מלבד הגילוי איך DNA עובד, פותחו כלים שבעזרתם ניתן לערוך אותו. ב-1970 גילו במעבדתו של המילטון או. סמית' את קיומם של אנזימי הגבלה המאפשרים ביקוע של DNA באתרים מסוימים, ולהפריד את התוצרים השונים באמצעות אלקטרופורזה דו-ממדית בג'ל. דבר זה אפשר למדענים לבודד גנים מתוך הגנום. מוקדם יותר, ב-1976 התגלו DNA ליגאזות, המחברים מקטעי DNA, ובאמצעות שילוב של אנזימי הגבלה ו-DNA ליגאזות ניתן לחתוך ולהדביק מקטעי DNA ליצירת DNA רקומביננטי. פלסמידים שהתגלו ב-1952 הפכו להיות כלי עבודה מרכזי בתהליך התמרת ה-DNA בין תאים ובשיבוט מקטעי DNA. פרדריק סנגר פיתח שיטה לריצוף DNA ב-1977, מה שהעלה בצורה דרסטית את כמות הידע הגנטי של החוקרים. תגובת PCR, שפותחה ב-1983 על ידי קארי מוליס, אפשרה הגברה של מולקולות DNA ובכך סייעה לזיהוי ובידוד מקטעי DNA.
מלבד עריכת ה-DNA, פותחו שיטות שנועדו להתמיר (טרנספורמציה) את ה-DNA לתוך גנום של יצור היעד. ניסוי גריפית' כבר הראה כי ישנם חיידקים מסוימים שבאופן טבעי כשירים לבלוע DNA זר מסביבתם ולבטא גנים מתוך מקטע זה. ב-1970 התגלה שניתן להשיג כשירות זו באמצעים מלאכותיים, כפע שהראו החוקרים מורטון מנדל ואקיקו היגה, כי החיידק "Escherichia coli" כשיר להכניס אליו בקטריופאג' למדא לאחר טיפול בנתרן כלורידי (CaCl2). שנתיים לאחר מכן הראה סטנלי כהן שטיפול זה מכשיר את החיידק גם להכנסת DNA פלסמידי. התמרה באמצעות אלקטרופורציה פותחה בסוף שנות ה-80 של המאה ה-20, דבר שהגביר את היעילות והרחיב את מגוון החיידקים בהם ניתן להשתמש. ב-1907 התגלה החיידק "Agrobacterium tumefaciens" הגורם לגידולים בצמחים, וב-1970 התגלה שהמרכיב האחראי ליצירת הגידול הוא פלסמיד Ti הנמצא בחיידק, וכי חלק ממקטע הפלסמיד עובר איטנגרציה לגנום הצמח. לקח לחוקרים עוד כמה שנים כדי לבודד את המרכיבים השונים, עד שיכלו להסיר מהפלסמיד את הגנים המובילים ליצירת הגידול ואזורים לא חיוניים, והכניסו לפלסמיד גנים אחרים. באמצעות הדבקה של צמחים בחיידק הוטמעו הגנים הללו בתוך הגנום הצמחי.
צעדים ראשונים.
ב-1972 פול ברג השתמש באנזימי הגבלה וב-DNA ליגאז כדי ליצור את מולקולות ה-DNA רקומביננטי הראשונות. הוא איחה בין DNA מהנגיף SV40 לבין DNA מהנגיף בקטריופאג' למדא. הרברט בויאר וסטנלי נורמן כהן לקחו את עבודתו של ברג צעד אחד קדימה, והכניסו את ה-DNA הרקומביננטי לתוך תא חיידקי. כהן עסק בחקר פלסמידים ובויאר באנזימי הגבלה, וב-1972 הכירו בכך שהתחומים שלהם משלימים והחלו לשתף פעולה. יחד הם זיהו אנזים הגבלה היכול לבקע את הפלסמיד pSC101 בנקודה מסוימת, ובכך להפוך את ה-DNA המעגלי לליניארי. ל-DNA ליניארי זה החוקרים חיברו גן המעניק עמידות לקנמיצין, ואיחו את הפלסמיד חזרה לצורה מעגלית. כהן כבר פיתח שיטה להתמרת ה-DNA לתוך חיידק, וכאשר ביצעו אותו יצרו חיידקים בעלי עמידות לאנטיביוטיקה מסוג קנמיצין, ויצרו את האורגניזם המהונדס גנטית הראשון. הם חזרו על ניסוי זה עם גנים אחרים, והראו שגנים רבים יכולים לעבור ביטוי בחיידק, כולל גנים שמקורם בצפרדע הרפואית המצויה ("Xenopus laevis"), ההתמרה הראשונה שהתמירה גנים בין ממלכות.
