Genetik

Genetik ya da kalıtım bilimi, biyolojinin organizmalardaki kalıtım ve çeşitliliği inceleyen bir dalı. Türkçeye Almancadan geçen genetik sözcüğü 1831 yılında Yunanca γενετικός - genetikos ("genitif") sözcüğünden türetildi. Bu sözcüğün kökeni ise γένεσις - genesis ("köken") sözcüğüne dayanır.
Canlıların özelliklerinin kalıtsal olduğunun bilinci ile, tarih öncesi çağlardan beri bitki ve hayvanlar ıslah edilmiştir. Bununla birlikte, kalıtımsal aktarım mekanizmalarını anlamaya çalışan modern genetik bilimi ancak 19. yüzyılın ortalarında, Gregor Mendel’in çalışmasıyla başlamıştır. Mendel, kalıtımın fiziksel temelini bilemediyse de, bu özelliklerin ayrık (kesikli) bir tarzda aktarıldığını gözlemlemiştir; günümüzde bu kalıtım birimlerine "gen" adı verilmektedir.
Genler DNA'da belli bölgelere karşılık gelir. DNA dört tip nükleotitten oluşan bir zincir moleküldür. Bu zincir üzerinde nükleotitlerin dizisi, organizmaların kalıt aldığı genetik bilgidir (enformasyon). Doğada DNA, iki zincirli bir yapıya sahiptir. DNA'daki her "iplikçik"teki nükleotitler birbirini tamamlar, yani her iplikçik, kendine eş yeni bir iplikçik oluşturmak için bir kalıp olabilme özelliğine sahiptir. Bu, genetik bilginin kopyalanması ve kalıtımı için işleyen fiziksel mekanizmadır.
Nükleotitlerin DNA’daki dizilişi, hücre tarafından aminoasit zincirleri üretmek için kullanılır. Bunlardan protein oluşur. Bir proteindeki amino asitlerin sırası, gendeki nükleotitlerin sırasına karşılık gelir. Aradaki bu ilişkiye genetik kod denir. Amino asitlerin bir proteindeki dizilişi, proteinin nasıl bir üç boyutlu şekil alacağını belirler. Bu yapının şekli de proteinin fonksiyonundan sorumludur. Hücrelerin yaşamaları ve üremeleri için gerekli hemen hemen tüm fonksiyonları proteinler icra ederler. DNA dizisindeki bir değişim, bir proteinin amino asit dizisini ve dolayısıyla onun şekli ve fonksiyonunu değiştirir: Bu, hücrede ve onun bağlı bulunduğu canlıda önemli sonuçlara yol açabilir.
Genetik, organizmaların görünüşünün ve davranışının belirlenmesinde önemli bir rol oynuyorsa da, sonucun oluşmasında, organizmanın çevre ile etkileşimi ve genetik birlikte etki eder. Örneğin genler kişinin boyunun uzunluğunda bir rol oynuyorsa da, kişinin çocukluk çağındaki beslenmesinin ve sağlığının da büyük bir etkisi vardır.

Tarihçe

Genetik bilimi 1800'lü yılların ortalarında Gregor Mendel'in uygulamalı ve teorik çalışmalarıyla başladıysa da, kalıtım ile ilgili başka teoriler Mendel'den önce mevcuttu. Mendel'in zamanında popüler olan bir teori, karışmalı kalıtım kavramıydı: Bireylerin, ebeveyninin özelliklerinin homojen bir karışımını kalıt aldığı fikriydi bu. Mendel'in çalışmaları bunu yanlışladı, özelliklerin ayrık genlerin birleşimi olduğunu, sürekli özelliklerin bir karışımı olmadığını gösterdi. (Örneğin, kırmızı ve beyaz gözlü sinekler çiftleştiğinde yavruları ya kırmızı ya beyaz gözlü olur, ama pembe gözlü olmaz.) O devirde geçerli olan bir diğer teori, edinilmiş özelliklerin kalıtımı idi: kişilerin ebeveyninin kuvvetlendirdiği özellikleri taşıdığı inancıydı. Bu fikrin (genelde Jean-Baptiste Lamarck'a atfedilir) bugün yanlış olduğu bilinmektedir.
Kişilerin deneyimleri, yavrularına aktardıkları genleri değiştirmez. Diğer teoriler arasında Charles Darwin'in Pangenezis fikri (ki bu hem kalıtsal hem de edinilmiş özellikler öne sürer) ve Francis Galton'un Pangenezis'e getirdiği yeni bir yorum olarak, kalıtımın hem tanecikli hem de kalıtsal olduğu fikriydi.

