Биотехнология ғылымының бастауы – гендік инженерияның пайда болуы мен дамуы
Молекулалық генетика мен молекулалық биологияның қол жеткен табыстарының негізінде биология ғылымының жаңа бір саласы – гендік инженерия қалыптасты.
Бұл ғылымның мақсаты – іс-тәжірибелер мен теория үшін қажетті генетикалық бағдарламаның жобасын жасап, оны тірі организмге енгізу. Мұндай тәсіл тіршілікті меңгеруде жаңа мүмкіндіктер туғызады.
Гендік инженерияның көздеген мақсаты мен зерттеу әдістеріне байланысты мынандай деңгейлерін ажыратуға болады:
1) молекулалық (геннің құрамды бөліктерін зерттеу);
2) гендік;
3) хромосомдық;
4) жасушалық;
5) ұлпалық;
6) ағзалық (организмдік);
7) популяциялық.
Басқа биологиялық ғылымдар сияқты генетикалық инженерияның да даму тарихы бар. Бұл саладағы алғашқы зерттеулердің қатарына Н.П.Дубининнің (1934 ж.) дрозофила шыбындарының хромосом санын өзгерту бағытында жүргізген жұмыстары жатады. Ол рентген сәулелерімен әсер ету жолымен хромосома санын өзгертуге болатындығын анықтады.
1956
жылы Е.Сире рентген сәулесінің көмегімен
өңделген жабайы эгилопс өсімдігі
жапырағының сары дақ ауруына төзімділігін
анықтайтын генін, жұмсақ бидайдың
хромосомасына апарып салған. 
Нәтижесінде
жұмсақ бидайдың сары дақ ауруына төзімді
формасы алынған.
ДНҚ құрамынан жеке генді бөліп алу жұмысы тұңғыш рет 1969 жылы Дж. Беквиттің зертханасында жүргізілді. Ол Е.СоІі бактериясынан лактозалық оперон тобына жататын гендерді бөліп шығарды.
Гендік инженерия немесе шет елдік әдебиеттердегі терминология бойынша – “ДНҚ-ның рекомбинантты молекулаларымен жұмыс істеу”, ХХ ғасырдың 70-жылдарында, молекулярлық биологияның дүниеге келуі және қалыптасуының нәтижесінде пайда болған жаңа экспериментальды техника. Бұның негізгі мәні – ДНҚ молекуласының, қатаң тәртіпте, белгілі бір бөлімшесінің бөлшектенуі (фрагменттенуі) және ДНҚ-ның жаңа рекомбинантты молекуласының in vitro жағдайда түзілетіндей болып, сол бөліктерінің бір-бірімен қосылуында. Бөлшектелген бөліктері қалай болса солай қыстырылып, полинуклеотидтердің ішіне енуі мүмкін, өйткені жасушалар ферменті оны есептеудің тек басы мен аяғында берілетін сигналдары арқылы хабардар болса, сигналдардың берілу аралықтарында, нуклеотидтердің бір ізділігінен бейхабар болады. Мұндай техникалық жағдайдың организмдердің түрі мен туысына байланысты шегі болмайды, өйткені ДНҚ барлық тірі индивидуумдарда біртектес келеді. Мұның өзі қазір іс жүзінде қиындық келтірмейді деген сөз.
1971 жылы В.А. Струнников ген және хромосома деңгейіндегі генетикалық инженерия әдістерін жібек құртында пайдаланды.
1972 жылы америка оқымыстысы П. Берг маймылдың онкогенді вирусының, бактериофагтың және Е.СоІі бактериясы геномдарының түрлі бөліктерін біріктіру арқылы рекомбинантты ДНҚ алды. Міне, дәл осы зерттеу жұмысынан кейін, гендік инженерия әдісі – биотехнология ғылымындағы болашағы үлкен сала ретінде жақсы қалыптаса бастады деп айтуға болады. Бірақ, мұндай құрастырмалы ДНҚ-ның функционалдық активтілігі әрі қарай зерттелген жоқ еді, себебі мұндай жолмен адам өміріне қауіпті бактериялар алынуы мүмкін деген күдік туды. Кейінірек зиянды зардаптары жоқ рекомбинантты ДНҚ алудың жаңа тәсілдері табылды.
Қызметі жағынан активті, гибридті ДНҚ молекуласын ең бірінші болып 1974 жылы С. Коэн, Д. Хелинский, Г. Бойер алды. Олар құрамына әртүрлі бактериялардың, құрбақа ооцитінің, теңіз кірпісі, тышқан митохондриясы ДНҚ-ның фрагменттері енетін «химерлі» плазмидтерді құрастырып шығарды. Оларды трансформация жолымен бактерия жасушасына енгізу арқылы, онда жоғары сатыдағы организмдер ДНҚ-на тән транкрипция құбылысын жүргізуге мүмкіндік туылды. Кейінірек активті қызмет атқаратын рекомбинантты ДНҚ-ын Кеңес Одағы ғалымдары С.И. Алиханян мен А. А. Баст құрастырды.
