基因工程是指重組DNA技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化設(shè)計(jì)與應(yīng)用,包括上游技術(shù)和下游技術(shù)兩大組成部分.上游技術(shù)指的是基因重組、克隆和表達(dá)的設(shè)計(jì)與構(gòu)建（即重組DNA技術(shù)）；而下游技術(shù)則涉及到基因工程菌或細(xì)胞的大規(guī)模培養(yǎng)以及基因產(chǎn)物的分離純化過程.
以下為其發(fā)展：
第一代基因工程 蛋白多肽基因的高效表達(dá) （經(jīng)典基因工程）
第二代基因工程 蛋白編碼基因的定向誘變 （蛋白質(zhì)工程）
第三代基因工程 代謝信息途徑的修飾重構(gòu) （代謝途徑工程 ）
第四代基因工程 全基因組或染色體的轉(zhuǎn)移 （基因組工程）
代謝工程則是基因工程的延伸.即利用基因工程技術(shù)定向改造細(xì)胞的代謝途徑,以改善產(chǎn)物的形成和細(xì)胞的性能.
基因工程通常只涉及少量基因的改造,比如將編碼某種蛋白藥物的單一基因轉(zhuǎn)入酵母,然后用該酵母發(fā)酵生產(chǎn)該藥物.但是代謝工程會(huì)涉及大幅度的基因改變,比如為在大腸桿菌中生產(chǎn)某種代謝產(chǎn)物,比如紫杉醇（尚在研究階段）,必須把一系列相關(guān)途徑的酶的基因全部導(dǎo)入大腸桿菌,并且敲除不必要和有害的大腸桿菌中原本就有的代謝通路,以構(gòu)建出一整套大腸桿菌中原本沒有的紫杉醇的代謝途徑,使大腸桿菌能夠生產(chǎn)紫杉醇.
例如在酵母糖基人源化的改造中,共敲除了酵母的大約11個(gè)基因,然后導(dǎo)入大約5個(gè)人的糖基轉(zhuǎn)移酶基因才初步實(shí)現(xiàn)（在Science雜志中發(fā)表）.即代謝工程的實(shí)質(zhì)就是基因工程,只是涉及的基因改變的量遠(yuǎn)比基因工程巨大
而合成生物學(xué)的目標(biāo),則是試圖采用從自然界分割出來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)生物學(xué)元件（可被修飾、重組乃至創(chuàng)造),進(jìn)行理性（設(shè)計(jì)）的重組（乃至從頭合成）以獲得新的生命（生物體）.
比如
1、人工合成單細(xì)胞的模型（Jack W.Szostak (Nature,2008)）；
2、2008年完全利用化學(xué)方法合成長(zhǎng)度達(dá)582970bp的生殖道支原體（M.genitalium）的全基因組,克隆到酵母中；為了突出是人工合成的基因組,多處插入了“水印”序列；該工作向創(chuàng)造“人造生命”又邁近了一步（Science）；
3、2007年,絲狀支原體（Mycoplasma mycoides）的幾乎不帶蛋白質(zhì)的裸genomic DNA移植到山羊支原體（M.capricolum）細(xì)胞中,首次實(shí)現(xiàn)了不同細(xì)菌種類的整個(gè)基因組的替換,將一種物種變?yōu)榱硪环N物種,向從零開始構(gòu)建簡(jiǎn)單的基因組邁出關(guān)鍵 一步（Science）.
等等
合成生物學(xué)即：
以系統(tǒng)生物學(xué)思想為指導(dǎo)
綜合化學(xué)(生物化學(xué))技術(shù)、物理(生物物理)技術(shù)、信息(生物信息)技術(shù),
利用基因和基因組的基本要素,
設(shè)計(jì)、改造、重建或制造：
生物分子、
生物體部件、
生物反應(yīng)系統(tǒng)、
代謝途徑與過程、
具生命活動(dòng)能力的細(xì)胞和生物個(gè)體
合成生物學(xué)與代謝工程在思想上與基因工程最明顯不同之一就是,前兩者特別注重代謝流的量化描述（雖然現(xiàn)在很難做到）,講究基因的協(xié)調(diào)表達(dá)和表達(dá)量的準(zhǔn)確控制