Sembolik gösterim sistemi ve şemalar

Genetikçiler kalıtımı betimlemede şema ve semboller kullanırlar. Bir gen bir veya birkaç harfle temsil edilir. Bu temsilde büyük harf baskın aleli, küçük harf çekinik aleli temsil eder. Genellikle bir “+” sembolü bir gen için normal, mutant olmayan aleli temsil etmede kullanılır. Döllenmede ve Mendel’le ilgili üretme deneylerinde ebeveyn, "parent" sözcüğünün başharfi olan “P” ile, döl (yavru) F1 ile (“F” "filial" sözcüğünün başharfi, “1” de birinci nesil anlamında) ile değinilir. F1 neslindeki döller  birbiriyle çiftleşince meydan gelen yeni nesildeki döller F2 olarak değinilir. Çaprazlamanın sonucunu öngörmede kullanılan yaygın şemalardan biri "Punnett karesi" olarak bilinir.
Genetikçiler insandaki genetik hastalıkları incelerken genellikle, özelliklerin kalıtımını temsil etmede soyağacı çizelgesi kullanırlar.

Genlerin etkileşimi

Organizmalar binlerce gen içerir ve cinsel çiftleşmeyle üreyen organizmalarda bu genlerin birlikte bulunmaları (tertiplenmeleri) genellikle birbirlerinden bağımsızdır. Yani, örneğin, sarı veya yeşil renkli bir bezelye alelinin kalıtımı (aktarımı), çiçeklerin beyaz veya mor oluşunu belirleyen alellerin kalıtımıyla ilişkisizdir. “Mendelin ikinci yasası” veya “Bağımsız Tertiplenme Yasası” olarak bilinen bu olguda, ebeveynin her ikisinden gelerek karışan farklı genlerin alellerinin, dölü oluştururken farklı pek çok kombinasyonla bir araya gelebileceği anlamına gelir. (Ancak "Genetik bağlantı" gösteren bazı genler bağımsız olarak bir araya gelmezler edilmezler, bu konu aşağıda daha ayrıntılı işlenecektir.)
Sıkça görüldüğü gibi, farklı genler aynı özelliği (fenotipi) oluşmasını sağlayacak tarzda birbirlerini etkileyebilirler. Avrupa kökenli Omphalodes verna bitkisinin genleri bu duruma örnek olarak gösterilebilir. Bu bitkide, çiçeklerin renginin mavi ya da magenta olmasını sağlayan iki alelli bir gen vardır. Fakat bu bitkide bir de, çiçeklerin renkli olup olmayacağını, yani renkli veya beyaz olacağını denetleyen, iki alelli bir başka gen daha vardır. Bitki bu ikinci genin beyaz alelinin iki kopyasına sahip olduğu zaman, birinci gendeki mavi ile magenta rengi alellerden birinin bitkide etkili olmasına meydan verilmeksizin, çiçekler beyaz olur. Genler arasındaki bu etkileşime "epistasis" adı verilir, sıfat olarak da, birinci genin ikincisi üzerinde "episatik" olduğu söylenir.
Birçok özellik ayrık özellik (beyaz ya da mor çiçekler örneğinde olduğu gibi) olmak yerine sürekli özelliktir (insan boyu ve deri rengi gibi). Bu karmaşık özellikler birçok genin ürünüdür. Bu genlerin etkisi, organizmanın deneyimlerde bulunduğu çevrenin etkileriyle çeşitli derecelerde dengelenir. Bir organizmanın genlerinin böyle bir karmaşık özelliğe katkıda bulunma derecesine “kalıtsallık”  adı verilir. Bir özelliğin kalıtsallık ölçüsü, çevrenin o özellik üzerindeki değişen etkilerine bağlı olarak görecelidir. Örneğin insanın boyu dediğimiz karma özelliğin kalıtsallığı A.B.D.’nde %89 olarak belirlenmişken, beslenme ve sağlık sorunlarının bulunduğu Nijerya gibi yoksul bir ülkede çevrenin etkisi daha büyük olduğundan, bu oran ancak %62 olarak belirlenmiştir.

