Biotehnoloģija ir dažādu produktu iegūšana, izmantojot mikroorganismu, vīrusu, augu un dzīvnieku šūnas. Tā izsenis tiek izmantota pārtikas, piemēram, maizes, jogurta, siera, vīna un alus, gatavošanai. Septiņdesmitajos gados tā izveidojusies par pastāvīgu zinātnes nozari. Tajā laikā radās arī gēnu inženierija, kurā, izmantojot dzīvu organismu ģenētisko materiālu, kā arī mākslīgi radītus gēnus, pārveido organismus. Tā ir tehnoloģiju komplekts, kas ļauj manipulēt ar ģenētisko materiālu jeb DNS, t.i., izdalīt, pievienot, izmainīt, kopēt, pavairot gēnus un pārvietot tos no vienas sugas uz citu.

Gēns no organisma X tiek ievietots organismā Y, lai radītu jaunu organismu Z. Z ir Y, kam piemīt dažas X īpašības, kas saglabāsies turpmākajās paaudzēs.

Gēni

Informācija, pēc kuras veidojas atsevišķas šūnas un viss organisms kopumā, ir ierakstīta organisma genomā. Genomu veido divpavedienu dezoksiribonukleīnskābes (DNS) molekulas, kas atrodas šūnas kodolā. Viena DNS molekula veido vienu hromosomu. Visa ģenētiskā informācija ir organizēta gēnos. Gēns ir noteikts iecirknis garajā DNS molekulā, kurš atbild par viena veida ribonukleīnskābes (RNS) vai proteīnu molekulu sintēzi šūnā. Šīs molekulas pilda noteiktas funkcijas, līdz ar to atbildot par šūnas (organisma) noteiktu morfoloģisku, anatomisku, fizioloģisku vai bioķīmisku pazīmi.

Ģenētiskā informācija visās viena organisma šūnās, lai gan to funkcijas atšķiras, ir vienāda. Taču no šūnā esošajiem gēniem aktīva ir tikai neliela daļa (5–10% gēnu), kas nodrošina konkrētās šūnas funkciju veikšanu.

Process

Gēnu inženierijā ar biokatalizatoru – enzīmu – palīdzību pārrauj DNS dubultspirāli un izņem laukā gēnus, kas nosaka konkrētu vēlamo īpašību. Tādā pašā veidā tiek atvērta otra organisma DNS, kurā ievieto un ar enzīmu palīdzību nostiprina svešos gēnus.

Lai pavairotu gēnu kopijas un tās ievietotu šūnās, kas normāli nepieņemtu svešos gēnus, lieto mākslīgi konstruētus parazītiskus ģenētiskus elementus jeb vektorus. Vektori iekļūst saimnieka organisma genomā, ģenētiski pārveidojot šūnas. Gēnus šūnās var ievietot arī ar mehāniskiem palīglīdzekļiem – tievu adatu vai īpašu «gēnu šauteni». Tas ir neprecīzs process, kas izraisa daudzus ģenētiskus traucējumus ar bīstamām sekām, tāpēc tik reti izdodas veiksmīgi radīt iecerētos ģenētiski pārveidotos (ĢP) jeb transgēnos organismus. Parasti daudzās šūnās vai embrijos jāievada svešie gēni, lai iegūtu dažus organismus, kuriem piemīt vēlamās īpašības.

Gēnu nav iespējams novietot noteiktā hromosomas vietā, taču tā aktivitāte ir atkarīga no līdzās esošajiem gēniem un novietojuma hromosomā. Tas nozīmē, ka rodas neparedzēti blakusefekti vai izpaliek gaidītais rezultāts. Piemēram, Skotijā lasis, kurš tika ģenētiski pārveidots, lai ātrāk augtu, ieguva zaļu krāsu.

