Không có một lĩnh vực nào của công nghệ sinh học thực nghiệm lại phát triển nhanh chóng như công nghệ di truyền (genetic engineering) hay còn gọi là công nghệ DNA tái tổ hợp (recombinant DNA technology), cũng không có một lĩnh vực nào khác có thể đưa ra nhiều loại sản phẩm mới và hữu ích đến như vậy. Hiện tại, hàng chục công ty đang tiếp thị 15 loại sản phẩm của công nghệ di truyền và đã mang lại doanh thu 1,5 tỷ đô la vào năm 1991. Nguyên lý cơ bản của công nghệ này là thao tác có định hướng và có chủ ý (đưa vào hoặc loại bỏ) DNA và các loại nguyên liệu di truyền khác nhằm làm thay đổi đặc tính di truyền của cơ thể sinh vật.
Hầu hết các kỹ thuật đều bắt đầu bằng sự lựa chọn một gen mong muốn, tiếp theo là phân lập nó và cắt nó bằng các enzyme hạn chế. Gen này được gắn vào một vector tạo dòng (plasmid) và sau đó đưa vào một vật chủ, ở đó nó sẽ được dịch mã thành một protein đặc biệt.
1. Các vi sinh vật tái tổ hợp
Một trong những ứng dụng đầu tiên của công nghệ di truyền là tạo ra một chủng Pseudomonas syringae. Chủng hoang dại (wild type) của vi khuẩn này thông thường chứa một gen tạo băng, gen này kích thích sự tạo băng trên các bề mặt lạnh và ẩm. Sự biến đổi gen này tạo ra một thể tái tổ hợp có khả năng ngăn ngừa sự tạo thành băng giá (frost). Được tạo ra dưới tên gọi là Frostban, vi khuẩn này đã mang lại một thành công khiêm tốn trong việc chống lại việc tạo thành băng giá trên các cây dâu tây và khoai tây ngoài đồng ruộng. Trong một thí nghiệm khác, một chủng virus có khả năng diệt sâu đo bắp cải được thả vào một thửa ruộng bắp cải. Nó đã được thiết kế để có thể tự phá hủy sau một thời kỳ nhất định. Pseudomonas fluorescens đã được tái tổ hợp với các gene sản sinh chất diệt côn trùng sinh học Bacillus thuringiensis. Các vi khuẩn này được thả vào đất, chúng sẽ bám vào rễ và giúp tiêu diệt các côn trùng đang tấn công.
Nói chung, mọi sự giải phóng các thể tái tổ hợp vào môi trường đều phải được cáccơ quan bảo vệ môi trường chuẩn y và được giám sát chặt chẽ. Đến nay, nhiều nghiên cứu đã cho thấy các vi sinh vật này không sống sót hoặc sinh sôi trong môi trường và chắc chắn không gây ra nhiều hiểm họa. Các virus được thiết kế di truyền đặc biệt có ích trong các ứng dụng y học, chẳng hạn để sản xuất vaccine.
2. Các ứng dụng trong công nghệ vi sinh
Một điều làm công nghệ di truyền trở nên đặc biệt hấp dẫn là các kỹ thuật của nó có thể kết hợp với các kỹ thuật của công nghệ lên men để sản xuất ra những số lượng lớn các chất giống kháng sinh hoặc steroid. Hầu hết các protein tái tổ hợp đang bán trên thị trường hiện nay đều rất hữu ích trong y học. Sau đây là một số trong các sản phẩm này:
- Insulin, chất thay thế hormone dùng trong điều trị bệnh tiểu đường type I.
- Hormone sinh trưởng của người, được sử dụng để điều trị những trẻ em bị bệnh lùn hoặc bệnh già trước tuổi.
- Interferone, một chất miễn dịch được sử dụng để điều trị một số loại ung thư, viêm gan mạn tính.
- Interleukin-2, một chất hoạt hóa tế bào T và B được dùng trong điều trị ung thư.
- Eurithropoietin (EPO), một chất kích thích các tế bào tủy sống sinh hồng cầu, dùng để điều trị một số bệnh thiếu máu.
- Nhân tố hoạt hóa plasminogen của mô (TPA), một enzyme tham gia vào quá trình làm tan các cục máu đông.
- Nhân tố VIII, một protein gây đông máu cho những người ưa chảy máu.