Жасуша деңгейінде жүргізілетін жұмыстардың ішінде сомалық жасушаларды гибридизациялау әдісі кеңінен қолданылады. 1960 жылы Ж. Барский жануарлардың сомалық жасушалары бір-бірімен қосылысуға, яғни екі жасушадағы генетикалық информация бірігуге қабілетті екендігін көрсетті.
К. Гржешик (1973 ж.) көп жыл бойы зертханада жүргізген тәжірибелерінің нәтижесінде, денелік (сомалық) жасушалардың түр ішіндік және түр аралық гибридтерін алды.
Денелік жасушаларды гибридтеу өсімдіктерге де жүргізілді. Темекі, сәбіз, қызанақ сияқты өсімдіктердің жеке протопластарынан жасуша қабықшасы регенерацияланып, каллус түзілгеннен кейін тұтас өсімдік қалыптаса алатындығы анықталды. Осы тұрғыдан көптеген зерттеушілер протопластарды бөтен генетикалық информацияны қабылдайтын жақсы реципиент және денелік жасушаларды будандастыру үшін қолайлы материал деп біледі.
1953 ж. АҚШ ғалымы Джеймс Уотсон мен ағылшын физигі Фрэнсис Крик ДНҚ-ның қрылымын зерттей келе, тұңғыш рет оның шиыршықталып келген екі спираль тәрізді пішіндегі нобайын жасаған. Бұлар өз жұмыстарында Морис Уилкинс және Розалинда Франклиннің (Ұлыбритания) ДНҚ-ның рентгенді құрылысына сараптама жасау және Эрвин Чаргаффтың (АҚШ) ДНҚ-ның нуклеотидті құрамы жөніндегі мәліметтеріне сүйенді. Мұндағы нуклеин қышқылдарындағы негізгі «құрылыс материалдары» мононуклеотидтер болып табылатын. Әрбір мононуклеотид бір азотты негізден (пуринді немесе пиримидинді), пентозадан, және фосфат қалдығынан құралған. Оған моншақ тәрізді «орналастырылған» 4 типті нуклеотидтер (аденин-А, тимин-Т, гуанин-Г және цитозин-Ц) қатал түрде белгіленген тәртіп бойынша орналастырылған және бір-бірімен жұп құрады. Аденин тек тиминмен жұп құрса, гуанин тек цитозинмен серіктеседі. Мысалы, жылқылардың геномында шамамен осындай жұптың 3 биллионы бар. Осындай ретпен орналасқан спиралдың әрбір жұбы өзінің «серіктесі» жайлы толық мәлімет береді. Осылайша, бір жұптың арқасында оған серіктес екінші жұпты жасауға болады. ДНҚ-ның молекулярлы моделін келесі суреттен көре аламыз (сурет-2).
Сурет -2. Екі спиралды ДНК
2-сурет. ДНҚ-ның молекулярлы моделі.
Генетикалық инженерияның жасушалық және ағзалық деңгейлері бір-бірімен тығыз байланысты. Жануарлар жасушаларымен жүргізген тәжірибелерде бір жасушаның ядросын екіншісімен алмастыруға, екі немесе бірнеше эмбрионды қосып біріктіруге, оларды бірнеше бөлікке бөлшектеуге болатындығы анықталды. Мысалы, генотиптері әртүрлі ұлпалардың жасушаларын біріктіру жолымен тышқанның аллофенді даралары алынған. Ол үшін дамудың бастапқы бластомерлі кезеңіндегі эмбриондар алынады және оларды бөліп алған соң проназа ферментінің көмегімен жеке-жеке бластомерлерге бөлшектейді. Содан соң екі немесе бірнеше ұрықтың бластомерлерін қосып, соның негізінде тұтас бір комплексті эмбрион жасалынады. Сөйтіп, ақ және қара тышқандар бластомерлерінің бірігуі нәтижесінде – аллофенді ұрық дамиды. Гаструла стадиясында ұрық пробиркадан алынып, аналық тышқанға жіберіледі. Одан туатын ұрпақ екі түрлі ата-ананың фенотиптерін біріктіретін аллофенді болып шығады. Аллофенді ұрпақтарды үш, төрт немесе одан да көп ата-анадан да алуға болады.
Денелік жасушаларды біріктірумен қатар, бір жасушадан бөлініп алынған жеке хромосоманы, басқа жасушаға енгізудің де жолдары табылған. Сондай жеке бөлініп алынған хромосома гендерінің, басқа, яғни бөтен жасушаға барғанда да өз қызметтерін атқаратындығы анықталған (Мак-Брайд, Озер, 1971).