كائن معدل وراثيًا

الكائن المعدل وراثيًا هو أي كائن حي تم تغيير مادته الوراثية باستخدام تقنيات الهندسة الوراثية . يختلف التعريف الدقيق للكائن المعدل وراثيًا وما يشكل هندسة وراثية ، ولكن التعريف الأكثر شيوعًا هو الكائن الحي الذي تم تغييره بطريقة "لا تحدث بشكل طبيعي عن طريق التزاوج و/أو إعادة التركيب الطبيعي ". ^{[ 1 ]} وقد تم تعديل مجموعة واسعة من الكائنات الحية وراثيًا، بما في ذلك الحيوانات والنباتات والكائنات الدقيقة.

يمكن أن يشمل التعديل الوراثي إدخال جينات جديدة أو تحسين أو تغيير أو تعطيل الجينات الداخلية . في بعض التعديلات الوراثية، تُنقل الجينات داخل النوع الواحد ، أو بين الأنواع المختلفة (مما يُنتج كائنات مُعدلة وراثيًا)، وحتى بين الممالك الحيوية . يُعدّ إنشاء كائن مُعدّل وراثيًا عملية متعددة الخطوات. يجب على مهندسي الوراثة عزل الجين الذي يرغبون في إدخاله في الكائن المُضيف ودمجه مع عناصر وراثية أخرى، بما في ذلك منطقة المُحفز ومنطقة الإنهاء ، وغالبًا ما يكون هناك واسم انتقائي . تتوفر العديد من التقنيات لإدخال الجين المعزول في جينوم الكائن المُضيف . وقد سهّلت التطورات الحديثة في استخدام تقنيات تحرير الجينوم ، ولا سيما تقنية كريسبر ، إنتاج الكائنات المُعدلة وراثيًا بشكل كبير. في عام 1973، أنتج هربرت بوير وستانلي كوهين أول كائن مُعدّل وراثيًا، وهو عبارة عن بكتيريا مقاومة للمضاد الحيوي كاناميسين . أُنتج أول حيوان معدل وراثيًا ، وهو فأر، عام 1974 على يد رودولف يانيش ، وأُنتج أول نبات معدل وراثيًا عام 1983. وفي عام 1994، طُرحت طماطم "فليفير سافر" ، أول غذاء معدل وراثيًا يُسوّق تجاريًا . وكان أول حيوان معدل وراثيًا يُسوّق تجاريًا هو سمكة "جلوفيش" (2003)، وأول حيوان معدل وراثيًا يُعتمد للاستخدام الغذائي هو سمك السلمون "أكوا أدفانتج" عام 2015.

تُعدّ البكتيريا أسهل الكائنات الحية هندسةً، وقد استُخدمت في الأبحاث، وإنتاج الغذاء، وتنقية البروتينات الصناعية (بما في ذلك الأدوية)، والزراعة، والفنون. وهناك إمكانية لاستخدامها لأغراض بيئية أو كدواء. وقد تمّت هندسة الفطريات لتحقيق أهداف مماثلة. وتلعب الفيروسات دورًا هامًا كناقلات لإدخال المعلومات الوراثية إلى الكائنات الحية الأخرى. ويُعدّ هذا الاستخدام ذا أهمية خاصة في العلاج الجيني البشري . وهناك مقترحات لإزالة الجينات المسببة للضراوة من الفيروسات لإنتاج اللقاحات. وقد تمّت هندسة النباتات لأغراض البحث العلمي، ولإنتاج ألوان جديدة فيها، ولتوصيل اللقاحات، ولإنتاج محاصيل محسّنة. وتُعتبر المحاصيل المعدلة وراثيًا أكثر الكائنات المعدلة وراثيًا إثارةً للجدل، على الرغم من فوائدها الصحية والبيئية الكبيرة. ^{[ 2 ]} أما الحيوانات، فهي عمومًا أصعب بكثير في التعديل الوراثي، ولا تزال غالبيتها العظمى في مرحلة البحث. وتُعدّ الثدييات أفضل الكائنات النموذجية لدراسة الإنسان. ويتمّ تعديل الماشية بهدف تحسين الصفات ذات الأهمية الاقتصادية، مثل معدل النمو، وجودة اللحوم، وتركيب الحليب، ومقاومة الأمراض، والبقاء على قيد الحياة. تُستخدم الأسماك المعدلة وراثيًا في البحوث العلمية، وكحيوانات أليفة، ومصدرًا للغذاء. وقد طُرحت الهندسة الوراثية كوسيلة لمكافحة البعوض، الناقل للعديد من الأمراض الفتاكة. ورغم أن العلاج الجيني البشري لا يزال حديثًا نسبيًا، فقد استُخدم لعلاج اضطرابات وراثية مثل نقص المناعة المركب الشديد ومرض ليبر الخلقي .