DNA ve kromozomlar

Genlerin moleküler temeli deoksiribonükleik asittir (DNA). DNA da 4 tipteki bir nükleotitler zincirinden oluşur: adenin (A), sitozin (C), guanin (G), ve  timin (T). Genetik enformasyon (kalıtım bilgisi) nükleotitlerin dizilişinde bulunmakta olup, genler DNA zinciri boyunca uzanan diziler olarak mevcuttur. Bu kuralın dışında kalabilen tek istisna virüslerdir; virüsler bazen DNA yerine benzeri olan RNA molekülü kullanırlar; çünkü virüslerin genetik malzemesi RNA’dır.
DNA, normal olarak, ikili sarmal biçimde dolanan iki iplikçikli bir moleküldür. DNA’nın iki iplikçiğinden birindeki her nükleotit, karşıt iplikteki nükleotit partneriyle bir çift oluşturur; yani A, T ile bir çift oluşturur, C de G ile. Dolayısıyla iki iplikçikten her biri, tüm gerekli enformasyona sahip bulunur, diğer iplikçikte de bu enformasyonun yedeği bulunur. DNA’nın bu yapısı, kalıtımın fiziksel temelidir. DNA ikileşmesinde, iplikçiklerin ayrışması ve her iplikçiğin yeni iplikçik eşinin bir kalıbı olarak kullanılmasıyla, genetik enformasyon kopyalanır.
Genler, kromozom denen DNA dizisi zincirleri boyunca doğrusal bir düzende sıralanmışlardır. Bakterilerde her hücrenin, basit bir dairesel kromozoma sahip olmasına karşılık, bitki ve hayvanların da dahil bulunduğu ökaryot organizmalar, çoklu doğrusal kromozomlar halinde düzenlenmiş DNA’lara sahiptirler. Bu DNA zincirleri son derece uzundur; örneğin en uzun insan kromozomu 247 milyon baz çiftini içerecek uzunluktadır.
Bir kromozomdaki DNA, onu düzenleyen, sıkıştıran ve ona erişimi kontrol eden yapısal proteinlerle beraber, kromatin denen bir yapı oluşturur. Ökaryotlarda kromatin genellikle nükleozomlardan oluşur, bunlar DNA üzerinde düzenli aralıklarla yer alan, DNA'nın etrafında sarılı olduğu, histon proteinlerinden oluşmuş yapılardır. Bir organizmadaki kalıtımsal malzemenin bütününe (yani, genelde, tüm kromozomlarındaki DNA dizilerinin tamamına) genom adı verilir.
Haploit organizmaların her kromozomdan yalnızca bir kopyaya sahip olmalarına karşın, hayvanların çoğu ve birçok bitkinin dahil olduğu diploitlerde, her kromozomdan iki kopya ve dolayısıyla her genden iki kopya bulunur. Bir genin  iki aleli, kardeş kromozomlardalerde aynı “lokus”larda (konumlarda) yer alır; bu alellerin her biri bir ebeveynden (biri anneden, biri babadan) alınmıştır.
Bunun bir istisnası, organizmanın cinsiyetinin belirlenmesinde rol oynayan, cinsiyeti belirleyen eşey kromozomlarında söz konusudur. Bu kromozomlardan (örneğin insandaki 23. kromozom çiftinden), insanlarda ve memelilerde çok az gene sahip olan Y kromozomu erkeklik özelliklerinin gelişimini başlatmasına karşın, diğeri, X kromozomu, öteki kromozomlara benzemekte olup, cinsel belirlenmeyle ilgili olmayan birkaç gen içerir. Dişiler X kromozomundan iki kopyaya sahip olurlarken, erkekler bir X, bir de Y kromozomuna sahip olurlar. Dolayısıyla, cinsiyetle bağlantılı hastalıklar olarak ortaya çıkan alışılmadık kalıtım örnekleri de X kromozomunun kopyasındaki bu sayısal farklılıktan ileri gelir.

