Po zbadaniu w 1869 r. DNA i określeniu – blisko 100 lat później – jego właściwości kolejni naukowcy odkrywali zależności pomiędzy genami a dziedziczeniem cech. Obecnie dzięki metodom inżynierii genetycznej nie trzeba tracić czasu oraz zasobów na selekcję i rozmnażanie najlepszych osobników w hodowli czy na plantacjach. Organizmy mogą otrzymać konkretne geny odpowiedzialne za obecność pożądanej cechy, co pozwala na możliwie szybkie osiągnięcie danego celu.

Precyzyjne określenia genetycznie zmodyfikowanych organizmów i znajomość ich definicji są konieczne dla zrozumienia wielu zagadnień. Skrót GMO oznacza genetycznie zmodyfikowany organizm – gdy mówi się o konkretnym organizmie, np. myszy, należy określać ją jako GM mysz (genetycznie zmodyfikowana mysz), a nie mysz GMO. Organizm GMO cechuje zmiana materiału genetycznego dokonana w sposób niemożliwy do przeprowadzenia w naturalnych warunkach.

Transgeneza indukowanatransgeneza indukowanaTransgeneza indukowana i naturalnatransgeneza naturalnanaturalna różnią się sposobem osiągnięcia modyfikacji: w laboratorium – metodami inżynierii genetycznej, naturalnie – przez krzyżowanie osobników o pożądanych cechach. Mają jednak ten sam cel, w którym się je przeprowadza. Słowo „transgenezatransgenezatransgeneza” jest potocznie używane do określenia wszystkich rodzajów modyfikacji.

TransgentransgenTransgen to gen wprowadzony do modyfikowanego ustroju. Może pochodzić z podobnego organizmu, np. z innego szczepu tego samego gatunku bakterii, a modyfikację z jego zastosowaniem nazywa się precyzyjnie cisgenezącisgenezacisgenezą. Może także zostać pobrany z zupełnie innego organizmu, np. innej bakterii lub nawet zwierzęcia – jego wykorzystanie określa się jako transgenezę. Te dwa rodzaje modyfikacji zostały nazwane analogicznie do izomerów związków chemicznych: cis to izomer mający dane grupy funkcyjnegrupy funkcyjnegrupy funkcyjne po tej samej stronie cząsteczki, a trans – po różnych. Transformant z kolei to organizm otrzymany dzięki transformacji genetycznej.

Transgeneza naturalna jest zwykle czasochłonna – do jej przeprowadzenia potrzeba rozmnażania kolejnych pokoleń organizmów i selekcjonowania tych o najlepszych cechach. Im więcej etapów pracy, tym łatwiej o błąd. Możliwe jest też krzyżowanie tylko osobników tego samego gatunku lub gatunków blisko spokrewnionych (np. potomkiem osła i klaczy jest muł). Osobnik, którego rodzice należą do dwóch gatunków, to hybryda. Hybrydy są często niepłodne, co jest istotną wadą transgenezy naturalnej. Znacznie szybszym i dającym zawsze płodne osobniki, ale jednocześnie wymagającym zastosowania specjalistycznego sprzętu, procesem jest transgeneza indukowana. Przeprowadza się ją kilkoma metodami.

Rxra7hb4d4y6v

Zdjęcie przedstawia muła. To mieszaniec międzygatunkowy klaczy konia domowego z ogierem osła. Muł jest czworonożnym zwierzęciem lądowym, które należy do rodziny koniowatych i rzędu nieparzystokopytnych. Zwierzę ma mocną budowę, jest barwy brązowej. Wyglądem muł przypomina bardziej osła niż konia. Ma zaokrąglone, szerokie ciało i długą, uniesioną do góry szyję. Głowa muła jest nieduża, a pysk zwierzęcia jest wydłużony. Muł ma długie, szpiczaste, stojące uszy, małe oczy i duże nozdrza. Kończyny są szczupłe, kopyta niewielkie. Na grzbiecie zwierzęcia znajduje się zawiązany ładunek - worki. Zwierzę ma uzdę na pysku, jest osiodłane. Muł stoi na piaszczystym terenie. Za nim znajduje się przewrócony, duży zardzewiały, prostokątny kontener i stroma ściana zbudowana ze zbitego piasku.

Głównym celem transgenezy jest umieszczenie DNA w komórce biorcy. Osiąga się to poprzez dodanie do mieszaniny komórek i DNA związków chemicznych (np. chlorku wapnia) zwiększających przepuszczalność błon komórkowych. Innym sposobem jest bezpośrednie wprowadzenie DNA do komórki poprzez mikroiniekcję, czyli wstrzyknięcie go do niej, lub mikrowstrzeliwanie, czyli wystrzelenie go w jej kierunku tak, aby przekroczyło błonę siłą rozpędu.

R67b3bFcyYA80

Na ilustracji zobrazowano zapłodnienie metodą mikroiniekcji. W centralnej części obrazka widać dużą komórkę jajową z grubą błoną komórkową i czerwonym jądrem w postaci sporej wielkości czerwonego punktu. Dookoła komórki jajowej widoczne są okręgi różnej wielkości z białym środkiem i niebieską, cieniowaną obwódką. Komórkę przytrzymują metalowe szczypce. Z prawej strony do komórki jajowej wnika wąska, zaostrzona igła, wewnątrz której widoczny jest niewielki, biały plemnik z owalną główką i ogonkiem. Pod spodem znajduje się odcinek z podpisem: 100 mikronów.

Możliwe także jest umieszczenie DNA w pobliżu komórek tak, aby same je wchłonęły. W tym celu do roztworu dodaje się kryształki węgliku krzemu (mające przeciąć błonę i pozwolić DNA wejść do komórki), a komórki poddaje się elektroporacji, czyli przepuszcza przez roztwór impuls elektryczny (którego oddziaływanie powoduje przerwanie ciągłości błony). Można również zamknąć DNA w liposomach, czyli pęcherzykach tłuszczu, które zostaną wchłonięte przez komórki, lub stosować makroiniekcję, czyli wstrzykiwanie DNA bezpośrednio do roztworu w oczekwianiu, że komórki samodzielnie je wchłoną – jest na to pewna szansa, jeżeli są one aktywne podziałowo i mają podwyższoną przepuszczalność błon.

Wymienione metody polegają na dostarczeniu DNA do komórek bez użycia nośnika – wektorawektorwektora; określa się je jako bezwektorowe. Stosuje się także metody wektorowe, ułatwiające precyzyjne umieszczenie transgenu we wskazanym miejscu. Wektorami mogą być np. plazmidyplazmidplazmidy bakteryjne lub całe organizmy, np. bakterie z rodzaju Agrobacterium wykorzystywane do transformacji genetycznej roślin.

Transformacje genetyczne to rozległy temat wymagający omówienia w odrębnych lekcjach.

Słownik