Ingeniaritza genetiko

Ingeniaritza genetikoa organismoen ezaugarri genetikoak aldarazteko aukera ematen duten tekniken multzoa da. DNAren organismo batetik besterako manipulazioa eta transferentzia ahalbidetzen duen teknologia honi esker, espezie berriak sortu, akats genetikoak zuzendu edota konposatu berriak sor daitezke. DNA molekula berriak bi bidetatik lor daitezke: DNA isolatu eta DNA birkonbinatuaren teknologiaren metodoen bidez intereseko material genetikoa kopiatuz, edo DNAren sintesi artifizialaren bitartez.  Lehenengo DNA birkonbinatua Paul Berg-ek sortu zuen 1972an, SV40 tximino-birusa lambda birusarekin konbinatu zuenean.

Ingeniaritza genetikoaren bidez organismo baten geneak aldatu eta gene berriak sartzen dira haren DNAn. Genetikoki eraldatutako organismoak (GEO) lortzen dira horrela, bakterioak, landareak edo animaliak izan daitezkeenak. Medikuntzan eta elikagaien industrian aplikatzen dira, batez ere, ingeniaritza genetikoaren aurrerapenak. Ikerkuntzan ere erabiltzen dira GEOak: geneen funtzioa eta adierazpena aztertzeko balio dute funtzio-galeraren eta -irabaztearen miaketaren eta adierazpenaren ikerketaren bitartez. Zenbait generi knock out teknika aplikatuz, giza gaixotasunen animalia ereduak sor daitezke.

Ingeniaritza genetikoaren funtsa zelula hartzaile batean aukeratutako DNAren zati bat txertatzean datza, eta horretarako, bektore edo bitarteko moduan plasmidoak erabiltzen dira. Aukeratutako DNA zati horrek klonatu nahi diren geneak izaten ditu, eta zelula hartzailea prokariotoa zein eukariotoa izan daiteke. Ingeniaritza genetikoaren bitartez posible da espezie desberdinetako DNAk klonatzea. Ohikoa da, esaterako, intsulinaren sintesia eragiten duen DNA bakterio edo legamia batean sartzea, intsulina ekoitz dezan. Prozesu horretan plasmido batek egiten du bitartekari lana. Ingeniaritza genetikoa geneak txertatzeko erabiltzeaz gain, geneak ezabatzeko, edo geneen knock outa eragiteko ere erabil daiteke. Sorturiko molekula berria ausaz edo leku jakin batean txerta daiteke genoman.

Material genetikoaren manipulazioaren bidez, hainbat produktu baliagarriren ekoizpena errazten da. Izan ere, gaur egun botika eta antibiotiko asko lortzen dira ingeniaritza genetikoa aplikatuz, bai eta giza intsulina, hazkundearen hormona, interferoia eta txertoak ere. Ingeniaritza genetikoak potentzial handia izan dezake gaixotasun genetikoak sendatzeko farmakoak sortzeari begira. Gainera, aplikazio industrialak dituzten zenbait produktu sor daitezke, esate baterako, detergenteak, gazta edo beste produktu batzuk.

Ildo beretik, genetikoki eraldatutako uztaren komertzializazioaren igoerak irabazi ekonomikoak ekarri dizkie zenbait herrialdetako nekazariei. Hala ere, eztabaida handia piztu du teknologiaren munduan. Eztabaida hasi zen produktuak merkaturatu ziren momentuan. Izan ere, zientzia-adostasun bat badago aldarrikatzen duena genetikoki eraldaturiko elikagaiek elikagai konbentzionalen arrisku berdina dutela. Aipaturiko kezka horien guztien ondorioz, Nazioarteko hitzarmen bat sinatu zen 2000. urtean: Biosegurtasunaren inguruko Cartagenako Protokoloa. Geroztik, herrialdeek beren legedia garatu dute genetikoki eraldaturiko organismoen erabilera erregulatzeko.

Ikuspegi orokorra 
Ingeniaritza genetikoa prozesu bat da non organismo baten material genetikoa eraldatzen den DNA txertatuz edo kenduz. Animalia eta landareen ugalketa tradizionalean, zenbait gurutzaketa egin ondoren intereseko fenotipoa hautatzen da. Ingeniaritza genetikoak, ordea, zuzenean hartzen du intereseko genea organismo batetik eta beste batean txertatzen du. Prozesu hori askoz azkarragoa da tradizionala baino, eta edozein gene edozein organismotan txertatzea ahalbidetzen du.

Sorturiko DNA molekula zuzenean txerta daiteke organismo ostalarian edo, bestela, lehenengoz zelula batean txerta daiteke, ondoren ostalariarekin elkartu edo hibridatzeko. Material genetiko heredagarriaren konbinazio berriaren sorkuntza eta ondorengo material genetikoaren txertaketa bektore baten bidez edo zuzenean mikroinjekzio edo makroinjekzio bidez egiten da.

Ingeniaritza genetikoaren bidez eraldatutako landare, animalia edo mikroorganismoei genetikoki eraldaturiko organismo edo GEO deritze. Beste espezie baten material genetikoa txertatu zaien organismoei, berriz, transgeniko deritze. Ingeniaritza genetikoa intereseko organismotik material genetikoa ezabatzeko erabiltzen bada, organismoari knock out deritzo.

