受体菌中。
（6）筛选和鉴定出带有重组DNA的转化子。
利用遗传工程技术把高等动物的基因引入细菌细胞，根据细菌繁殖速度快、周期短等特点，由细菌来生产高等动物的产物。换句话说，即可以利DNA重组技术来培育“工程菌”，建立“细菌工厂”，通过发酵途径，大量而廉价地生产人类所必需的有价值的动物来源的产品。下面举几个以大肠杆菌制成的药剂：
（1）哺乳动物脑下垂体分泌的生长激素释放因子，是一个由1千个氨基酸组成的多肽，具有广泛的生理作用，能调节机体的生长，对肾炎、糖尿病和急性胰腺炎等都有治疗作用，是一种非常贵重的药剂。本来要取得5mg的这种激素，需要从50万头羊脑组织中提取，价格十分昂贵，1977年有人成功地把人脑激素（生长激素释放抑制因子）的基因转移到细菌体内，用遗传工程创造出“工程菌”，就等于建成了一座“细菌工厂”，可以从细菌发酵液中得到这种激素，估计只要9升大肠杆菌的培养液就可以得到5mg，价格便宜了很多，这是第一个用DNA重组技术进行商品化生产的例子。
（2）胰岛素是一个由50个氨基酸组成的多肽，为治疗糖尿病的药物，通常胰岛素是从猪、牛等动物胰脏中提取的，大约8000吨的胰脏才能够获得1公斤的胰岛素。靠动物胰脏提取来生产胰岛素药品不仅成本高，而且也满足不了全世界大约六千万糖尿病人的急需。此外，动物胰岛素与人胰岛素的分子结构不完全相同，病人长期使用还会引起抗原性反应。1978年有人首先将人的胰岛素基因转移到大肠杆菌中并成功地表达，用“细菌工厂”生产人的胰岛素，不仅降低了成本，迅速提高了产量，而且长期使用无副作用。利用“细菌工厂”生产胰岛素开创了药物生产的新局面。
（3）乙型肝炎疫苗
乙型肝炎病毒能感染人和猿类，其广泛传播会严重地影响人类的健康，抗生素等抗传染药物对其都无疗效。因此，人们渴望获得乙型肝炎病毒疫苗。但是，由于引起这种疾病的乙肝病毒只能在人体肝脏中增殖，人们不能够获得大量病毒来制造疫苗。1980年法国科学家以从乙型肝炎病毒中分离出它的表面抗原基因，并使其和真菌的质粒DNA重组后转入大肠杆菌体内，结果获得了功能性表达。这种表面抗原是一种蛋白质，可以用来制造乙型肝炎疫苗用于预防乙型肝炎病。目前已经有许多药物都能够用工程菌进行制造了。
总之，遗传工程的发展使药物的生产找到了新的途径。可以预料，凡是人体内的各种激素以及防御系统产生的各种免疫物质等都可通过遗传工程的途径来获得，这也给肿瘤等疾病的防治带来了希望。此外，还可通过遗传工程方法使抗生素、维生素等药物的生物合成能力成倍甚至成百倍地增长，给人类带来巨大的经济效益。
神通广大的“细菌工厂”在不断地创造一个又一个的奇迹，它们的出现必将给人类的生活生产以及各种社会活动带来巨大的改变。
抗生素的生产
从1928年弗莱明发现青霉菌的杀菌现象至今已有70多年了，而弗罗里和钱恩首次成功地提纯青霉素也已经50多年了。这半个多世纪的历史充分证明这一发现为人类带来的利益是无可比拟的，堪称文明史上最伟大的发现之一。
青霉素刚刚被临床使用时，人们便看到了它的巨大作用，许多化学家和生物学家投身这项工作，一方面完善和改进青霉素的生产技术，另一方面积极寻找新的抗生素。到目前为止，找到了2000多种不同的抗生素，而且每年都有新品种发现和出产。产量也完全能够满足各种需要。这种当年贵似黄金的“神药”何以能变为一般的普通药物呢？这得归功于现代医药生产技术的进步。
那么现在各种抗生素是怎么样生产的呢？基本上有两类方法：一类是发酵法。就是用微生物在发酵罐中生长、产生抗生素，然后再分离纯化这些抗生素的方法；另一类是化学合成法。首先将需要合成的抗生素的化学结构分析清楚，然后按照这个结构去进行化学合成，实践表明，这种化学合成的抗生素也是具有良好抗菌作用的物质。
作为基本的抗生素生产技术，微生物发酵法依然发挥着巨大作用，日常使用的抗生素大部分还是利用微生物发酵法进行生产的。只是某些抗生素利用发酵法无法制得、或者希望在天然抗生素基础上再加强某些作用时，方才使用化学合成法制造抗生素，这种方法产量低而且成本高。
现在，青霉菌和链霉菌是生产抗生素的主要菌株。尤其是链霉菌，它可以生产数百种抗生素，简直是一架天然的抗生素机器，受到医药界的青睐。
