Metody inżynierii genetycznej pozwalają na manipulowanie w genomach organizmów  zarówno prokariotycznych, jak i eukariotycznych. Możliwa jest zmiana aktywności genu organizmu, wprowadzenie dodatkowej kopii genu, który występuje w genomie modyfikowanego organizmu, lub wprowadzenie genu pochodzącego od innego gatunku. Wśród metod umożliwiających dokonywanie zmian w DNA wyróżnia się techniki rekombinacji DNA z użyciem nośników, tzw. wektorów. Mogą nimi być plazmidy, wirusy i bakterie. Materiał genetyczny przygotowany poza organizmem może zostać również włączony fizycznymi metodami bezwektorowymi (takimi jak mikroiniekcjamikroiniekcjamikroiniekcja, mikrowstrzeliwanie, elektroporacja lub fuzja liposomów) oraz chemicznymi (z wykorzystaniem glikolu polietylenowego). Komórka, w której zmodyfikowano materiał genetyczny w wyniku podziału, przekazuje go komórkom potomnym. W ten sposób uzyskuje się organizmy zmodyfikowane genetycznie (GMOGMOGMO – z ang. genetically modified organism).

Więcej informacji na temat wektorowych i bezwektorowych metod transformacji genetycznej znajdziesz w e‑materiale Transformacje genetyczne.

Więcej informacji na temat zastosowań modyfikacji genetycznych znajdziesz w e‑materiale Cele i metody transformacji genetycznej roślin i zwierząt.

Wśród roślin genetycznie zmodyfikowanych wyróżnia się trzy generacje. Pierwsza z nich obejmuje rośliny, u których zmieniono cechy agronomiczne, czyli została zwiększona ich odporność na herbicydyherbicydyherbicydy, szkodniki i patogeny. Druga generacja to tzw. rośliny transgeniczneorganizmy transgenicznetransgeniczne, zmienione przede wszystkim pod względem cech jakościowych (zwiększenie zawartości składników prozdrowotnych, zmiana profilu kwasów tłuszczowych, opóźnione dojrzewanie owoców, polepszenie walorów organoleptycznych). Trzecią generację stanowią rośliny genetycznie zmodyfikowane gromadzące substancje wykorzystywane w sektorze farmaceutycznym i przemyśle chemicznym (jako biopolimery).

Postęp inżynierii genetycznej umożliwił również poprawę cech jakościowych zwierząt gospodarskich, stworzenie zwierzęcych modeli wielu chorób oraz wykorzystanie organizmów zwierzęcych w produkcji farmaceutyków.

Odporność na szkodniki

Do roślin, których genom zmodyfikowano w celu ich ochrony przed szkodnikami, należą m.in. kukurydza (Zea mays), bawełna (Gossypium), soja (Glycine) czy tytoń (Nicotiana). Wykorzystano u nich gen cry1A wyizolowany z bakterii Bacillus thuringiensis (Bt), warunkujący odporność na szkodniki z rodziny Lepidoptera. Dzięki tej modyfikacji roślina wytwarza białko Cry, które jest toksyczne dla niektórych owadów.

RHYcb1dNwr7SN1

Fotografia przedstawia liście zmodyfikowanego orzecha ziemnego znajdujące się w dwóch szklanych podstawkach. Na górze liście są po części uszkodzone przez larwy omacnicy prosowianki – są częściowo uszkodzone i uschnięte. Na dole liście są w stanie nienaruszonym, mają kolor zielony.

Odporność na herbicydy

Modyfikacje genetyczne pozwoliły także uzyskać rośliny uprawne odporne na środek chwastobójczy – glifosat. W tym celu wykorzystano gen CP4 pobrany z bakterii Agrobacterium tumefaciens. Umożliwia on zmodyfikowanym roślinom wytwarzanie białka, dzięki któremu wykazują prawidłowy wzrost nawet w czasie stosowania oprysków z glifosatem. Pozwala to na selektywne usuwanie chwastów z upraw. Gen taki został włączony do genomu soi oraz rzepaku (Brassica napus).

Odporność na choroby

W celu uzyskania roślin odpornych na choroby grzybowe i bakteryjne wprowadza się do ich genomu geny kodujące enzymy, które niszczą ich ścianę komórkową. Odporność na wirusy uzyskuje się poprzez wprowadzenie do rośliny genów białek kapsydu danego wirusa, a także jego enzymów. Obecność tych białek osłabia infekcję tym wirusem oraz opóźnia skutki choroby. Do roślin zmodyfikowanych w celu ochrony przed patogenami należy tytoń odporny na wirusa mozaiki tytoniowej, ogórek (Cucumis) odporny na wirusa mozaiki ogórka oraz kalafior (Brassica oleracea var. botrytis) odporny na wirusa mozaiki kalafiora. Uzyskano także ziemniaki (Solanum tuberosum) odporne na zarazę ziemniaczaną.

