1974年，科恩通过创新技术，将金黄色葡萄球菌的抗青霉素基因与大肠杆菌的质粒融合，形成“杂合质粒”，成功植入大肠杆菌体内，使它获得了抗药性，展示了外来基因在细菌体内表达的可能性。同年，他从非洲爪蟾DNA中提取基因片段，成功与大肠杆菌质粒结合，使大肠杆菌产生了爪蟾的核糖体核糖核酸。这项突破表明基因工程的界限不再受限于物种，可以按照人类意愿拼接基因，创造出如能生产丝的或制药的大肠杆菌等新生物。
科恩的第三次成功，促使他申报了世界上首个基因工程专利，成为基因工程的先驱。他的成就打破物种天然屏障，预示了基因重组技术的广泛应用，允许人类根据目的定向改造生物遗传特性，创造全新的生命形式。全球范围内，基因工程研究在短时间内迅速发展，众多实验室跟进研究。
1970年，科兰纳实现了化学合成史上的一项重要突破，人工合成了酵母丙氨酸的结构基因。随后，巴梯摩尔等人用反向转录酶合成家兔和人珠蛋白基因，1973年，科兰纳又合成大肠杆菌酪氨酸运转RNA基因。经过数年的努力，他们在1976年成功使人工基因在大肠杆菌中转录出功能性的酪氨酸tRNA。
1977年，博耶在加利福尼亚大学完成了更复杂的任务，他人工合成了生长激素抑制因子基因。这种神经激素在多种疾病治疗中具有价值。博耶成功将人工基因与大肠杆菌质粒重组，实现了基因在细菌中的实际应用，仅需少量大肠杆菌就生产出了5毫克生长激素抑制因子，对比传统方法，这无疑是一次基因科技的重大突破。
质粒是细菌体内比染色体更小的环形DNA。这种环状DNA（质粒）上只有几个基因能自由进出细菌的细胞。1973年，美国斯坦福大学教授科恩从大肠杆菌里取出两种不同的质粒。科恩把这两种各自具有一个抗药基因，分别对抗不同的药物质粒上的不同抗药基因“裁剪”下来，再把这两个基因“拼接”成一个叫“杂合质粒”的新的质粒。当这种“杂合质粒”进入大肠杆菌体内后，这些大肠杆菌就能抵抗两种药物了，而且这种大肠杆菌的后代都具有双重抗药性，这表示“杂合质粒”在大肠杆菌的细胞分裂时也能自我复制了。标志着基因工程的首次胜利。