Биотехнологија је коришћење живих организама, њихових делова или продуката за прављење или модификовање производа или процеса корисних људима. Она налази примену у производњи хране, лекова, заштити животне средине и др. Биотехнологија обухвата традиционалну биотехнологију и савремену биотехнологију, засновану на генетичком инжењерству и клонирању.

Традиционална биотехнологија обухвата селекцију и оплемењивање биљака и животиња, као и коришћење бактерија и гљива за производњу хране, антибиотика и др. Најранији облици биотехнологије везују се за почетке гајења биљака и животиња и производње хране, пре више од 10 000 година. Од самих почетака развоја пољопривреде, човек је одабирао и селективно укрштао само јединке са жељеним особинама и на тај начин је мењао њихову генетичку структуру. Стотинама година су у употреби бактерије и гљиве у производњи хлеба, алкохолних и млечних производа (сира, јогурта), киселог купуса и др. Производња хлеба и пива помоћу квасца je била позната још пре 8000 година.

Генетичко инжењерство (технологија рекомбинантне ДНК) обухвата методе вештачког формирања нових комбинација наследног материјала, манипулисањем појединачним генима. То се остварује преношењем наследног материјала из једног организма у други директно или преко преносилаца, плазмида и вируса. Тако настају такозвани трансгени организми, организми са специфичном комбинацијом гена која у природи не постоји, а њихова ДНК се назива рекомбинована ДНК.

Технике генетичког инжењерства налазе примену у научним истраживањима, медицини, фармацији, пољопривреди, заштити животне средине (биоремедијација) и многим индустријским гранама.

Многи медицински и фармацеутски важни производи добијају се из генетички модификованих организама (најчешће бактерија) који носе људске гене, чији се продукти желе добити. Тиме се призводи ових гена добијају у много већој количини, често и много исплативије него на било који други начин. Ово су примери само неких протеина, који се на овај начин добијају:

• Инсулин, који се користи у лечењу дијабетеса (први протеин добијен генетичким инжењерством);
• Ткивни активатор плазминогена, који се користи у лечењу болести срца и крвних судова;
• Хормон раста, који се примењује код особа код којих се овај хормон не синтетише у довољној мери;
• Интерферони, који имају важну улогу у имунском одговору и користе се у лечењу низа болести изазваних вирусима (као што су сида, хеморагична грозница, хепатитис Б и Ц и др.);
• Антитромбин, који се користи за спречавање згрушавања крви код особа које су доживеле или су у ризику да доживе зачепљење крвних судова угрушком;
• Серум албумин, најзаступљенији протеин крвне плазме, који транспортује хормоне, масне киселине, лекове и др;
• Нови антибиотици;
• Вакцине, које се користе за превенцију болести као што су: грип, лајмска грозница, хепатитис Б и др.

Најновија истраживања указују да ће бити могуће користити и трансгене биљке које би имале ефекат вакцина, односно носиле би у себи антигене који би изазивали имунски одговор код људи који их једу. Овакав пример „јестивих вакцина” већ је добијен у случају модификованих банана против хепатитиса Б.

Веома важан аспект примене биотехнологије је откривање гена чије промене доводе до развоја болести, што се може применити у дијагностификовању, спречавању или лечењу неких болести. Генска терапија обухвата низ техника и поступака за прекомпоновање постојећих гена и уношење исправних копија, који би заменили мутиране гене, узрочнике болести. Циљ генске терапије је трајно излечење и за сада се примењује у лечењу болести које су изазване мутацијама у једном гену (као што су неке болести крви и имунског система, метаболичке болести, неке врсте слепила и др). Научници испитују могућности лечења и ненанследних болести као што су карцином и сида.

Добијање биочелика је још један је од примера примене битехнологије у медицинске сврхе. Наиме, протеинска влакна овог изузетно отпорног материјала користе се у изради ортопедских помагала (вештачке тетиве, лигаменти, кукови), мада налази примену и у астронаутици и војној индустрији. Ова протеинска влакна, добијају се упредањем паучинастих нити, које се стварају у млеку трансгених коза. Козе, добијене генетичким инжењерством, носе ген паука за синтезу ових свилених нити.

Веома значајно је и добијање генетички модификованих биљака, са жељеним својствима, с циљем повећања производње или побољшања квалитета гајених биљака. Уношењем страних гена добијају се трансгене биљке отпорне на различите болести, инсекте, мраз, сушу, пестициде, добијају се и биљке које дају веће приносе, имају већу нутритивну вредност, раније сазревају, спорије труле и др. На тај начин се смањује примена ђубрива, пестицида и других хемијских препарата, који контаминирају животну средину и храну и штетно делују на здравље људи. Ово су примери неких трансгених биљака:

• трансгене биљке отпорне на инсекте којима је убачен бактеријски БТ ген. Овај ген је одговоран за синтезу протеина који су отровни за инсекте;
• трансгене врсте кромпира и дувана, толерантне на ниске температуре, које носе тзв. антифриз ген, из риба северних мора;
• „златни пиринач” са повећаним садржајем бета каротена (једињења из кога се добија витамин А);
• пиринач који је отпоран на салинитет и који може да расте у води сланијој од морске;
• парадајз продужене свежине плодa.

