Inżynieria genetyczna określana jest jako postępowanie zmierzające do przekształcania informacji genetycznej poprzez stosowanie różnych technologii. Inżynieria genetyczna polega zatem na wprowadzaniu do komórek organizmu, którego cechy chcemy zmienić (biorcy), określonego odcinka DNA innego organizmu (dawcy).. Rozwój technologii skutecznej rekombinacji DNA nastąpił w latach siedemdziesiątych XX wieku i dał on początek zupełnie nowemu podejściu do rozwiązania problemów badawczych w zakresie biologii jak i wielu osiągnięć. Konsekwencją tych osiągnięć jest ogromny postęp w takich dziedzinach, jak farmaceutyka, medycyna i genetyka człowieka oraz rolnictwo.
Zastosowanie inżynierii genetycznej
Terapia genowa
W medycynie szczególną uwagę zwraca tzw. terapia genowa. Dotyczy ona leczenia chorób genetycznych, do tej pory nieuleczalnych. Polega na wprowadzaniu do komórki pobranej od chorego genu działającego prawidłowo. Ten prawidłowy gen niweluje działanie genu uszkodzonego, odpowiedzialnego za chorobę. Można też wprowadzać geny do narządów pacjenta za pośrednictwem wektorów wirusowych. Metodą terapii genowej można leczyć takie choroby ja białaczka czy hemofilia oraz wiele innych.
In vitro
Najważniejszą techniką inżynierii genetycznej jest rekombinownie DNA in vitro. Ogólnie biorąc, polega ona na pobieraniu i łączeniu ze sobą DNA pochodzącego z różnych źródeł, a następnie wprowadzenie go do układu komórek biorcy, w którym może on się replikować oraz służyć jako matryca do produkcji mRNA i białek. Takim układem może być na przykład komórka bakteryjna. Otrzymano w ten sposób wiele zupełnie nowych ?gatunków? bakterii, niejednokrotnie cennych z gospodarczego punktu widzenia.
Modyfikacja genów
Wprowadzanie genów, których zadaniem jest pobudzanie narządów do samodzielnego leczenia się, np. pobudzałyby serce pacjenta wymagające chirurgicznego wszczepienia bajpasów do budowania nowych naczyń krwionośnych
Farmaceutyka
Inżynieria genetyczna jest bardzo szeroko wykorzystywana do produkcji leków i innych substancji leczniczych, m.in. insuliny, czynnika krzepnięcia krwi, hormonu wzrostu, substancji antywirusowych i antybiotyków. Zwykle organizmami produkującymi leki są bakterie .Takie leki i szczepionki nie powodują skutków ubocznych.
Medycyna sądowa
W medycynie sądowej analiza DNA wywołała rewolucję. Na podstawie kilku włosów czy też kropli śliny można określić czy dana osoba była obecna na miejscu przestępstwa.
Inżynieria komórkowa
Duże możliwości stwarza również genetyczna inżynieria komórkowa.Istnieje możliwość hybrydyzacji (łączenia) hodowanych komórek różnych gatunków. Poza aspektami naukowymi, ta technika ma duże możliwości zastosowania praktycznego. Na przykład uzyskuje się hybrydy różnych gatunków roślin w postaci pojedynczych komórek, z których następnie drogą klonowania i oddziaływania hormonami uzyskać można całe rośliny. Doniesiono o wytworzeniu tą metodą rośliny, będącej mieszańcem między pomidorem a kalafiorem.
Przeszczepy
Narządy pobierane do przeszczepu muszę zostać pobrane w bardzo krótkim czasie od zgonu dawcy, ponadto przed śmiercią musi on wyrazić na to zgodę. Istnieje możliwość zmiany genomu świni a następnie klonowania świń o odpowiednio zmienionych genomach są interesujące. Zmiany genetyczne miałaby służyć temu ,by przeszczep nie był odrzucany przez ludzki organizm.
Diagnostyka genetyczna
Identyfikacja genów w DNA ,które odpowiadają za różne geny. Szczególne znaczenie ma to w przypadku chorób nowotworowych, ponieważ wczesne ich wykrycie może uratować życie człowieka. Takie badania prowadzi się także u noworodków, celem zidentyfikowania groźnych chorób prowadzących do zaburzeń rozwojowych, a w efekcie do upośledzenia i śmierci.
