分子生物學(xué)中，分子克隆是最常用的方法之一。適合序列的基因可以插入質(zhì)體中并與載體連接，接著該質(zhì)體轉(zhuǎn)移到大腸桿菌的細胞中。
乳糖操縱子是一個在大腸桿菌及其他腸道菌科細菌內(nèi)負責(zé)乳糖的運輸及代謝的操縱子。它包含了三個相連的結(jié)構(gòu)基因，啟動子、終止子及操縱基因。乳糖操縱子受多種因素所調(diào)控，包括葡萄糖及乳糖的含量。乳糖操縱子的基因調(diào)節(jié)是 首個被闡明的遺傳學(xué)調(diào)控機制，且被視作為原核生物基因調(diào)節(jié)的樣本。
乳糖操縱子包含三個結(jié)構(gòu)基因、啟動子、終止子及操縱基因。這三個結(jié)構(gòu)基因稱為lacZ、lacY及l(fā)acA。lacZ編碼β-半乳糖苷酶，這是一種將雙糖乳糖水解為葡萄糖與半乳糖兩個單糖的酶。lacY編碼β-半乳糖苷透性酶，這是一種在細胞膜的運送蛋白質(zhì)，負責(zé)將乳糖逼入細胞中。lacA編碼β-半乳糖苷乙?；D(zhuǎn)移酶，這是一種酶將乙?；鶑囊裔f輔酶A轉(zhuǎn)移至β-半乳糖苷。當(dāng)中只有l(wèi)acZ及l(fā)acY在乳糖的分解代謝是必須的。
乳糖操縱子基因的獨特控制受細菌乳糖底物的存在影響。當(dāng)乳糖不作為唯一碳源存在時，細菌就不會產(chǎn)生蛋白質(zhì)。乳糖操縱子基因會組成操縱子：它們會在染色體附近被導(dǎo)向成同一方向，并會一并轉(zhuǎn)錄成單一多基因性的mRNA分子。所有基因的轉(zhuǎn)錄會由RNA聚合酶（一個DNA結(jié)合蛋白）與一個位于基因上游獨特的DNA結(jié)合位點結(jié)合開始，這個位點稱為啟動子。由這個位點開始，RNA聚合酶會開始轉(zhuǎn)錄所有三個基因（lacZYA）為mRNA。
對乳糖的調(diào)控反應(yīng)需要一個細胞內(nèi)的調(diào)節(jié)蛋白，稱為乳糖阻遏物。lacI基因會為位于乳糖操縱子附近的阻遏基因編碼，并且會表現(xiàn)出來。如果在生長環(huán)境中缺乏乳糖，阻遏物會緊密地與位于啟動子下游接近LacZ的短DNA序列（稱為乳糖操縱基因）結(jié)合。與操縱基因結(jié)合的阻遏物會干擾RNA聚合酶與啟動子的結(jié)合，所以mRNA可以在很低水平的情況下為LacZ及LacY編碼。當(dāng)細胞在有乳糖的環(huán)境下成長時，稱為異乳糖的乳糖代謝物會與阻遏物結(jié)合，容許RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄乳糖基因，并從而引發(fā)高水平的編碼蛋白。
一系列的乳糖衍生物或類似物被認為協(xié)助乳糖操縱子的工作。這些化合物主要是取代半乳糖苷，當(dāng)中乳糖的葡萄糖部分被其他官能團所取代。異丙基-β-D-硫代半乳糖苷（簡稱IPTG）是經(jīng)常在生理學(xué)上被用來作為乳糖操縱子的誘導(dǎo)物。IPTG與阻褐基因結(jié)合并使之不活躍，但卻非β-半乳糖苷酶的基底。IPTG在體內(nèi)研究的一個優(yōu)點是它不能被大腸肝菌所代謝，所以細胞的生長率在實驗中并非變數(shù)。再者，IPTG能在缺乏lacY基因下而有效地被運送。并且，由于細胞不會代謝IPTG，它的濃度在實驗中并不會改變。
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