Genetik kod

Genler, fonksiyonel etkilerini, genellikle, hücredeki fonksiyonların çoğundan sorumlu, proteinlerin üretimiyle ifade ederler. Proteinler amino asit zincirleridir ve bir genin DNA dizisi (bir RNA aracılığıyla) bir proteinin kendine has dizisini üretmede kullanılır. Yazılım (transkripsiyon) denilen bu süreç, genin DNA dizisine kaşılık gelen bir diziye sahip  bir RNA molekülü üretimiyle başlar. Ardından, bu mesajcı RNA molekülü translasyon denilen bir süreçle, RNA dizisindeki enformasyona karşılık gelen bir amino asit dizisi üretmede kullanılır. RNA dizisindeki her üç nükleotitlik grup bir kodon olarak adlandırılır, bu kodonların her biri proteinleri oluşturan 20 amino asitten birine karşılık gelir. RNA dizisi ile amino asitler arasındaki bu ilişkiye genetik kod adı verilir. Bu enformasyon akışı tek yönlü olur; yani enformasyon nükleotit dizilerinden proteinlerin amino asit dizisine aktarılır, proteinden DNA dizisine aktarılmaz. Bu olgu Francis Crick tarafından “moleküler biyolojinin merkezî dogması” olarak adlandırılmıştır. 
Bir proteini amino asit dizisi, o proteinin üç boyutlu yapısını oluşturur ki, bu da proteinin fonsiyonuyla yakından ilişkilidir. Bunlardan bazıları, kollajen proteinince oluşturulmuş lifler gibi, basit yapılı moleküllerdir. Enzim denen proteinler başka proteinlere ve basit moleküllere bağlanabilirler, bağlandıkları moleküllerdeki kimyasal reaksiyonları kolaylaştırarak (proteinin kendi yapısını değiştirmeksizin) katalizör rolü oynarlar. Proteinin yapısı dinamiktir; örneğin hemoglobin proteini, memeli kanında oksijen moleküllerinin alınması, taşınması ve salınmasını kolaylaştırırken eğilip bükülerek farklı biçimler alır.
DNA’daki tek bir nükleotitin farkı bile, bir proteinin amino asit dizisinde bir değişikliğin olmasına neden olabilir. Proteinlerin yapıları kendi amino asit dizilerinin sonucu olduğu için de, böyle bir değişiklik o proteinin özelliklerini değiştirebilir; örneğin proteinin özelliklerini, o proteinin yapısında istikrarın bozulmasına veya o proteinin diğer protein ve moleküllerle etkileşiminde değişiklikler olmasına yol açacak şekilde, değiştirebilir. İnsanlardaki kalıtımsal hastalıklardan orak hücre anemisi adlı kan hastalığı bu duruma örnek olarak gösterilebilir. Bu hastalık, hemoglobinin β-globin bölümünü belirleyen kodlama bölgesindeki tek bir baz farklılığından kaynaklanır; bu bir bazın farklı olması, hemoglobinin fiziksel özelliklerinin değişmesine yol açan bir amino asiti değişikliğine neden olur. Fiziksel özelliklerinin değişmesinin sonucunda ortaya çıkan hemoglobinin “orak hücre” versiyonları, birbirlerine yapışırlar, üst üste yığılarak lifler oluştururlar. Bu lifler proteini nakleden alyuvarların biçiminin bozulmasına yol açar. Orak biçimli hücreler kan damarları içinde rahat akamazlar, parçalanma veya damarı tıkama eğilimlidirler. Bu sorunlar sonunda kişide bu hastalıkla ilgili tıbbi rahatsızlıklara yol açar.
Bazı genler RNA’da kopyalanmakla birlikte proteine çevrilmezler ki, bunlara “kodlamayan RNA” molekülleri denir. Bu ürünler, bazı durumlarda, kritik hücre fonksiyonlar ile ilgili yapılarda rol alırlar (Ribozomal RNA, taşıyıcı RNA gibi). RNA aynı zamanda, diğer RNA molekülleriyle "hibridizasyon" etkileşimleri yoluyla düzenleyici etki rolüne sahip olabilir. (Örneğin mikroRNA)

