Inżynieria genetyczna: Enzym – czy może być modyfikowany?
Homologiczna rekombinacja jest porównywana do klasycznych technik genetycznych (np. przypadkowej mutacji z wykorzystaniem promieni UV lub czynników chemicznych), niewymagających inżynierii genetycznej. Należy wiedzieć, że każda żywa komórka może ulegać mutacjom spontanicznym. Z definicji, mutacja jest to nagła, ale trwała zmiana w zapisie informacji genetycznej, podlegająca dziedziczeniu, w wyniku której otrzymuje się komórki zmodyfikowane (mutanty). Sam proces modyfikacji jest określany mianem mutagenezy. Mutacje spontaniczne (samorzutne) mogą pojawiać się w efekcie nieprawidłowej replikacji lub transkrypcji łańcucha DNA, przemieszczania ruchomych sekwencji genetycznych lub narażenia komórki na działanie chemicznych lub fizycznych czynników mutagennych (np. promieniowania UV, jonizującego, gamma, fal rentgenowskich, albo chemicznych takich jak kwas azotawy, metanosulfonian etylu, N-metylo-N”-nitro-N-nitrozoguanidyna). Oczywiście, efektywność spontanicznej mutagenezy zależy od rodzaju i stężenia stosowanego czynnika mutagennego, fazy wzrostu komórki, a także stopnia sprawności komórkowych mechanizmów naprawczych zapobiegających niekontrolowanej zmianie kodu genetycznego. Zanim naukowcy wymyślili i nauczyli się stosować techniki inżynierii genetycznej, do otrzymywania komórek zmodyfikowanych powszechnie stosowano spontaniczną mutagenezę. Miała ona swoje wady i zalety. Wadami były: nieprzewidziana do końca zmiana właściwości komórek, wysoka cena, pracochłonność, niska efektywność, a także otrzymywanie mieszaniny komórek o różnych mutacjach: korzystnych, obojętnych, lub wręcz niekorzystnych pod względem użyteczności dla człowieka. Było to spowodowane tym, że czynnik mutagenny działał na cały zakres informacji genetycznej obecnej w modyfikowanej komórce, i nie było możliwe dokładnie przewidzieć, jakie mutacje powstaną. Dalsze postępowanie z taką mieszaniną komórek wymagało selekcjonowania tych komórek, które nabyły pożądane cechy oraz wielokrotnego badania trwałości nabycia tej cechy. Zaletami technik klasycznych były: łatwość użycia, dostępność oraz powszechna społeczna akceptacja techniki, jako metody naturalnej.
Metody inżynierii genetycznej pozwalają natomiast na modyfikowanie konkretnych, zaplanowanych fragmentów DNA komórki w taki sposób, że zmianie ulega jedna konkretna sekwencja lub sekwencje materiału genetycznego modyfikowanej komórki. Zatem mutacja jest przewidywalna z bardzo dużą dokładnością. W przypadku mikroorganizmów, techniki inżynierii genetycznej pozwalają na przenoszenie fragmentów materiału genetycznego między komórkami mikroorganizmów różnych gatunków lub wprowadzanie genów wyizolowanych z organizmów wyższych. W ten sposób otrzymuje się enzymy proteolityczne, pokrewne podpuszczce, stosowane od wielu lat w branży mleczarskiej. Naukowcy nauczyli się, jak wprowadzać do komórek bakteryjnych lub grzybowych geny kodujące biosyntezę i aktywność chymozyny, głównego składnika podpuszczki cielęcej. Gen kodujący chymozynę został pomyślnie przeniesiony z komórek ściany trawieńca cielęcego, zakodowany i uaktywniony w komórkach mikroorganizmów takich jak Escherichia coli, Bacillus subtilis, Kluyveromyces marxianum var. lactis, Kluyveromyces lactis, Aspergillus niger, Saccharomyces cerevisiae. Technologia produkcji serów podpuszczkowych z użyciem preparatów enzymatycznych otrzymywanych w ten sposób przebiega podobnie jak z zastosowaniem tradycyjnego preparatu podpuszczki cielęcej, Enzymy w tych preparatach działają równie selektywnie na białka mleka, jak składniki podpuszczki, są natomiast znacznie tańsze. Produkt finalny odznacza się dobrymi cechami jakościowymi, a wielokrotnie pełniejszym bukietem zapachowo-smakowym oraz prawidłowym oczkowaniem w porównaniu do serów produkowanych przy użyciu klasycznego preparatu podpuszczki.