Badania prenatalne
W przypadku, kiedy występuje duże ryzyko wady genetycznej wykonuje się analizę kariotypu. Ma to miejsce np. w przypadku zespołu Downa. Badania takie najczęściej i najlepiej wykonać już we wczesnej ciąży. Aby wykonać analizę kariotypu przeprowadza się amniopunkcje, czyli pobiera się niewielką objętość płynu owodniowego, w którym znajdują się komórki płodu, a następnie poddaje się je analizie.
Produkcja hormonów
Synteza różnych białek, w tym hormonów przez inne organizmy, w dużych ilościach i czystych pod względem chemicznym i biologicznym. Wcześniej takie hormony można było pobrać tylko od organizmów zwierzęcych lub człowieka, ale niejednokrotnie bywały one zanieczyszczone wirusami, czy nie do końca odpowiadały pod względem chemicznym hormonom człowieka (w przypadku pobrania od zwierząt).
Uzyskanie białek ,który organizm nie jest w stanie sam produkować
Możliwe jest wyizolowanie genu kodującego insulinę, czy hormon wzrostu itd., sklonować go i wprowadzić do jądra komórkowego bakterii E.coli, czy drożdży. W ten sposób organizmy te produkują doskonale czyste białko, ponieważ jest ono syntezowane na bazie ludzkiego genu, który je koduje, a poza tym możliwe jest uzyskanie nawet dużych ilości tego białka, ponieważ produkcja nie jest niczym ograniczona, jedynie ilością mikroorganizmów
Klonowanie
W 1997 roku sklonowane pierwsze zwierzę - owcę Dolly. Pobrano przy tym komórkę od jednego zwierzęcia i wszczepiono jej jądro komórkowe innego. Narodzona owieczka jednak bardzo szybko się zestarzała, ponieważ okazało się, że jej organizm był biologicznie w tym samym wieku, co organizm "matki". Prace nad klonowaniem mają na celu m.in. usunięcie białek odpornościowych z narządów zwierząt, dzięki czemu mogłyby zostać użyte do przeszczepów dla ludzi. Najwięcej problemów i kontrowersji budzi jednak klonowanie komórek ludzkich. Jest to ogromna szansa dla leczenia wielu chorób, perspektywy są ogromne. Lecz ogromne są też wątpliwości natury etycznej i moralnej.
Hodowla roślin i zwierząt
a) rolnictwo
Organizmy roślinne i zwierzęce, niosące w sobie obce geny nazywa się organizmami transgenicznymi. Wprowadzanie do komórek roślin nowych genów ma na celu zwiększenie plonów lub poprawę ich jakości. W ten sposób otrzymuje się nowe odmiany smakowe owoców czy kolorystyczne kwiatów, np. bardzo słodkie jabłka lub niebieskie róże.
b) hodowla
Otrzymuje się również transgeniczne zwierzęta hodowlane. Badania laboratoryjne dostarczają ważnych informacji na temat funkcjonowania organizmów: pracy układu odpornościowego czy chorobach genetycznych. W hodowli rolniczej zwierzęta "wzbogaca" się głównie w geny zwiększające odporność na choroby lub przyrost masy ciała. Otrzymuje się też krowy dające więcej mleka i kury znoszące większe jajka.
c) żywność transgeniczna
Żywność zmodyfikowana genetycznie na przykład .Rośliny zawierające w swych komórkach włączony do chromosomów gen obcego organizmu. Organizmy te otrzymuje się metodami inżynierii genetycznej.
Środowisko
a) gleba
Jednym z najważniejszych czynników hodowli jest gleba, a w zasadzie obecność w niej niezbędnych dla roślin składników odżywczych, a są to głównie mikro i makroelementy. Gleba zasadniczo składa się z trzech elementów występujących w postaci fazy stałej, ciekłej i gazowej. W czasie długotrwałej uprawy wszystkie fazy ulegają zmianom, co pociąga za sobą także zmiany stosunków biotycznych i termicznych w obrębie gleby.
b) Odradzanie lub zapobieganie wyginięciu niektórych gatunków zwierząt
Rozmnażanie lub odradzanie zwierząt metodą klonowania lub innymi sposobami inżynierii genetycznej wiąże się z dużym ryzykiem jest jednak także alternatywną metodą. Za kilka lat być może będziemy podziwiać olbrzymiego mamuta włochatego lub tury przechadzające się majestatycznie po polskich parkach narodowych.