Aplikazioei dagokienez, ingeniaritza genetikoak gaixotasun genetikoak senda ditzake; izan ere, gaixotasuna eragiten duen genearen lekuan gene funtzional bat jar dezake. Gainera, ikerkuntzan oso tresna garrantzitsua da, gene espezifikoen funtzioak aztertzea ahalbidetzen duelako. Aurretik aipatu bezala, farmako, txerto eta beste zenbait produktu lortu dira genetikoki eraldaturiko organismoen bidez.

Historia 
Ingeniaritza genetikoaren aurrerapausoek eragin handia izan dute zientzian eta ekonomian, batik bat, medikuntza eta nekazaritza alorretan. Gizakiak aspalditik eraldatu ditu espezieen genomak ugalketa selektiboaren eta hautespen artifizialaren bidez. Berrikiago, ugalketa selektiboa helburu hartuta, mutazio bidezko ugalketak substantzia kimikoekiko edo erradiazioarekiko esposizioa erabili du ausazko mutazioen maiztasun handia eragiteko. Ingeniaritza genetikoa, DNAren ugalketatik eta mutazioetatik kanpoko manipulazio zuzen gisa, 1970eko hamarkadatik aurrera hasi zen erabiltzen.

1972. urtean, Paul Berg-ek DNA birkonbinatuaren lehen molekulak sortu zituen tximinoaren SV40 birusaren DNA eta Lambda birusarena konbinatu zituenean. Urtebete  geroago, 1973an hain zuzen ere, Herbert Boyer-ek eta Stanley Cohen-ek lehen organismo transgenikoa sortu zuten. Horretarako, Escherichia Coli bakterio baten plasmidoan antibiotikoekiko erresistentziaren geneak sartu zituzten. 1974. urtean Rudolf Jaenisch-ek sagu transgeniko bat sortu zuen DNA arrotza enbrioian sartuz eta, horrela, munduko lehen animalia transgenikoa sortu zuen. Lorpen horiek ingeniaritza genetikoaren balizko arriskuei buruzko kezka sortu zuten zientzia-komunitatean, eta 1975ean eztabaidatu ziren lehen aldiz Asilomarreko Konferentzian. Bilera horren gomendio nagusietako bat izan zen DNA birkonbinatuaren ikerketa ikuskatu egin beharko litzatekeela teknologia segurutzat jo arte.

Ingeniaritza genetikoko lehen enpresa, Genentech,  1976. urtean sortu zuten Herbert Boyer-ek eta Robert Swanson-ek, eta urtebete geroago, konpainiak giza proteina bat (somatostatina) ekoitzi zuen E.colin. Bestalde, Genentechek 1978an iragarri zuen genetikoki eraldatutako giza intsulina sortuko zutela. 1980an, AEBetako Auzitegi Gorenak Diamond v. Chakrabarty kasuaren epaiaren bidez, genetikoki eraldatutako bizidunak patentatu zitezkeela ebatzi zuen. Ildo beretik,  Elikagai eta Sendagaien Administrazioak (ingelesezko laburdura FDA) bakterioek ekoitzitako intsulinaren salmenta baimendu zuen 1982an.

1983an, Advanced Genetic Sciences (AGS) enpresak AEBetako gobernuari baimena eskatu zion Pseudomonas syringae bakterio eraldatuak erabiltzeko uztak izozteetatik babesteko asmoz. P.syringaek ina proteinak adierazten dituzte, eta horiek izotza sortarazten dute. Beraz, ingeniaritza genetiko bidez eraldatu dira, eta ice-minus motako bakterioak lortu dira.  Ingurumenaren aldeko taldeen eta ekintzaileen protestak gorabehera,  1987an P. Syringae eraldatua Kaliforniako marrubi- eta patata-zoro batean zabaldu zuten. Hori izan zen GEO bat askatu zen lehen aldia. 

Genetikoki eraldatutako landareen lehen landa-probak Frantzian eta Estatu Batuetan egin ziren 1986an, eta tabako-landareek herbizidei aurre egitea zuten helburu. Txinako Herri Errepublika izan zen landare transgenikoak merkaturatu zituen lehen herrialdea; izan ere, 1992an sortu zuen birusekiko erresistentea zen tabakoa. 1994an, Calgen-ek genetikoki eraldatutako lehen elikagaia merkaturatzeko onespena lortu zuen. Zehazki usteltzea beranduago gertatzeko diseinatutako tomatea izan zen, Flavr Savr izenekoa  1994an, Europar Batasunak bromoxilino herbizidarekiko erresistentea zen tabako eraldatua onartu zuen, eta horixe izan zen, hain zuzen ere,  Europan merkaturatu zen genetikoki eraldatutako lehen laborea. 1995ean, eraldatutako tomatea segurua zela ebatzi zuen Ingurumena Babesteko Agentziak, FDAk onartu ondoren, eta horrela, Estatu Batuetan pestizidak ekoizten zituen lehen laborea bihurtu zen. 2009an, 11 labore transgeniko merkaturatu ziren 25 herrialdetan, hala nola Estatu Batuetan, Brasilen, Argentinan, Indian, Kanadan, Txinan, Paraguain eta Hegoafrikan.

1990eko hamarkadaren hasieran egin zen gizakiaren bilakaera argitzeko eta pairatzen dituen eritasunak kontrolatzeko edo erabat desagerrarazteko lehen urratsetako bat, zientzialariek gizakiaren kromosoma txikienen (Y kromosoma eta 21. kromosoma) barne-egitura deskribatu eta marraztu ahal izan zutenean. Hasieran askoz luzeago joko zuela uste bazen ere, 2001. urte hasierarako gizakiaren mapa genetiko osoa deskribatzea lortu zen.