Doğuştan gelenler - sonradan kazanılanlar

Genler, bir organizmanın işleyişiyle ilgili bütün enformasyonu içermekteyse de, çevre, nihai fenotipin belirlenmesinde önemli bir rol oynar. Genetik faktör ile çevre faktörü ikilemi, “doğuştan gelenler ile sonradan kazanılanlar” anlamında kullanılan, İngilizce “nature versus nurture” (kısaca, nature vs. nurture, doğa ve yetişme ikilemi) deyişiyle ifade edilir. Bir organizmanın fenotipi kalıtım ile çevrenin etkileşimine bağlıdır. “Isıya duyarlı mutasyonlar” olgusu bu duruma örnek olarak gösterilebilir. Genellikle, bir protein dizisi içinde değişen bir amino asit, onun davranışını ve diğer moleküllerle etkileşimini değiştirmez; fakat yapının istikrarını bozar. Yüksek sıcaklıkta moleküller daha hızlı hareket ettikleri ve birbirleriyle çarpıştıkları için, böylesi bir amino asit değişimi, proteinde yapısının bozulmasıyla (denatürasyon) ve işleyişinin zayıflamasıyla kendini gösteren bozukluklara yol açar. Düşük sıcaklıklı ortamlarda ise proteinin yapısı istikrarlı kalır ve işleyişi normal halde devam eder. Bu mutasyon türü siyam kedisinin kürkünde renk bakımından gözle görülür halde kendini gösterir: Pigment üretiminden sorumlu bir enzimdeki mutasyon, derideki yüksek sıcaklıklı bölgelerde yapısal istikrarının bozulmasına ve işleyişinin zayıflamasına yol açmaktayken bacak, kulak, kuyruk gibi daha soğuk bölgelerde protein, işleyişini zayıflatmadan sürdürür; böylece kedi, uç bölgeleri koyu renkli bir kürke sahip olur.

Gen düzenlemesi

Bir organizmanın genomu binlerce gen içermekle birlikte, bu genlerin hepsinin de belirli bir anda aktif olmaları gerekmez. Bir gen, mRNA transkripsiyonu gerçekleştiğinde (ve proteine çevrildiğinde)  “ifade olmuş” demektir. Genlerin ifadesini denetleyen birçok hücre yöntemi vardır. Mesela proteinler yalnızca hücre ihtiyaç duyduğunda üretilirler. Transkripsiyon faktörleri genin transkripsiyonunu ya teşvik etmek ya da engellemek suretiyle düzenleyen proteinlerdir. Örneğin, Escherichia coli bakterisinin genomunda triptofan amino asitinin sentezi için gerekli bir seri gen vardır; fakat triptofanın hücrede kullanıma hazır hale gelmesinden sonra, bu genlere artık ihtiyaç kalmaz. Triptofanın varlığı genlerin faaliyetini doğrudan etkiler; triptofan molekülleri “triptofan represörü”ne (bir transkripsiyon faktörü) bağlanırlar, bağlanınca represörlerin yapısını öyle değiştirir ki, represörler genlere bağlanır. Triptofan represörü genlerin transkripsiyonu ve ifadesini durdurur, ve dolayısıyla, triptofan sentezi sürecinin “olumsuz geri beslemeli” (negative feedback) düzenlemesini sağlamış olur.
Gen ifadesindeki farklılıklar, özellikle çok hücreli organizmalarda belirgindir, bu tip canlılarda hücrelerin hepsi aynı genomu içermelerine karşın, farklı gen kümelerinin ifadesinden kaynaklanan çok farklı yapı ve davranışlara sahiptirler. Çok hücreli bir organizmadaki tüm hücreler, tek bir hücreden türerler. Bu tek hücrenin farklı hücre tiplerine farklılaştığı süreç sırasında, dış ve hücreler arası sinyallere tepki verir, aşamalı olarak farklı gen ifade şekilleri kurarak farklı davranış tipleri oluşturur. Çok hücreli organizmalarda yapıların gelişiminden tek bir gen sorumlu değildir; bu farklı davranış tipleri birçok hücre arasındaki karmaşık etkileşimlerden doğar.
Ökaryotlarda kromatinde yapısal özellikler genlerin transkripsiyonunu etkiler. Bu özellikler “epigenetik”tir (üst-kalıtsal), çünkü etkileri DNA dizisinin üzerinde yer alır ve bir hücre kuşağından diğerine aktarılan kalıta haizdir. Epigenetik özelliklerden  olayı, aynı ortamda oluşan farklı hücre tipleri çok farklı özelliklere sahip olabilirler.