أُثيرت اعتراضات عديدة حول تطوير الكائنات المعدلة وراثيًا، ولا سيما تسويقها. ويتعلق الكثير منها بالمحاصيل المعدلة وراثيًا، ومدى سلامة الأغذية المنتجة منها، وتأثير زراعتها على البيئة. وتشمل المخاوف الأخرى موضوعية ودقة الهيئات التنظيمية، وتلوث الأغذية غير المعدلة وراثيًا، والتحكم في الإمدادات الغذائية ، وبراءات اختراع الكائنات الحية ، واستخدام حقوق الملكية الفكرية . ورغم وجود إجماع علمي على أن الأغذية المتوفرة حاليًا والمشتقة من المحاصيل المعدلة وراثيًا لا تشكل خطرًا أكبر على صحة الإنسان من الأغذية التقليدية، إلا أن سلامة الأغذية المعدلة وراثيًا تُعد قضية رئيسية لدى المنتقدين. ويُعد انتقال الجينات ، وتأثيرها على الكائنات غير المستهدفة، وانتشارها، من أبرز المخاوف البيئية. وقد اتخذت الدول تدابير تنظيمية للتعامل مع هذه المخاوف. وتوجد اختلافات في تنظيم إطلاق الكائنات المعدلة وراثيًا بين الدول، مع وجود بعض الاختلافات الأكثر وضوحًا بين الولايات المتحدة وأوروبا. وتشمل القضايا الرئيسية التي تهم الجهات التنظيمية ما إذا كان ينبغي وضع ملصقات على الأغذية المعدلة وراثيًا، ووضع الكائنات المعدلة جينيًا.

إن تعريف الكائن المعدل وراثيًا (GMO) غير واضح ويختلف اختلافًا كبيرًا بين الدول والهيئات الدولية والمجتمعات الأخرى. في أوسع تعريفاته، يمكن أن يشمل الكائن المعدل وراثيًا أي كائن تم تغيير جيناته، بما في ذلك بفعل الطبيعة. ^{[ 3 ] [ 4 ]} أما من منظور أضيق، فيمكن أن يشمل كل كائن حي تم تغيير جيناته بواسطة الإنسان، وهذا يشمل جميع المحاصيل والماشية. في عام 1993، عرّفت موسوعة بريتانيكا الهندسة الوراثية بأنها "أي من مجموعة واسعة من التقنيات  ... من بينها التلقيح الاصطناعي ، والتخصيب في المختبر ( مثل أطفال الأنابيب)، وبنوك الحيوانات المنوية ، والاستنساخ ، والتلاعب الجيني". ^{[ 5 ]} أدرج الاتحاد الأوروبي تعريفًا واسعًا مماثلًا في مراجعاته المبكرة، مشيرًا تحديدًا إلى الكائنات المعدلة وراثيًا المنتجة عن طريق " التربية الانتقائية وغيرها من وسائل الانتقاء الاصطناعي". ^{[ 6 ]} عُدّلت هذه التعريفات سريعًا بإضافة عدد من الاستثناءات نتيجةً لضغوط من الأوساط العلمية والزراعية، فضلًا عن التطورات العلمية. استبعد تعريف الاتحاد الأوروبي لاحقًا التربية التقليدية، والتخصيب في المختبر، وتحفيز تعدد الصيغ الصبغية ، والتربية الطفرية ، وتقنيات دمج الخلايا التي لا تستخدم الأحماض النووية المؤتلفة أو الكائنات المعدلة وراثيًا في العملية. ^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]}

كان هناك نهج آخر يتمثل في التعريف الذي قدمته منظمة الأغذية والزراعة ، ومنظمة الصحة العالمية ، والمفوضية الأوروبية ، والذي ينص على ضرورة تعديل الكائنات الحية بطريقة "لا تحدث بشكل طبيعي عن طريق التزاوج و/أو إعادة التركيب الطبيعي ". ^{[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]} وقد زاد التقدم العلمي، مثل اكتشاف أن انتقال الجينات الأفقي ظاهرة طبيعية شائعة نسبيًا، من الالتباس حول ما "يحدث بشكل طبيعي"، مما أدى إلى مزيد من التعديلات والاستثناءات. ^{[ 13 ]} وهناك أمثلة على محاصيل تنطبق عليها هذه التعريف، ولكنها لا تُعتبر عادةً كائنات معدلة وراثيًا. ^{[ 14 ]} فعلى سبيل المثال، تم تطوير محصول الحبوب التريتيكال بالكامل في المختبر عام 1930 باستخدام تقنيات مختلفة لتعديل جينومه. ^{[ 15 ]}

يُعتبر مصطلح "الكائن المُهندس وراثيًا" (GEO) أكثر دقةً من مصطلح "الكائن المُعدل وراثيًا" (GMO) عند وصف جينومات الكائنات الحية التي تم التلاعب بها مباشرةً باستخدام التقنية الحيوية. ^{[ 16 ] [ 8 ]} استخدم بروتوكول كارتاخينا بشأن السلامة البيولوجية مصطلح " الكائن الحي المُعدَّل " ( LMO ) كمرادف له في عام 2000، وعرّفه بأنه "أي كائن حي يمتلك تركيبة جديدة من المادة الوراثية تم الحصول عليها من خلال استخدام التقنية الحيوية الحديثة". ^{[ 17 ]} وتُعرَّف التقنية الحيوية الحديثة أيضًا بأنها "تقنيات الأحماض النووية في المختبر، بما في ذلك الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين (DNA) المُعاد تركيبه، والحقن المباشر للأحماض النووية في الخلايا أو العضيات، أو دمج الخلايا خارج نطاق العائلة التصنيفية". ^{[ 18 ]}