Добијање трансгених животиња је много компликованије, у односу на добијање трансгених биљака. Биотехнологија животиња се спроводи са циљем добијања животиња са побољшаним или новим, економски значајним, својствима као што су овце са квалитетнијом вуном, свиње са мање масног ткива, више мишићне масе, већа производња јаја, отпорност на болести и др.

Трансгене животиње се користе у медицинским истраживањима, посебно за испитивање деловања лекова или за изучавање молекуларних основа болести.

С друге стране, добијање неких трансгених животиња има за циљ производњу жељених протеина или добијање ткива или органа који се пресађују из једне врсте организама у другу (тзв. ксенотрансплантата). Тако су добијене трансгене краве које производе млеко са људским протеинима или млеко без лактозе. Трансгене козе и краве користе се за добијање хуманих протеина који се користе као лекови (хормон раста, антитромбин...) или већ поменуте трансгене козе које синтетишу паучинасте нити за добијање биочелика. Произведена је посебна врста трансгених свиња које би се користиле за трансплантацију органа, који се не би одбацивали.

Биотехнологија се у прехрамбеној индустрији, између осталог, примењује за производњу једињења која се додају намирницама или сточној храни, са циљем повећања њихове хранљиве вредности. То су различити витамини (Ц, Б2, Б12...), амино киселине, ензими, средства која доприносе повећању сласти (као што је кукурузни сируп са високим садржајем фруктозе) и др.

Ова област примене биотехнологије укључује коришћење трансгених микроорганизама, тачније њихових продуката ензима, за добијање детерџената, папира и целулозе, текстила, биогорива, биопластике и многих других хемијских средстава.

Коришћењем биогорива, као обновљивих извора енергије, индустријска биотехнологија доприноси смањењу емисије штетних гасова и ефекта стаклене баште.

Биоремедијација је коришћење живих бића (биљака, гљива, а најчешће бактерија) за пречишћавање подручја загађених органским отпадом, радијацијом, тешким металима, пестицидима, пластиком и др. Микроорганизми добијени генетичким инжењерством стварају протеине потребне за разградњу загађујућих материја или су показатељ нивоа загађености средине.

Занимљив је пример једне врсте бактерије (Deinococcus radiodurans), отпорне на радијацију, која је генетички модификована тако да разлаже једињења из радиоактивног нуклеарног отпада.

Биљке и микроорганизми се користе и за екстракцију неких метала, као што су бакар, олово, никал и злато, из јаловине рудника. Тиме се уједно врши и ревитализација земљишта. Добијене су и неке ГМО биљке које такође могу да отклањају загађујуће материје из земљишта, као што је на пример сунцокрет који узима олово из земљишта.

Добијање биоразградиве пластике је важан аспект примене биотехнологије у заштити животне средине. Овакву пластику производе бактерије и трансгене биљке. Један такав пример је полимер полихидроксиалканоат - ПХA, који има широку примену. За разлику од већине биоразградивих пластичних материјала, који се могу само делимично разложити, овај полимер жива бића разлажу у потпуности.

Биотехнологија има потенцијал решавања многих важних проблема савременог друштва као што су проблем глади, неухрањености, очувања животне средине и др., са перспективом даљег развоја, како се и научна знања буду развијала. Са друге стране, примена техника савремене биотехнологије повезана је са низом здравствених, еколошких, етичких и других проблема. Навешћемо само неке од њих.

Узгајање трансгених биљака представља потенцијалну опасност по животну средину. Наиме, полен трансгених биљака (који су производ човека и као такве не постоје у природи) може доспети у околне екосистеме и постоји опасност укрштања трансгених биљака са сродним врстама из природних екосистема. На тај начин би се вештачки унети гени могли проширити и у природним екосистемима и довести до стварања нових, такозваних суперкорова, који би се тешко контролисали. Трансгене биљке, које синтетишу инсектицидне материје, могу довести до угинућа и неких корисних инсеката, на пример пчела. Ово су само неке од негативних последица гајења трансгених биљака, које могу довести до смањења биодиверзитета и озбиљног нарушавања еколошке равнотеже.

Многобројним тестирањима је потврђено да конзумирање хране добијене из трансгених биљака, код неких људи, може изазавати алергијске реакције.

Стога је у многим земљама гајење трансгених биљака законски регулисано, а производи који садрже генетички модификоване организме морају бити посебно обележени.

Примена генске терапије у лечењу људи има и своја техничка ограничења, као што је проблем да се ген убаци на тачно одређено место, прецизна контрола његове активности, недовољно познавање утицаја убаченог гена на остале ћелијске функције и др. Све ово може довести до озбиљних последица по здравље људи. Да ли треба мењати гене у ембрионалним ћелијама и под којим околностима? У многим земљама је забрањено манипулисање генима у ембрионима и полним ћелијама. Крајем 2018. године први пут су рођене бебе којима су измењени гени још током вештачке оплодње, по тврђењу научника који је радио на тим ембрионима, са циљем заштите од вируса ХИВ-а.