Modyfikacje cech jakościowych roślin obejmują przede wszystkim zmniejszenie lub zwiększenie stężenia danej substancji. Przykładem takiej modyfikacji jest złoty ryż (odmiana ryżu siewnego – Oryza sativa), do którego wszczepiony został pochodzący z narcyza trąbkowego (Narcissus pseudonarcissus) gen odpowiedzialny za zwiększoną produkcję βbeta‑karotenu, będącego prekursorem witaminy A. Modyfikacja w zamierzeniu miała rozwiązać problem niedoborów witaminy A u dzieci w Azji Wschodniej. Innym przykładem jest modyfikacja genetyczna rzepaku, która doprowadziła do zmniejszenia zawartości nienasyconych kwasów tłuszczowych. Uzyskano także m.in. truskawki (Fragaria ×ananassa) wytwarzające słodsze, wolniej dojrzewające owoce, które dodatkowo są odporne na mróz.

R1Y8uEQG2EMD3

Fotografia przedstawia mężczyznę z czarną, średniej długości brodą oraz wąsami. Ma czarne włosy, a na nosie okrągłe okulary w drucianej oprawie. Ubrany jest w czarny golf i biało‑czarną, prążkowaną koszulę. W prawej ręce trzyma pudełko pełne czerwonych pomidorów, lewą zrywa pomidory z krzaka. Wiszą na nim czerwone, dojrzałe owoce oraz pomidory w kolorze zielonym.

Natomiast w przypadku zwierząt gospodarskich wprowadzenie dodatkowej kopii genu pozwoliło na zwiększenie masy bydła i trzody chlewnej oraz mleczności krów (uzyskano wzrost wydajności mlecznej i stężenia składników mleka ważnych w produkcji serów).

Przeciwnicy wprowadzania żywności GMO twierdzą, że może mieć ona szkodliwy wpływ zarówno na organizm ludzki, jak i środowisko, a także naruszać zasady etyki. Przedstawiają oni argument, że wprowadzanie obcych genów do rośliny może skutkować powstawaniem nowych białek, m.in. alergenów i toksyn, które będą gromadzić się w wysokich stężeniach w jadalnych częściach roślin. Obecnie wiadomo, że wprowadzenie do genomu soi genu pochodzącego z orzecha brazylijskiego (naturalnie wywołującego alergię) spowodowało reakcje alergiczne u osób nadwrażliwych na orzechy. Z kolei tolerancja na herbicydy powoduje normalny wzrost roślin po opryskach, np. z użyciem preparatu RoundupRoundupRoundup, którego składniki akumulowane są w roślinie, a następnie drogą pokarmową trafiają do organizmu człowieka. Innym wskazywanym zagrożeniem jest wystąpienie oporności na antybiotyki u roślin i zwierząt GMO, w wyniku wykorzystania w modyfikacjach bakterii mających geny reporterowegeny reporterowegeny reporterowe, do których należą geny oporności na antybiotyki.

R1SRrZb3UmwN0

Na zdjęciu znajduje się podłużny, żółty, obrany w połowie ze skórki banan. Znajduje się w pozycji pionowej, zbliża się do niego ludzka ręka obleczona w fioletową, gumową rękawiczkę. Ręka trzyma strzykawkę z igłą, w której znajduje się niebieski płyn.

Kolejne zagrożenie wynikające z modyfikowania genetycznego organizmów związane jest z ich niekontrolowanym rozmnażaniem się i rozprzestrzenianiem. Ponadto istnieje ryzyko pojawienia się niebezpiecznej cechy na skutek mutacji. Zjawiska te mogą spowodować nieodwracalne zmiany w środowisku, w tym zmniejszenie różnorodności genetycznej na skutek wyparcia naturalnie występującego gatunku, niekontrolowane rozprzestrzenianie się genu oraz pojawianie się superchwastów, czyli roślin niepożądanych w uprawach, które uodporniły się na herbicydy, a konkretnie na glifosat (np. szarłat Palmera – Amaranthus palmeri, przymiotno kanadyjskie – Erigon canadenisis).

Słownik