2010ean, J. Craig Venter Institutuko zientzialariek lehen genoma sintetikoa sortu eta bakterio-zelula huts batean txertatu zuten. Lortu zuten bakterioak, Mycoplasma laboratorium izenekoak, erreplikatu eta proteinak ekoizten zituen. Handik lau urtera, pauso bat aurrera egin zen: base bakarreko pare bat zuen plasmido bat erreplikatzen zuen bakterio bat garatu, eta hedatutako alfabeto genetiko bat erabiltzeko diseinatutako lehen organismoa sortu zen. 2012an Jennifer Doudnak eta Emmanuelle Charpentierrek CRISPR/Cas9 sistema garatu zuten, ia edozein organismoren genoma erraz eta espezifikoki eraldatzeko erabil daitekeen teknika.

Prozesua 
DNAren pusketa bat zelula hartzaile batean txertatzeko prozesuak 5 etapa ditu:

 Txertatu nahi den DNA puska isolatu behar da; izan ere, DNA horrek zelula hartzailean sartu nahi diren geneak ditu.

 DNA puska hori bektore batean, hala nola plasmido batean, txertatu behar da.

 Bektorea zelula hartzailean sartu behar da, genetikoki aldatu nahi den organismoaren zelulan, alegia.

 Zelula ostalarian sartutako DNA erreplikatu eta adierazi egin behar da.

 Klonatutako DNA duten zelulen aukeraketa, hots, GEOaren hautaketa egin behar da.

Labur azalduta, lehenengo etapan DNA toki jakin batetik apurtuko da, klonatu nahi diren geneak eta ez beste sekuentzia bat aukeratzeko. Murrizte-endonukleasak izeneko entzimei esker posible da hori egitea. Izan ere, entzima horiek gai dira DNAren sekuentzia bat ezagutu eta puntu jakin batetik mozteko. Manipulatu nahi den DNA zatia lortuta, beste entzima batzuek, ligasa izenekoek, zati hori itsatsiko dute garraiatzaile moduan jardungo duen plasmido batean. Bektore moduan, plasmidoek ez ezik, zenbait fago ere erabiltzen dira.

Zelula ostalariaren barnean klonatutako DNA (plasmidoan dagoena) erreplikatu egingo da plasmidoa erreplikatzen denean, eta zelula ostalaria (bakterioa edo legamia) klonaturiko geneek kodetutako produktua ekoizten hasiko da, adibidez, intsulina, interferona edo antibiotikoak.

Plasmido-bektoreek klonatu nahi diren geneez gain, erresistentzia ematen duen beste gene bat ere izan behar dute, esaterako, penizilinarekiko erresistentzia-genea. Horrela, klonatutako zelula gainontzeko guztietatik banandu eta isolatuko da penizilina duen hazkuntza-ingurune batean.

Genearen isolamendua eta klonazioa 

GEO bat eratzeko lehen urratsa da txertatu nahi den genea aukeratzea. Hautapen hori helburuaren arabera egiten da, eta aurretik egindako ikerketetan oinarritzen da. Behin gene aproposa aukeratu dela, isolatu egin behar da. Horretarako, lehenik eta behin gene hori daraman zelula emailea apurtu eta DNA isolatzen da. Jarraian, DNA-harizpitik intereseko genea lortzeko, DNA hori zenbait pusketatan apurtzen da murrizte-entzimen bidez edo genea anplifikatu egiten da polimerasaren kate-erreakzioaren (PCR) bidez. Ondoren, zatiki horiek gel-elektroforesi bidez eskuratzen dira. Gainera, aukeratutako geneak edota organismo emailearen genoma askotan aurrez ikertu izan badira, liburutegi genetiko batetik eskura daitezke. Horrez gain, DNA-sekuentzia ezaguna bada, baina ez badago genearen kopiarik eskuragarri, modu artifizialean sintetiza daiteke. Behin genea isolatuta, plasmido bati lotu eta bakterio batean txertatzen da; horrela, bakterioa zatitzen denean, plasmidoa erreplikatu egiten denez, intereseko genearen nahi beste kopia lor daitezke.

Genea organismo ituan txertatu aurretik, beste elementu genetiko batzuekin konbinatu behar da, hala nola, sekuentzia sustatzaile eta amaitzaileekin; horiexek izango dira, hain zuzen ere, transkripzioaren hasiera eta bukaera mugatuko dutenak. Gainera, hautespen-markatzailea gehitzen da, gehienetan antibiotikoekiko erresistentzia eskaintzen duena. Horrela, ikertzaileek zein zelula eraldatu den egoki zehatz dezakete. Horrez gain, posible da genea adierazpena edota eraginkortasuna hobetzeko eraldatzea. Eraldatze horiek egiteko, DNA birkonbinatuaren teknikak erabiltzen dira, esaterako, murrizte-digestioak, ligazioak eta molekula-klonazioak.

DNAren txertaketa genoma ostalarian 
Hainbat teknika erabil daitezke material genetikoa genoma ostalarian txertatzeko. Bakterio batzuk gai dira berez kanpoko DNA barneratzeko. DNA hori genoman txertatu edo kromosomaz kanpoko material genetiko bezala manten daiteke. Animalia-zeluletan mikroinjekzioa erabili ohi da material genetikoa txertatzeko. Teknika horren bidez, DNA zuzenean sar daiteke nukleoan edo birus-bektoreen bidez barnera daiteke.

