Protein-Engineering, die gezielte Veränderung natürlich vorkommender Proteine mit dem Ziel der Verbesserung der katalytischen Eigenschaften, der Spezifität, der Veränderung struktureller Parameter und der Anreicherung z. B. essentieller Aminosäuren. Die Kenntnis der Aminosäuresequenz und der räumlichen Struktur des Proteins ist eine Voraussetzung für die gezielte Veränderung des Proteins.

Durch Verfahren der in-vitro-Mutagenese (gerichtete Mutagenese) können gezielt Nucleotide ausgetauscht und damit die proteincodierenden Regionen eines Gens verändert werden. Durch Mutagenese können so die Eigenschaften z. B. eines Enzyms (Thermostabilität, pH-Optimum, Substrat- und Wirkungsspezifität, verbesserte Wechselwirkung mit Inhibitoren, Molekülgröße usw.) variiert werden. Das P. umfaßt dabei folgende Schritte: Reinigung und Charakterisierung des Proteins, an dem die Manipulationen durchgeführt werden; Zusammenfassung aller strukturellen und funktionellen Daten im Computer; Molekül-Graphik und -Mechanik sowie mathematischer Näherungsmodelle des in einem Teilbereich veränderten Proteins; DNA-Synthese (DNA-Syntheseautomaten) für den zu verändernden Bereich und Expression, Reinigung und Charakterisierung des Proteins mit den veränderten Eigenschaften.

Durch P. konnte z. B. die Stabilität von Proteinen gegenüber Denaturierung und Oxidationen (z. B. von Subtilisin; Herstellung eines oxidationsresistenten α₁-Antitrypsins) erhöht werden.