تُعدل الهندسة الوراثية للكائنات المعدلة وراثيا لنقل الجينات المحورة _ جينات من أنواع بيولوجية مختلفة _ كجزء من الجينوم الخاص بهم. قد يكون الجين المتحور إما نسخة مختلفة من أحد جينات الكائن الحي أو جين غير موجود في الجينوم الخاص به. عادة ما يتم إنشاء الجينات المتحورة بواسطة تقنيات استنساخ الحمض النووي والحمض النووي المؤتلف. تسمح البكتيريا والنباتات والحيوانات المعدلة وراثياً للعلماء بمعالجة الاستفسارات البيولوجية وتصميم الحلول العملية.
يبدأ العلماء في عملية التعديل _ إدخال الجين المتحور في جينوم الكائن الحي _ عن طريق اختيار التقنية المناسبة. هناك العديد من الطرق البيولوجية والكيميائية والفيزيائية للتكوين. تتضمن الطريقة البيولوجية الشائعة الإدخال الفيروسي للحمض النووي الغريب في جينوم الخلية المضيفة ، يسمى التنبيغ. طريقة كيميائية شائعة تستخدم فوسفات الكالسيوم (Ca3(PO4)2). تعتمد الطريقة على تكوين Ca3(PO4)2/DNA الراسب لتسهيل ارتباط الحمض النووي بالخلايا ودخولها. الطرق الفيزيائية مثل الحقن المجهري _ تقنية تستخدم إبرة زجاجية رفيعة لإدخال مادة وراثية يدوياً في الخلايا _ تدخل اصطناعيا الحمض النووي بالقوة.
بمجرد دخول الخلية ، يمكن للجين المتحور إما أن يتكامل بشكل عشوائي أو في موقع معين في الجينوم بمساعدة إنزيمات إصلاح الحمض النووي (أي إعادة التركيب). ثم تتكاثر هذه الخلايا المعدلة وراثياً وتكرر الجين المحور كجزء من جينومها ، معبرة بثبات عن الجين محل اهتمام الباحث. قد لا يندمج الجين المحور في الجينوم ، وبالتالي يحث فقط على التعبير العابر عن جين اهتمام الباحث. عادةً ، يتم تضمين علامة قابلة للتحديد (على سبيل المثال ، جين مقاومة المضادات الحيوية) أو جين مراسل (على سبيل المثال ، GFP) جنباً إلى جنب مع الجين محل الاهتمام ، بحيث يمكن تحديد الخلايا ذات التكامل المحور الناجح.
في الحيوانات ، يتم عادةً إدخال الجين المحور في مرحلة مبكرة ، البويضة المخصبة عن طريق الحقن المجهري. الأمل هو أن الجينات المحورة سوف تندمج في الخلايا التناسلية _ الخلايا السليفة الإنجابية التي تصبح أمشاج (أي البويضة أو الحيوانات المنوية) _ بحيث يتم التعبير عنها في جميع خلايا الكائن الحي النامية. علاوة على ذلك ، فإن تكامل السلالة التناسل قابل للتوريث ، مما يعني أن الجين المحور يمكن أن ينتقل عبر الأجيال عن طريق التكاثر. يتم تهجين الحيوانات المحورة وراثياً _ يتم تزاوج النسل مع الوالد _ لإنشاء سلالات من الحيوانات متماثلة الزيجوت من أجل الجينات المحورة.
يستخدم التكاثر النباتي بشكل روتيني طريقة بيولوجية ، مثل توصيل ناقلات البكتيريا ، لإدخال الحمض النووي الغريب في الخلايا. Rhizobium radiobacter (المعروف سابقاً باسم Agrobacterium tumefaciens) عبارة عن بكتيريا مُمرِضة تسكن التربة ويمكن أن تصيب النباتات وتدمج بلازميد الحمض النووي الخاص بها في جينوم النبات. قام العلماء بتعديل R.radiobacter بحيث يمكن لبلازميدالحمض النووي أن يحمل جيناً متحوراً. يتم زراعة عينات الأنسجة النباتية باستخدام R.radiobacter للسماح بالعدوى وتكامل الجينات المحورة. تتم زراعة هذه الأنسجة بشكل أكبر على وسائط انتقائية تحفز نمو الجذع والجذور حتى يمكن نقل النبات الناشئ إلى التربة. يتم تهجين هذه النباتات المعدلة وراثياً لإنشاء سلالات عالية الإنتاجية.
للكائنات المعدلة وراثياً العديد من التطبيقات في الزراعة والعلوم والصناعة والطب. على سبيل المثال ، تم إنتاج نباتات معدلة وراثياً مقاومة للحشرات لزيادة الالانتاج وتقليل استخدام مبيدات الآفات (على سبيل المثال ، الذرة Bt) ؛ تم تصميم البكتيريا لاستخدامها في البحوث الطبية الحيوية وإنتاج الوقود الحيوي ؛ والحيوانات المعدلة وراثياً لتصنيع الأدوية _ مثل البروتينات البشرية _ ولإنشاء نماذج للأمراض البشرية. يستفيد العلماء من قوة النباتات والبكتيريا والحيوانات المعدلة وراثياً للبحث في التعبير الجيني ، أو إنشاء منتجات جينية مرغوبة ، أو تعزيز السمات القيمة.