Model organizmalar

Genetikçiler başlangıçta genetiği geniş bir organizma yelpazesi üzerinde çalışmışlarsa da, sonraları araştırmacılar organizmaların bir altkümesi üzerinde özelleşmeye başlamıştır. Belli bir organizma hakkında önemli miktarda araştırma yapılmış olması yeni araştırmacıların da aynı organizmayı daha derinlemesine icelemeye teşvik etmiştir.  Böylece birkaç model organizma günümüzdeki genetik araştırmaların önemli bir kısmı için temel oluşturmuştur. Model organizmalar genetiğindeki başlıca araştırma konuları, gen düzenlemesi, morfogeneze ilişkin gelişim genleri ve kanserdir.
Model organizmalar kısmen kullanımlarının pratik olması nedeniyle seçilmiştir; kısa üretim süreleri, genetik manipülasyonun kolay olması bazı organizmaların genetik araştırmalarda popüler olmasına neden olmuştur. Yaygın olarak kullanılan model organizmalar arasında, bağırsak bakterisi  Escherichia coli, turpgiller familyasından Arabidopsis thaliana bitkisi, bir maya türü olan Saccharomyces cerevisiae, iplik kurdu Caenorhabditis elegans , yaygın meyve sineği Drosophila melanogaster ve ev faresi Mus musculus  sayılabilir.

Medikal genetik araştırmaları

Medikal genetik, genetik çeşitliliğin, insan sağlığı ve hastalıklarıyla ilişkilerini araştırmaktadır. Bir hastalığa neden olabilecek bilinmeyen bir gen araştırıldığında, araştırmacılar, hastalıkla ilgili genomun konumunu saptamada genellikle “genetik bağlantı” ve genetik soyağacı çizelgesinden yararlanırlar. Popülasyon düzeyindeki araştırmalarda, araştırmacılar genomdaki, hastalıklarla ilgili genlerin konumlarını saptamada “Mendelci rastgeleleştirme” yönteminden yararlanmaktadır; bu teknik bilhassa, yalnızca tek bir genle kesin olarak belirlenemeyen, birkaç gene ilişkin (çok genli) özelliklerde yararlı olmaktadır. Hastalık geni olabilecek herhangi bir gen aday olarak saptanınca, artık sonraki araştırmalar genellikle, bu genin bir model organizmadaki dengi olan gen (ortolog gen) üzerinde yapılır. Genotipleme teknikleri, kalıtımsal hastalık çalışmalarının yanı sıra, genotipin ilaca cevabı nasıl etkilediğini araştıran farmakogenetik alanının gelişmesini de sağlamıştır.
Kanser kuşaktan kuşağa kalıtım  yoluyla geçen bir hastalık olmasa da, günümüzde genetik bir hastalık olarak ele alınmaktadır. Kanserin vücuttaki gelişim süreci çeşitli olayların bir araya gelmesiyle oluşmaktadır. Bazen vücuttaki hücreler bölünürken mutasyonlar olur. Bu hücrelerdeki mutasyonlar bir çocuğa aktarılmasa da, hücrelerin davranışını etkileyebilmekte ve kimi zaman onların büyümelerine ve daha hızlı bölünmelerine neden olmaktadırlar. Hücrelerin bu anormal ve uygunsuz bölünmelerini engelleyen mekanizmalar vardır; uygunsuz bölünmekte olan hücrelerin ölmesi için sinyaller yolanır. Ama bazen başka mutasyonlar çoğalan hücrelerin bu sinyallere uymamasına neden olabilir. Vücutta, bir çeşit dahili bir doğal seçilim süreci meydana gelir; hücrenin bölünmeye devamını sağlayan mutasyonlara hücrelerde birikir, sonunda bir kanser tümörü meydana gelir. Tümör büyüyüp gelişerek vücudun çeşitli dokularını istila eder.
. E. coli rekombinant DNA teknolojisinde sıkça kullanılır.