Landareen kasuan, Agrobacterium bakterioa erabiltzen da maiz DNAren txertaketarako. Izan ere, Agrobacteriumaren T-DNA sekuentziak ahalbidetzen du landareetara material genetikoa modu naturalean barneratzea. Beste metodo batzuk ere erabil daitezke, hala nola, biolistika, non tungstenozko edo urrezko partikulak DNAz estali eta landare-zelulen kontra jaurtitzen diren edo elektroporazioa, non zelulen mintza permeabilizatzen den shock elektriko baten bidez.

Zelula bakarra transformatzen da material genetikoarekin eta, beraz, organismoa zelula horretatik birsortu behar da. Horretarako, landareen kasuan, ehunen kultiboak erabiltzen dira. Animalien kasuan, ordea, ziurtatu behar da material genetikoa enbrioiaren zelula ametan txertatu dela. Nolanahi ere, bakterioak zelulabakarrak direnez eta klonazio bidez ugaltzen direnez, ez da beharrezkoa birsorkuntzarako urratsik jarraitzea. Horrez gain, transformatutako eta transformatu gabeko zelulak bereizteko, hautespen-markatzaileak erabiltzen dira. Horregatik, hautespen-markatzaileak maiz agertzen dira organismo transgenikoetan. Dena den, zenbait estrategia garatu dira markatzaile horiek landare transgeniko helduetatik kentzeko.

Ondoren, organismo ostalariak genea barneratu duela egiaztatzeko, PCRa, Southern hibridazioa edota DNAren sekuentziazioa erabiltzen dira. Gainera, azterketa horiei esker, genearen kopia kopurua eta kromosoma barruko kokapena jakin daiteke. Hala eta guztiz ere, genea egoteak ez du bermatzen haren adierazpen-maila egokia izango denik. Hori dela eta, geneen produktuak (RNA eta proteinak) detektatzeko teknikak ere erabiltzen dira, esaterako, Northern hibridazioa, RT-PCR kuantitatiboa, Western plapaketa, Immunofluoreszentzia, ELISA eta analisi fenotipikoak.

Material genetikoa ausaz txerta badaiteke ere, kokapen jakin batera ere zuzen daiteke. Horretarako, birkonbinazio homologoa erabiltzen da, gene endogeno batean nahi diren aldaketak egiteko. Birkonbinazio homologoa, ordea, ez da oso maiz gertatzen landare eta animalietan espontaneoki, eta beraz, hautespen-markatzaileen erabilera eskatzen du askotan. Dena dela, maiztasun hori handitu daiteke genomaren edizioaren bitartez. Ediziorako, modu artifizialean lortutako nukleasak erabiltzen dira DNA-harizpi bikoitza genomaren gune jakin batzuetan apurtzeko. Ondoren, zelulen mekanismo endogenoak erabiltzen dira apurketa horiek konpontzeko, birkonbinazio homologo edo ez-homologo bidez.

Aplikazioak

Medikuntza 
Ingeniaritza genetikoak aplikazio ugari ditu medikuntzan, besteak beste, drogen fabrikazioa, gizakien ezaugarriak imitatzen dituzten animalia ereduen sorrera eta gene-terapia. Ingeniaritza genetikoa bakterioetan giza intsulina ekoizteko erabili zen lehenengoz. Hormona horrek garrantzi handia du industria farmazeutikoan, mundu osoan milioika gaixo diabetikoek hartu behar dutelako. Garai batean intsulina behi edo txerriaren pankreatik lortzen zen. Gaur egun, aldiz, ingeniaritza genetikoaren bidez lortzen da, intsulinaren sintesia ekoizten duten geneak bakterio edo legamia batean klonatuz, plasmido bat bektore gisa erabilita.

Intsulinarekin bezala, egun gauza bera egiten da gizakien hazkunde-hormonekin, hormona folikulu- estimulatzaileekin (antzutasuna tratatzeko), giza albuminarekin, antigorputz monoklonalekin, faktore antihemofilikoekin, txertoekin eta beste zenbait sendagairekin. Esaterako, egun, interferona ingeniaritza genetikoaren bidez lortzen da, eta teknika horrek asko erraztu eta merkatu du garai bateko ekoizpen prozesu luze eta korapilatsua. Intsulina eta beste proteinekin (hazkunde-hormonarekin, esaterako) egiten den bezala, haren sintesia kodetzen duten gene eukariotoak (leukozitoenak) bakterio batean sartzen dira plasmido baten bidez. Bakterio transgeniko horiek industria bioteknologikoen biorreaktoreetan kopuru handitan ekoitziko dute interferona (edo isolatu nahi den giza proteina). Halaber, saguaren hibridomak ingeniaritza genetikoaren bidez ere egokitu dira gizakien antigorputz monoklonalak sortzeko. 2017an, gaixoaren beraren T zeluletako antigeno kimerikoen hartzaileetan ingeniaritza genetikoaren teknikak erabiltzea onartu zuen Estatu Batuetako Elikagai eta Sendagaien Administrazioak (FDA), minbiziaren leuzemia linfoblastiko akutua tratatzeko. Egun, genetikoki diseinatutako birusak garatzen ari dira, oraindik immunitatea eman dezaketenak,  baina sekuentzia infekziosorik ez dutenak.

Ingeniaritza genetikoa giza gaixotasunen animalia ereduak sortzeko ere erabiltzen da. Esaterako, genetikoki eraldatutako saguak dira genetikoki manipulatutako animalia eredu ohikoena. Minbizia (oncomouse), gizentasuna, bihotzeko gaixotasunak, diabetesa, artritisa, substantzien gehiegikeria, antsietatea, zahartzea eta Parkinson gaixotasuna aztertzeko eta modelatzeko erabiltzen dira. Ildo beretik, genetikoki eraldatutako txerriak ere hazi izan dira giza organoen transplanterako.