ב-1974 רודולף יאניש יצר את העכבר הטרנסגני הראשון, באמצעות הכנסת DNA זר לתוך עובר. זהו בעל החיים הראשון שהונדס. יאניש חקר תאי אדם שנדבקו בנגיף SV40 כאשר נתקל במאמר של ביאטריס מינץ המתאר יצירה של עכבר כימרי. הוא לקח את דוגמיות SV40 ממעבדתו למעבדתה של מינץ והזריק אותם לעוברים וציפה שהם יפתחו גידולים. העכברים שנולדו נראו רגילים, אך לאחר בחינת הגנום שלהם באמצעות גלאי רדיואקטיבי התגלה שגנום הנגיף הוטמע בתוך גנום העכבר. בבחינת הגנום של הדור הבא של העכברים הללו, DNA הנגיף לא היה נוכח. ב-1981 המעבדות של פרנק ראדל, פרנק קונסטנטיני ואליזבת לייסי הזריקו DNA לתוך עובר עכבר בעל תא אחד, והראו כי DNA זה מסוגל לעבור לדורות הבאים.
הצמח הראשון שהונדס גנטית הוא צמח הטבק ב-1983. הוא פותח על ידי מיכאל ו. ביוואן, ריצ'רד ב. פלאבל ומרי דל צ'ילטון באמצעות יצירת גן כימרי, יחד עם הגן לעמידות לאנטיביוטיקה על גבי פלסמיד Ti שמקורו בחיידק "Agrobacterium". הטבק הודבק בחיידק המותמר עם הפלסמיד המכיל את הגן הכימרי, שהוביל להטמעה של DNA זה בגנום הצמח. באמצעות שימוש בתרבית רקמה זוהה תא טבק בודד שהכיל את הפלסמיד, וממנו גידלו צמח טבק טרנסגני.
אסדרה.
הפיתוח של הנדסה גנטית הובילה לחששות בקהילה המדעית, שגילויים אלו טומנים בחובים פוטנציאלים מסוכנים. ב-1975 התאספו מדענים לכנס שבעקבותיו המליצו לקבוע תקנות המגדירות אמצעי זהירות שיש לנקוט בשימוש ב-DNA רקומביננטי או בתוצריו. ב-1976 המכונים הלאומיים לבריאות כינסו ועדה מייעצת, ובעקבותיהם משרדי ממשלה נוספים בארצות הברית החלו לקבוע תקנות בנושא, כולל מחלקת החקלאות של ארצות הברית, הסוכנות להגנת הסביבה ומנהל המזון והתרופות האמריקאי (FDA), ובכך המחקר של DNA רקוביננטי בארצות הברית החל להיות תחת בקרה הדוקה. ב-1982 הארגון לשיתוף פעולה ולפיתוח כלכלי (OECD) פרסם נייר עמדה על סכנות בהפצת אורגניזמים מהונדסים גנטית לטבע. ככל שהטכנולוגיות השתכללו והיצורים שהונדסו היו לא רק יצורי מודל אלא גם אורגניזמים מסחריים, ולכן המשרד למדיניות מדע וטכנולוגיה של ארצות הברית הקימה ועדה כדי לפתח מנגנונים לבקרה. ב-1986 הם התקינו שצמחים מהונדסים גנטית נדרשים לקבל אישורים של מחלקת החקלאות, הסוכנות להגנת הסביבה ומנהל המזון והתרופות. בסוף עשור זה ובתחילת העשור הבא ארגונים שונים פרסמו הנחיות לגבי בדיקת הבטיחות של צמחים ומזון מהונדס גנטית, כולל ארגון המזון והחקלאות וארגון הבריאות העולמי. האיחוד האירופי חוקק ב-1997 חוק המחייב סימון של מזון מהונדס גנטית.
רשויות החוק בעולם פועלות בנושא זה בצורה הבוחנת כל מקרה לגופו, ובודקת את בטיחות השימוש.
מחקר ותרופות.
היכולת להוסיף, לשנות או להסיר גנים ביצורי מודל אפשר למדענים לחקור את הבסיס הגנטי למחלות של בני אדם. ב-1984 יצרו עכברים מהונדסים גנטית המבטאים אונקוגן משובט וכך הגבירו את הסיכוי שיפתחו סרטן. ב-1989 יצרו מריו קפקי, מרטין אוונס ואוליבר סמיתיס את העכבר הראשון שבו הוסר גן (נוקאאוט גנטי). ב-1992 חוקרים יצרו עכבר ללא גנים מדכאי סרטן, הנוטה לפתח סרטן, ובכך משמש מודל יעיל לחקר הסרטן. הטכנולוגיה שאפשרה זאת בעכברים לא הייתה ישימה בחולדות, המשמשות מודל יותר טוב לאדם במחלות מסוימות, וחולדות נוקאאוט יוצרו לראשונה ב-2003.
