生物的遗传性状是由基因决定的，基因是一段DNA分子序列编码的遗传信息。在基因工程中，首先需要获取基因，并在体外构建重组体DNA，然后将其转入宿主细胞中进行复制，从而进行基因克隆。
此外，基因还可以通过DNA聚合酶链式反应(PCR)在体外进行扩增，并借助合成的寡核苷酸对基因进行定位诱变和改造。克隆的基因需要进行鉴定或测序。通过控制适当的条件，可以使转入宿主细胞的基因在细胞内得到表达，从而产生出人们所需要的产品，或使生物体获得新的性状。这些具有新功能的微生物被称为“基因工程菌”，微生物和微生物学在基因工程的产生和发展中起着重要的作用。
在研究蛋白质结构与功能时，基因测序和分析是一种重要的手段。结合谱学表征信息，可以预测和改进蛋白质的某些功能，并揭示其结构与功能之间的关系，从而构建具有特殊功能的基因工程菌株。
例如，通过基因测序和分析的方法，发现了sMMO中的第四个组分(MMOD/orfY)，并研究了该组分的潜在功能；证明了还原酶(MMOR)是铁氧化还原酶家族(FNR)中的一员。分子生物学方法为筛选、鉴定和研究野生和人工培育的甲烷氧化菌提供了一种新技术，弥补了其他研究方法的不足和局限性。
近年来，关于甲烷单加氧酶的分子生物学研究逐年增加，取得了一些重要成果。Methylococcus capsulatus Bath和Methyl-osinus trichosporium OB3b等细菌中甲烷单加氧酶的各个组分已经被克隆表达。
从最初的无活性表达到有活性表达，经历了一个艰难的过程。通过定点突变研究结合结构表征，发现了影响活性的关键氨基酸残基，并推测出酶与底物结合和产物释放的通道。国际上已经确定了来自不同甲烷氧化菌的8个甲烷单加氧酶全基因序列。这表明，分子生物学研究成果不仅可以应用于现代工业中通过构建工程菌，还可以推动人们不断发现新的基因，解决一些基础性研究中的难题。分子生物学已经成为基础性研究和应用相结合的重要手段。然而，与医学、农业等领域快速发展的分子生物学相比，甲烷单加氧酶分子生物学的研究仍处于初期阶段。
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