Araştırma teknikleri

Günümüzde DNA, laboratuvarda birçok bakımdan istenildiği gibi değiştirilebilmektedir. Laboratuvar çalışmalarında kullanılan restriksiyon enzimleri DNA’yı belli dizilerde keserek arzu edilen parçaları üretmek için kullanılır. Ligasyon enzimleri ise, elde edilen bu parçaları yeniden birleştirme, yani birbirine bağlama olanağı sağlamaktadır ve böylece, araştırmacılar, farklı kaynaklardan (biyolojik türlerden) alınan DNA parçalarını birleştirerek “rekombinant DNA” yaratabilmektedirler. Genellikle “genetik yapısı değiştirilmiş organizmalar”la (İngilizce kısaltmasıyla GMO) ilgili çalışmalarda yararlanılan rekombinant DNA bilhassa, plazmidler (üzerlerinde birkaç gen bulunan dairesel DNA parçaları) bağlamında kullanılmaktadır. Bakterilerin içine plazmidlerin sokulması ve bu bakterilerin  “agar” tabaklarında (bakteri hücrelerinin klonlarını izole etmek için) büyütülmesiyle  araştırmacılar, eklenen DNA parçalarını klonal olarak çoğaltabilmektedirler ki bu, moleküler klonlama olarak bilinen bir işlemdir. (Klonlama terimi, aynı zamanda çeşitli teknikler kullanarak klonal organizmalar yaratmak için de kullanılır.)
DNA aynı zamanda polimeraz zincir tepkimesi (PCR) denilen bir süreç kullanılarak da çoğaltılabilir. PCR, özel kısa DNA dizileri kullanılarak, DNA’nın hedef seçilen bir bölgesini izole edebilir ve onu aşırı derecede büyütebilir. DNA’nın son derece küçük parçalarını aşırı ölçüde çoğaltabildiğinden, PCR genellikle spesifik DNA dizilerinin varlığını saptamakta kullanılır.

DNA dizilemesi ve genomik

Genetik çalışmalarında geliştirilmiş en temel teknolojilerden biri olan DNA dizilemesi araştırmacılara DNA parçalarındaki nükleotit dizisini belirleme olanağı sağlamaktadır. 1977’de Frederick Sanger ve çalışma arkadaşlarınca geliştirilen bir DNA dizileme yöntemi (zincir sonlandırma dizilemesi) DNA parçalarını dizilemede artık rutin bir yöntem olarak kullanılmaktadır. Bu teknoloji sayesinde araştırmacılar, birçok insan hastalığıyla ilgili moleküler dizileri inceleme olanağına kavuşmuşlardır.
DNA dizilemesi ucuzlaştıkça ve bilgisayarların da yardımıyla araştırmacılar, birçok organizmanın genomunu dizilemişlerdir. Bunu yapmak için dizilenmiş DNA parçaları, dizilerinin aynı olduğu bölgeleri çakıştırılarak, daha büyük bölgelerin dizileri belirlenir (genom inşası süreci) dizilemişlerdir. Bu teknolojiler, insan genomu için de kullanılmış, insan genomunun dizileme projesi 2003 yılında tamamlanmıştır.  Yeni yüksek hacimli dizileme teknolojileri DNA dizileme maliyetini hızla düşürmektedir, çoğu araştırmacı bir insan genomunun dizilenme maliyetinin yakın gelecekte bin dolara inmesini beklemektedir.
DNA dizileme yöntemleriyle belirlemeler sonucunda edinilen, işe yarar dizilemelerin miktarının gitgide artması, organizmaların genom bütünlerindeki araştırmalarda hesaplama aletleri ve analiz örnekleri kullanan, genomik adlı araştırma alanını doğurmuştur. Genomik aynı zamanda, biyoenformatik bilimsel disiplininin bir altalanı olarak da kabul edilebilir.