Vektori

Gēnu inženierijā lietotie vektori parasti ir dažādu dabisko ģenētisko parazītu, tostarp vēzi un citas slimības izraisošu vīrusu, kuru patogēnās funkcijas nedarbojas, rekombinācija. Visbiežāk augu ģenētiskajām manipulācijām lietotais vektors ir veidots no audzēju izraisošas baktērijas Agrobacterium tumefaciens plazmīdas (baktērijas DNS molekulas neliela gredzenveida fragmenta). Dzīvniekiem tiek lietoti vektori no vēzi un citas slimības izraisošiem retrovīrusiem. Vektoram, ko lieto zivīm, pamatā ir vīruss, kas pelēm izraisa leikēmiju, ar to var inficēties arī citi zīdītāji. Vēl tajā ir sastāvdaļas no vīrusa, kas vistām izraisa sarkomu, un no vīrusa, kas liellopiem, zirgiem, cūkām un cilvēkiem rada bojājumus mutes dobumā.

Jauno gēnu identificēšana

Izmainītā DNS tiek ielikta atpakaļ šūnā. Ir radīts jauns organisms, kura īpašības iedzims tā pēcnācējos. Lai noteiktu, vai gēni ir veiksmīgi implantēti, tiek lietoti viegli identificējami dominantie gēni – «marķiergēni». Ja tie izpaužas jaunajā organismā, tiek pieņemts, ka arī vajadzīgie gēni atrodas pārveidotajā organismā. Līdz šim visbiežāk lietoti pret antibiotikām izturīgi gēni, kas ļauj atšķirt transformētās šūnas augstas antibiotiku koncentrācijas klātbūtnē.

Atšķirība no krustošanas

Galvenā gēnu inženierijas atšķirība no tradicionālās krustošanas ir tā, ka iespējams pārkāpt tradicionālās sugu robežas. Tiek pārvietoti gēni starp sugām, kam bieži vien ir niecīga varbūtība apmainīties ar gēniem. Tradicionālajā krustošanā maina to pašu gēnu dažādas formas (alēles) starp tuvu radniecīgām sugām. Gēnu inženierija ļauj ieviest pilnīgi jaunus (eksotiskus) gēnus, kas neparedzami ietekmē pārveidotā organisma fizioloģiju un bioķīmiju.

Produkti

1996.gadā decembrī Polijā un Čehijā un pēc tam citur Austrumeiropā no ASV tika ievesta pirmā ĢP soja un kukurūza.

Šobrīd plaši lieto ĢM soju, rapsi un kukurūzu. No šiem produktiem izvairīties nav viegli, jo no tiem iegūtas sastāvdaļas ir līdz pat 80% pārtikas. Kukurūzu lieto zupās, mērcēs, uzkodās, košļājamajās gumijās, cietē, kukurūzas sīrupā, fruktozē, dzērienos, saldumos, jogurtā, aspirīnā, eļļā, cietē, cepamajā pulverī, glikozes sīrupā u.c. Soju lieto eļļā, lecitīnā (E 322), margarīnā, majonēzē, medikamentos, salātu mērcēs, šokolādē, dzīvnieku barībā, maizē un citos miltu izstrādājumos, piena dzērienos, kafijas krējumā, saldējumā, zīdaiņu pārtikā, brokastu pārslās, gaļas produktos, alū, kosmētikā utt., kopā vairāk nekā 30 000 produktu.

Modificēti ir arī āboli, arbūzi, avenes, baklažāni, bietes, brokoļi, burkāni, cigoriņi, cukurbietes, cukurniedres, cūkas, dzērvenes, gurķi, kāposti, kartupeļi, karpas, kastaņi, kokvilna, kvieši, ķirbji, laši, melones, mieži, papaija, tabaka, pipari, pupas, rapši, rīsi, salāti, saulespuķes, tomāti, valrieksti, vīnogas, vistas, zemenes, zirņi u.c. Biotehnoloģijas kompānijas paredz, ka 10–15 gadu laikā visi galvenie pārtikā lietojamie produkti būs modificēti. Jau tagad lielākajā daļā pārtikas produktu var būt ĢP sastāvdaļas.