青霉菌是一种霉菌，在自然界分布很广，无孔不入，而且生命力极强，在环境很恶劣的情况下也能生存下来，它常常给科学家们捣蛋，造成实验室的污染，有时钻进温箱，建立自己的根据地，有时钻进细胞培养瓶，把科学家辛辛苦苦培养起来的细胞弄得一塌糊涂，使他们不得不从头做起。不过这种破坏活动偶尔也会给科学家带来幸运，例如弗莱明就是从青霉菌的破坏活动中做出了划时代的发现，使它由破坏分子变为造福人类的功臣。现在，制药厂仍然使用青霉菌来制造青霉素，以满足医疗实践中大量的需要。
链霉菌是放线菌中的一员，多分布在土壤里。它生长旺盛时形成放射状排列的细丝，没有霉菌那样的细胞核，尽管长得像霉菌，但本质上却还是属于“原核生物”，与细菌的特性更加接近。
1940年以前就有人曾注意到链霉菌能产生抗菌物质，但没有引起重视。直到发现了青霉素并开始使用青霉素后，人们才重新注意起链霉菌产生抗菌物质的特性来。美国的S．A．瓦克斯曼首先从灰色链霉菌中分离出具有抗结核杆菌作用的链霉素，改变了结核病无药可治的局面，给无数结核病患者带来了福音。直到今天链霉素仍然是治疗结核病的首选药物之一。后来陆续从链霉菌中分离出了400余种抗生素，其中20种左右投入市场，其中的佼佼者是：链霉素、土霉素、氯霉素、红霉素、新霉素等。
抗生素的生产仍然是当前医药界的重要任务之一。由于许多种微生物对已有的药物可以产生不同程度的抗药性，就是说对这些药产生了“免疫力”，一些过去很有效的抗生素如今效力下降，有的甚至完全失效。这就需要不断有新的抗生素出场，取代已经失效老抗生素，去完成杀灭有害微生物、保护人类健康的神圣使命。
抗生素的危机
自1928年弗莱明发现青霉素以来，人类与微生物一直在竞赛。在这场竞赛中，领先者不断改变着。1946年，即抗生素在二战中广泛应用仅5年后，医生们发现，青霉素对葡萄球菌不起什么作用。这没有难倒药物学家，他们发明或发现新的抗生素，这使得当一种抗生素无效时，另一种抗生素仍能攻击抗药的菌株。新的抗生素以及合成的经过改进的老抗生素，在和突变型菌株战斗时仍能守得住阵地。最理想的是能找到一种连突变型也怕的抗菌。这样就不会有一种病菌能活下来来进行繁殖了。过去已经制出一些可能有这种效果的药。例如，1960年曾制出一种变异的青霉素，称为“新青霉素Ⅰ”。它是半合成的，因为病菌对它的结构很生疏，细菌中像“青霉素酶”这样的酶不能分解它的分子，不能破坏它的活性。青霉素酶是钱恩最先发现的，抗药菌株靠它来对抗普通青霉素。因此，新青霉素Ⅰ就能消灭那些抗药的菌株。可是没过多久，抗合成青霉素的葡萄球菌菌株又出现了。
令人头疼的是，只要有新药出现，就会有新的细菌变种出现。竞赛就这样不断交替进行着。在整个竞赛中，总的说来，药物略略领先，如结核、细菌性肺炎、败血症、梅毒、淋病和其他细菌性传染病已逐步被征服。不可否认，有些人死于这些疾病，而且至今仍有人因这些疾病而死亡，但人数毕竟不多，而且死亡的原因，多半是在使用抗生素前，细菌已破坏了他的生命系统。
细菌的确很精明，特别是它们的进化方式。细菌对抗生素产生抗药性的原因与达尔文的自然选择学说正相吻合，譬如说，对一个细菌菌落使用青霉素后，大多数细菌被杀灭，但偶尔也有极少数细菌具有使它们自己不受药物影响的突变基因。这样，它们幸运地活了下来。接着，细菌变种把自己的抗药基因遗传给后代，每个细菌在24小时内能留下16777220个子孙。更为险恶的是，变种还能轻而易举地将自己的抗药基因传给无关的微生物，传递时，一个微生物散发能吸引另一个细菌的一种招惹剂，两个细菌接触时，它们打开孔，交换称之为胞质基因的DNA环，这个过程叫做不安全的细菌性行为。通过这种交配方式，霍乱菌从人肠内古老的普通大肠杆菌那里获得了对四环素的抗药性。
斯坦福大学的生物学家斯特利·法尔科说，有迹象表明，细菌是“聪明的小魔鬼”，其活动之诡秘连科学家们也从未想到过。例如，在妇女服用四环素治疗尿道感染的时候，大肠杆菌不仅会产生对四环素的抗药性，而且会产生对其他抗生素的抗药性。利维说：“几乎是，好像细菌在抵抗一种抗生素的时候，就能很策略地预料到会遭到其他类似药的攻击。”