Gene-terapia gizakien ingeniaritza genetikoa da, oro har, gene akastunak gene eraginkorrekin trukatzean datzana. Hau da, ingeniaritza genetikoak gaixotasun bat sortzen duten geneak aldatzea ahalbidetzen du, kromosometatik gene okerrak kenduz eta gene zuzenak ipiniz. Gene-terapia somatikoa erabiliz, zenbait gaixotasunen ikerketa klinikoa egin da, besteak beste, X kromosomari lotutako SCID-aren, leuzemia linfozitiko kronikoaren (CLL), eta Parkinson gaixotasunaren inguruan. 2012an, Alipogene tiparvovec bihurtu zen erabilera klinikorako onarturiko lehen gene-terapia. 2015ean birus bat erabili zen gene osasuntsu bat sartzeko larruazaleko gaixotasun arraroa (epidermolisis bullosa) zuen mutil baten larruazaleko zeluletan.

Lerro germinaleko terapiak edozein aldaketa heredagarria izatea eragingo luke, eta horrek ezinegona sortu du komunitate zientifikoan. Izan ere, kezka dago ea teknologia-tratamenduetarako erabili beharrean ez ote den erabiliko gizakien itxura, moldagarritasuna, adimena, izaera edo portaera hobetzeko, bai eta aldatzeko ere. Sendatzearen eta hobetzearen arteko muga zedarritzea zaila izan daiteke. 2018ko azaroan, He Jiankui-k iragarri zuen bi giza enbrioren genomak editatu zituela CRISPR sistemaren bidez: GIB birusak zeluletan sartzeko erabiltzen duen hartzailea kodetzen duen CCR5 genea desgaitu zuen. He-k esan zuen bi neska bikik, Luluk eta Nanak, CCR5aren kopia funtzionalak zeramatzatela CCR5 ezinduekin batera (mosaizismoa) eta oraindik GIBaren aurrean zaurgarriak zirela. Lana arriskutsua, ez-etikoa eta goiztiarra zela salatu zen. Beraz, geroztik legeak zehaztu egin dira, eta, egun, lerro germinaletan aldaketak egitea debekatuta dago 40 herrialdetan.

Bestalde, zientzialariek “gene-bultzadak” (ingelesez gene drives) sortzen dituzte eltxoen genomak aldatu eta malariaren aurrean immune bihurtzeko. Horrek guztiak genetikoki eraldatatutako eltxoak eltxo-populazio osora zabaldu eta gaixotasuna desagerraraztea du helburu.

Ikerketa 

Ingeniaritza genetikoa oso tresna garrantzitsua da natura-zientzialarientzat, GEOen sorrera barne, esaterako, geneen analisia egiteko tresnarik baliagarriena bihurtu baita. Hainbat organismoren geneak eta informazio genetikoa bakterio batean sar daiteke eta bertan gorde eta eraldatu, genetikoki eraldatutako bakterioak lortzeko prozesu baten ondoren. Bakterioak merkeak dira, hazteko errazak, klonagarriak, azkar ugaltzen eta erraz transformatzen direnak eta, gainera, ia -80 °C-an gorde daitezke. Gene bat isolatu eta gero, bakterio baten barruan gorde daiteke ikerkuntzarako hornikuntza gisa. Organismoak genetikoki eraldatzen dira gene jakin batzuen funtzioak aztertu ahal izateko. Horien artean aurki dezakegu organismoaren fenotipoan geneak eduki dezakeen funtzioa, non adierazten den genea edota zein beste generekin elkarrekiten duen. Horrela, ikerketa mota horietan funtzioaren galera edota irabazia, eta adierazpen-aldaketa aztertzen dira.