עם גילויו של microRNA בשנת 1993, החלו לעשות שימוש בשיטת RNAi כדי להוריד את רמות הביטוי של גנים - להנדס יצורים לבטא microRNA מסוים, שיפגע ברמות הביטוי של הגן הרצוי. דבר זה אפשר לחוקרים לבדוק מה קורה בהיעדר או ברמות נמוכות של גנים. שיטה זו הייתה יעילה לחקור גנים שהסרתם גרמה למוות של היצור. יתרון נוסף לשיטה זו היא היכולת לתזמן את ביטוי ה-microRNA, ובכך לתזמן את שיתוק ביטוי הגן, והיכולת לבטא את ה-microRNA ברקמות מסוימות ולבחון השפעות מקומיות. בשנת 2007 יוצרו צמחים בעלי מערכת הדברה המתבססת על שיטה זו. צמחים אלו מבטאים microRNA המכוון לגנים של של חרקים ותולעים נימיות, כך שאם יצורים אלו אוכלים את עלי הצמח ובכך גם את מולקולות ה-microRNA הגורמות לשיתוק גנים חיוניים בחרק או בתולעת.
נעשה שימוש בהנדסה גנטית כדי לבטא חלבונים שונים באמצעות יצורים שבאופן טבעי אינם מבטאים חלבונים אלו. ב-1979 פותחו חיידקים המבטאים אינסולין הומאני, וטופלו באמצעותם ב-1982. ב-1988 יוצרו לראשונה נוגדנים הומאניים בצמחים. בשנת 2000 יוצר אורז זהוב , המעושר לוויטמין A, ובכך היה למזון מהונדס גנטית הראשון.
התפתחויות נוספות.
לא כל תאי הצמח מודבקים על ידי אגרובקטריום, ולכן נוצר הצורך לפתח שיטות נוספות כדי להטמיע את ה-DNA בגנום. שיטות אלו כוללים אלקטרופורציה, אקדח גנים ומיקרו-הזרקה . בשנות ב-80 של המאה ה-20 פותחו שיטות להכנסת כלורופלסט מבודד לתר צמחי חסר דופן. פיתוח אקדח הגנים ב-1987 אפשר להכניס DNA זר לתוך כלורופלסטים.
תהליך ההתמרה הגנטית התייעל מאוד בחלק יצורים מיצורי מודל. בשנת 1998 יוצרו זרעי תודרנית לבנה מהונדסים באמצעות הטבלה של הפרחים בתמיסה המכילה את החיידק אגרובקטריום. מגוון הצמחים הניתנים להנדוס גדל ככל שהתפתחו הטכנולוגיות שאפשרו גידול תרביות רקמת תאים צמחיים.
חיות המקנה הראשונות שהונדסו ב-1985 באמצעות מיקרו-הזרקה, כולל ארנבות, כבשים וחזירים. יונקים שונים הונדסו לשמש כמעין מפעל ליצור חלבונים בבלוטות החלב. החיות הראשונות שסינתזו חלבונים טרנסגנים בחלב היו עכברים שביטאו את החלבון מפעיל פלסמינוגן. טכנולוגיה זו יושמה לחלבונים נוספים ובחיות נוספות, כולל בכבשים, חזירים ופרות.
בשנת 2010 הכריזו חוקרים ממכון קרייג ונטר על יצירת החיידק הסינתטי הראשון. החוקרים יצרו גנום, החדירו אותו לחיידק קיים, ובתהליך של ברירה וחלוקה יצרו חיידקים המכילים רק את הגנום המלאכותי. לחיידק זה קראו בשם סינטיה (Synthia) ובשם המדעי "Mycoplasma laboratorium" , והוא היצור המלאכותי הראשון.
בשנת 2014 חיידק השתכפל יחד עם פלסמיד המכיל זוג בסיסים מלאכותי. בכדי שהדבר יתאפשר, החיידק הונדס כדי שיוכל להכניס ולשכפל נוקליאוטידים מלאכותיים, ואכן, ב-99.4% הפלסמיד השתכפל יחד עם זוג הבסיסים המלאכותיים. זהו היצור הראשון המשתמש בקוד גנטי רחב יותר מהטבעי.