 Funtzioaren galeraren ikerketetan (gene baten knock out motako ikerketetan adibidez), organismoa gene jakin baten edo batzuen aktibitatea galtzeko eraldatzen dira organismoak. Knock out ikerketa sinple batean, intereseko genearen kopia bat aldatu egiten da ez-funtzional bihurtzeko. Zehazki, enbrioiaren zelula ametan txertatzen da gene eraldatua eta, horrela, berezko gene funtzionala ordezkatzen du. Zelula ama horiek blastozistoan aurki daitezke eta horiek ordezko ametan txertatzen dituzte. Prozesu horrek ikerlariari ahalbidetzen dio mutazioak sortutako akatsen azterketa egitea eta, hortaz, bai gene jakinen funtzioa zehazteko ere. Garapenaren Biologiako arloan oso ohikoa da ikerketa mota hau egitea.
 Funtzio-irabaziaren ikerketetan (knock out ikerketen aurkakoa). Batzuetan, knock out ikerketekin batera egiten dira, intereseko genearen funtzioa modu zehatzagoan definitu ahal izateko. Prozesua knock out ingeniaritzako prozesuaren oso antzekoa da, baina kasu honetan helburua genearen funtzioaren irabazia egitea da eta, horretarako, genearen kopia gehiago sartu ohi dira edota genearen adierazpena eragiten da. Mota honetako ikerketak funtzio jakin bat egiteko proteina bakar bat nahikoa den ala ez jakiteko egiten dira, baina beti ez da beharrezkoa izaten proteina, batez ere, erredundantzia genetiko edota funtzionala gertatzen denean.
 Miaketa-azterketek intereseko proteinaren kokapenaren eta haren elkarrekintzen inguruko informazioa ahalbidetzen dute. Analisia aurrera eramateko modu bat gene basatia fusio-gene batekin ordezkatzea da, gene basatiaren alborakuntza  dena. Zehazki, fluoreszentzia berdeko proteina (ingelesez GFP) bezalako elementu bat eraman ohi du gene berriak eta horrek eraldaketa genetikoaren ondorioz sortutako produktuak erraz identifikatzea ahalbidetzen du. Hala ere, aipatutako teknika erabilgarria den arren, manipulazioaren ondorioz, genearen funtzioa desegin daiteke eta, orduan, efektu ez-desiragarriak sor daitezke, baita ikerketako emaitza zalantzagarriak ere. Horregatik, teknika berriak garatzen ari dira proteinaren azterketa egin ahal izateko, baina haren berezko funtzioa arindu gabe; horren adibide da, esaterako, antigorputz monoklonaletan lotze-motibo bezala balioko duten sekuentzia txikien gehikuntza.
 Adierazpenaren azterketen helburua da proteina jakinak non eta noiz sortzen diren aztertzea. Proteina kodetzen duen DNAren aurreko DNA sekuentzia, sustatzailearen sekuentzia alegia, berriro txertatuko da organismo batean; dena den, kasu honetan GFP edo tindagai baten genea ere txertatuko da proteina kodetzeko gunearen ondoren. Horrela, proteina sortzen den lekua eta denbora azter daitezke. Gainera, sustatzailea ere eralda daiteke adierazpen egokian beharrezkoak diren eta transkripzio-faktore diren proteinak batzen diren geneak identifikatzeko; azken prozesu horri sustatzaileen saialdi deritzo.

Industria 
Organismo bateko zelulak eralda daitezke proteina jakin bat adierazteko, esate baterako, entzima bat adierazteko eta, horrela, intereseko proteina gainadierazi egingo da. Ondoren, eraldaturiko organismoa biorreaktore batean haziz, proteinaren kantitate handiak ekoitz daitezke. Biorreaktorean hartzidura industrial deritzon prozesua gertatuko da, eta, ondoren, proteinaren purifikazioa egingo da. Zenbait genek ez dute ondo lan egiten bakterioen barnean; beraz, legamia-, intsektu- edo ugaztun-zelulak erabil daitezke. Aipaturiko teknikaren bidez, zenbait gauza egin daitezke. Hasteko, farmakoak ekoizteko balio du, hala nola intsulina, giza hazkunde-hormona eta txertoak ekoizteko. Txertoei dagokienez, mikrobio osoak (birusak, bakterioak) erabili ahal dira (hilda edo motelduta), edo soilik mikrobioaren antigenoak, erantzun immunea eragiten dutenak. B hepatitis birusaren txertoak, adibidez, birus horren estalkiaren antigenoak besterik ez ditu. Ingeniaritza genetikoaren bidez birusaren estalki-antigenoen geneak klonatu eta adierazi egin daitezke bakterioetan. Hala, antigeno horiek kopuru handietan ekoizten dira biorreaktoreetan. Bestalde, janaria, erregaiak edo elikadura-osagarriak ekoizteko ere, esaterako, triptofanoa, erabiltzen da aipaturiko teknika. Beste aplikazio bat da genetikoki eraldaturiko bakterioek beren ziklo naturaletik kanpo dauden prozesuetan parte har dezaten eragitea, esate baterako, biorregaien sorkuntzan, olio-orbainen, karbonoaren eta beste batzuen hondakinen garbiketan, edo ur edangarriko artsenikoaren detekzioan. Genetikoki eraldaturiko zenbait mikroorganismo biorremediatzean eta biominingen erabil daitezke. Mikroorganismo horiek aproposak dira metal astunak ingurunetik hartu eta beste konposatu batzuetan txertatzeko gaitasuna dutelako. Horrek badu, nolabait, abantaila bat: azken konposatuak askoz errazago berreskuratzen dira.

Materialen zientzian, genetikoki eraldatutako birusa ikerketa-laborategi batean erabili da litio-ioizko bateria ekologiko bat muntatzeko aldamio gisa  Azkenik, bakterioak ingurumen-baldintza jakin batzuen pean adierazten den proteina baten detektore gisa ere erabili dira.

Nekazaritza 
Ingeniaritza genetikoaren aplikazio ezagunetarikoa eta eztabadaigarrienetarikoa da genetikoki eraldatutako laboreak edo animaliak sortu, eta janari transgenikoak sortzeko erabiltzea. Izan ere, laboreak garatu dira, besteak beste, ekoizpena handitzeko, tentsio abiotikoekiko tolerantzia handitzeko, elikagaien konposizioa aldatzeko eta produktu berriak ekoizteko.

Eskala handian merkaturatutako lehen laboreek intsektu-izurrien kontrako babesa eta herbizidekiko tolerantzia eman zuten. Onddo eta birusekiko erresistenteak diren laboreak ere garatu dira, edo garapen bidean daude. Ingeniaritza genetikoaren bitartez landareek herbizidekiko edo intsektuekiko duten erresistentzia apurra nabarmen areagotu daiteke. Herbiziden kasuan, adibidez, bakterio batzuek berezko erresistentzia garatu dute molekula horiekiko. Erresistentzia kodetzen duten geneak Agrobacterium generoko bakterioetara pasatzen dira (Agrobacterium landareen parasitoa da). Agrobacteriumek landarea infektatzen duenean, herbizidekiko erresistentzia transferitzen dio landareari. Halaber, intsektuekiko erresistentziari dagokionez, intsektuak hiltzen dituen bakterio baten toxinaren geneak (Bacillus thuringiensisarenak) klonatu egiten dira landareetan plasmido bat bektore moduan erabiliz. Modu horretan, intsektuen aurreko erresistentzia lortu duten kotoi- eta patata-landare ugari hazi dituzte AEBen. Horrek guztiak laboreetako intsektu eta belar gaiztoen kudeaketa errazten du eta, zeharkako bide batez, laboreen ekoizpena handitzen laguntzen du. Gainera, garapen bidean daude modu zuzenean ekoizpena handitzen duten labore transgenikoak ere. Horretarako, laborategiek labore horien hazkundea azkartzen dute edo landarea erresistenteago egiten dute, hau da, gatzekiko, hotzarekiko edo lehorteekiko tolerantzia hobetzen dute. Bestalde, 2016. urtean izokinak eraldatu ziren genetikoki hazkunde-hormona gehiago izateko eta, horrela, helduen tamaina azkarrago lortzeko.

Horrez gain, nekazaritza-produktuen kalitatea aldatzen duten GEOak garatu dira; horrela, produktu horien nutrizio-balioa igotzea eta industriarako erabilgarriagoak izan daitezkeen ezaugarriak eta kantitateak eskuratzea lortu da. Esaterako, Amflora izeneko patatak industriarako erabilgarriagoa den almidoien nahasketa ekoizten du. Ildo beretik, soja eta koltza genetikoki eraldatu dira olio osasuntsuagoak ekoitz ditzaten. Merkaturatutako lehen elikagai transgenikoa tomate-barietate bat izan zen, heltze-prozesua atzeratuta zeukana. Ondorioz, tomate horren bizitza luzeagoa zen.

Hainbat animalia eta landare transgeniko diseinatu dira normalean ekoizten ez dituzten produktuak lortzeko. Adibidez, nekazaritza molekularrean animaliak eta laboreak erabiltzen dira biorreaktore gisa, txertoak, medikamentuen bitartekariak edota medikamentuak lortzeko. Esate baterako, behiak eta ahuntzak diseinatu dira esnean medikamentuak eta beste proteina batzuk adierazteko. Ez hori bakarrik, 2009. urtean FDAk ahuntzen esnean ekoitzitako medikamentu bat onetsi zuen.

Beste aplikazio batzuk 
Ingeniaritza genetikoak ingurune naturalen kontzerbaziorako aplikazioak izan ditzake. Esaterako, geneen birus bektoreen bidezko transferentzia proposatu da espezie inbaditzaileen kontrol gisa, bai eta gaixotasunak pairatzeko arriskuan dauden espezieak babesteko txertoak egiteko ere. Zuhaitz transgenikoak landatu dira naturan dauden zenbait patogenoren aurkako erresistentzia eskuratzeko. Organismoak gero eta arazo gehiago dituzte ingurunera moldatzeko, klima-aldaketaren eta beste zenbait asalduraren ondorioz. Geneen eraldaketa irtenbide bat izan daiteke adaptazioa errazteko, eta horrela, espezieen suntsipena gertatzeko aukerak murrizteko. Kontsenbazioarekin lotuta dauden ingeniaritza genetikoaren aplikazioak teorikoak dira eta oraindik ez dira martxan jarri.

Ildo beretik, ingeniaritza genetikoa arte mikrobianoa eratzeko ere erabiltzen da. Zenbait bakterio genetikoki eraldatzen dira argazki zuri-beltzak eratzeko.

Erregulazioa 
Ingeniaritza genetikoaren erregulazioa GEOen garapenaren eta erabileraren inguruan gobernuek hartzen dituzten neurri eta arriskuez arduratzen da.  1975. urtean hasi zen garatzen gai honen inguruko erregulazio-markoa, Californian, Asimolar-en, hain zuzen ere. Asimolar-ko bilkuran birkonbinazioaren teknologikoari buruzko borondatezko gidak gomendatu zituzten. Teknologiak aurrera egin ahala, Ameriketako Estatu Batuetan (AEB) Zientzia eta Teknologiaren Politika Bulegoa sortu zen, genetikoki eraldatutako elikagaien inguruko erregulazioa bermatzeko Estatu Batuetako Nekazaritza Sailarekin, Elikagaien eta Sendagaien Administrazioarekin eta Ingurumen Babesaren Agentziarekin batera. Kartagenako Biosegurtasuneko Protokoloa 2000ko urtarrilaren 29an sinatu zen, GEOen lanketa eta erabilera biltzen zuen nazioarteko hitzarmen gisa. 157 herrialde dira protokolo horren parte eta horietako askok herrialde mailako erregulazioak zehazteko erabili ohi dute protokoloa.

Genetikoki eraldatutako elikagaien lege-erregulazioa ezberdina da herrialdearen arabera, eta batzuetan debekatuta dauden arren, beste batzuetan haien erabilera baimenduta dago, maila ezberdinetan bada ere. Herrialde batzuek genetikoki eraldatutako elikagaien inportazioa onartzen dute, baina ez, ordea, haien laborantza (Errusia, Norbegia edota Israel). Beste herrialde batzuetan, Japonian edota Hego Korean esaterako, genetikoki eraldatutako elikagaien ereinketa aurreikusten dute, baina oraindik ez da ekoitzi genetikoki eraldatutako produkturik. Beste herrialde batzuetan, berriz, nahiz eta GEOen ereinketa ez onartu, haien inguruko ikerketa onartzen da. Erregulazio horren inguruko desadostasunik nabarienak AEBen eta Europaren artekoak dira, AEBko politikak produktua du ardatz prozesua gabe, eta egiaztagarriak diren arrisku zientifikoak bakarrik hartzen ditu kontuan; hortaz, funtsezko baliokidetasun kontzeptua erabiltzen du. Europar Batasunean, ordea, munduko erregulaziorik zorrotzena dago indarrean GEOen inguruan. Hala sortutako produktu guztiak “elikagai berritzat” hartzen dira eta, hortaz, azterketa sakon bat egiten zaie, kasuz kasu, Elikagaien Segurtasun Agintaritza Europarraren eskutik. Baimena emateko irizpideak lau taldetan banatzen dira: segurtasuna, aukeratze-askatasuna, etiketatzea eta trazabilitatea. Gainontzeko herrialdeen GEOen gaineko erregulazioa Europarenaren eta AEBenaren artean kokatzen da.

Erregulatzaileak arduratzen dituen gakoa da, esaterako, genetikoki eraldatutako produktuen etiketatzea. Europar Batasunaren arabera, beharrezkoak dira bai etiketa eta bai trazabilitatea ere, aukeraketa egiteko unean beharrezkoa den informazio guztia edukitzeko, datu faltsuak ekiditeko eta merkatutik produktuen kanporaketa errazteko, erosleen osasunean edota ingurumenean kalterik eraginez gero. Ameriketako Medikuen Elkartearen  eta Zientziaren Garapenerako Ameriketako Elkartearen ustetan, produktuak kaltegarriak direla erakusten duten datu zientifikorik egon ezean, borondatezko etiketatzeak ere erosleak faltsuki arduratuko ditu. GEO produktuak etiketatzea beharrezkoa da 64 herrialdetan. Etiketatze hori nahitaezkoa izan daiteke genetikoki eraldatutako eduki mailaren atalase bateraino edota borondatezkoa. Kanada eta AEBn, esaterako, guztiz borondatezkoa da genetiko eraldatutako janariaren etiketatzea, baina Europan nahitaezkoa da janari orok, baita GEOren kantitatea % 0,9koa baino handiagoa duen pentsu orok ere, etiketa eramatea.

Eztabaida etikoak 
Kritikoek hainbat arrazoirengatik egin dute ingeniaritza genetikoaren erabileraren aurka, kezka etikoak, ekologikoak eta ekonomikoak barne. Kezka horietako asko laborantza transgenikoekin eta horren bidez ekoitzitako elikagaiak seguruak izatearekin lotuta daude, baita laborantzak ingurugiroan duen inpaktuarekin ere. Eztabaida horiek liskarrak, nazioarteko tirabira ekonomikoak eta protestak eragin dituzte, eta herrialde batzuetan merkataritza-produktuen erregulazio murriztaileak ere bai.

Zientzialariak “jainko izatera jolasten ari direla” dioten akusazioak eta beste auzi erlijioso batzuk hasieratik leporatu izan zaizkio teknologiari. Planteatutako bestelako auzi etikoek biziaren patentazioa, jabetza intelektualeko eskubideen erabilera, produktuen etiketa maila, elikagaien horniketaren kontrola  eta prozesu erregulatzailearen objektibotasuna biltzen dituzte. Zalantzak sortu badira ere, ikerketa gehienek ondorioztatu dute landare transgenikoen laborantzak nekazarientzako ekonomikoki onuragarriak direla.   

Labore transgenikoen eta landare bateragarrien arteko gene-fluxuak, herbizida selektiboen erabilera handiagoarekin batera, gehiegizko sasitzaren garapenaren arriskua areagotu dezake. Beste ingurumen-kezka batzuek xede ez diren organismoetan ere izan dezakete eragina, lurzoru-mikroorganismoetan eta bigarren mailako izurrite erresistenteen areagotzean, besteak beste. Transgenikoen laborantzekin lotutako ingurumen-inpaktu ugari ulertzeko, urte asko pasa behar izaten dira.  Esate baterako, genetikoki eraldatutako arrainen komertzializazioarekin, ihes eginez gero etorkizunean sor ditzaketen ingurumen-ondorioen gaineko kezkak piztu dira. Gaur egun, esaterako, genetikoki eraldatutako arrainen komertzializazioaren inguruko kezkak piztu dira; izan ere, ez dago argi zeintzuk izan daitezkeen ingurumenerako ondorioak, horiek ihes egiten badute.

Genetikoki eraldatutako elikagaien segurtasunaren inguruan hiru kezka nagusi daude: erreakzio alergikoren bat sor dezaketen ala ez; ea geneak elikagaietatik giza zeluletara transferi daitezkeen; eta giza kontsumorako onarturik ez dauden geneak beste laboreekin nahas daitezkeen ala ez (194).  Adostasun zientifikoa dago egun kultibo transgenikoetatik datozen elikagai eskuragarriek giza osasunerako ohiko produktuek baino arrisku handiagorik ez dakartela onartzeko orduan, bai eta elikagai transgeniko bakoitza merkaturatu aurretik kasuan kasu probatu behar dela onartzeko ere. Hala ere, ohikoagoa da elikagai transgenikoak segurutzat hartzea zientzialarien artean biztanle arrunten artean baino.

Erreferentziak

Ikus, gainera 
 Bioingeniaritza
 Transkripzio (genetika)
 Transhumanismo

Kanpo estekak 

Ingeniaritza genetikoa
Sortzen ari den teknologia