في الأصل، لم يكن مصطلح الكائنات المعدلة وراثيًا (GMO) شائع الاستخدام بين العلماء لوصف الكائنات المعدلة وراثيًا إلا بعد أن أصبح استخدامه شائعًا في وسائل الإعلام. ^{[ 19 ]} وتعتبر وزارة الزراعة الأمريكية ( USDA) الكائنات المعدلة وراثيًا نباتات أو حيوانات ذات تغييرات وراثية ناتجة عن الهندسة الوراثية أو الطرق التقليدية، بينما يشير مصطلح الكائنات المعدلة وراثيًا (GEO) تحديدًا إلى الكائنات الحية التي تم إدخال جينات إليها أو إزالتها أو إعادة ترتيبها باستخدام البيولوجيا الجزيئية، ولا سيما تقنيات الحمض النووي المؤتلف ، مثل التعديل الوراثي . ^{[ 20 ]}

تركز التعريفات على العملية أكثر من المنتج، مما يعني إمكانية وجود كائنات معدلة وراثيًا وغير معدلة وراثيًا ذات أنماط جينية وظاهرية متشابهة جدًا. ^{[ 21 ] [ 22 ]} وقد دفع هذا العلماء إلى وصفها بأنها فئة غير ذات معنى علمي، ^{[ 23 ]} مؤكدين استحالة تجميع جميع أنواع الكائنات المعدلة وراثيًا تحت تعريف واحد موحد. ^{[ 24 ]} كما تسبب ذلك في مشاكل للمؤسسات والمنظمات العضوية الساعية إلى حظر الكائنات المعدلة وراثيًا. ^{[ 25 ] [ 26 ]} ويُثير هذا الأمر أيضًا إشكاليات مع تطوير عمليات جديدة. وقد وُضعت التعريفات الحالية قبل شيوع تقنية تعديل الجينوم ، وهناك بعض الالتباس حول ما إذا كانت هذه الكائنات تُعد كائنات معدلة وراثيًا أم لا. وقد قرر الاتحاد الأوروبي ^{[ 27 ]} تغيير تعريفه للكائنات المعدلة وراثيًا ليشمل "الكائنات التي تم الحصول عليها عن طريق الطفرات "، ولكنه استبعد من التنظيم تلك "التي تم الحصول عليها باستخدام تقنيات معينة للطفرات، وتحديدًا تلك التي استُخدمت تقليديًا في عدد من التطبيقات ولها سجل أمان طويل". يشير هذا إلى الطفرات العشوائية التقليدية ( التكاثر بالإشعاع/الطفرات الكيميائية ) ^{[ 28 ]} ، ولا يستبعد "التقنيات الجديدة" (خاصةً تلك التي ظهرت منذ اعتماد توجيه الكائنات المعدلة وراثيًا) مثل تحرير الجينات. ^{[ 9 ]} في المقابل، قررت وزارة الزراعة الأمريكية أن الكائنات المعدلة جينيًا لا تُعتبر كائنات معدلة وراثيًا. ^{[ 29 ]}

يُصاحب أنظمة وضع العلامات المختلفة "غير معدل وراثيًا" أو "خالٍ من الكائنات المعدلة وراثيًا" في تسويق الأغذية قدرٌ أكبر من التناقض والارتباك، حيث تُصنّف حتى منتجات مثل الماء أو الملح، التي لا تحتوي على أي مواد عضوية أو مواد وراثية (وبالتالي لا يمكن تعديلها وراثيًا بحكم التعريف)، على أنها "أكثر صحة". ^{[ 30 ] [ 31 ] [ 32 ]}

يُعدّ إنشاء كائن مُعدّل وراثيًا عملية متعددة المراحل. يجب على مهندسي الوراثة عزل الجين الذي يرغبون في إدخاله إلى الكائن المُضيف. يمكن استخلاص هذا الجين من خلية ^{[ 33 ]} أو تصنيعه صناعيًا ^{[ 34 ]} . إذا كان الجين المُختار أو جينوم الكائن المُتبرّع قد دُرِسَ جيدًا، فقد يكون مُتاحًا بالفعل من مكتبة جينية . بعد ذلك، يُدمج الجين مع عناصر وراثية أخرى، بما في ذلك منطقة المُحفّز ومنطقة الإنهاء وعلامة اختيارية ^{[ 35 ]} .

تتوفر عدة تقنيات لإدخال الجين المعزول في جينوم العائل . يمكن تحفيز البكتيريا على امتصاص الحمض النووي الغريب، عادةً عن طريق التعرض لصدمة حرارية أو التثقيب الكهربائي . ^{[ 36 ]} يُدخل الحمض النووي عمومًا في الخلايا الحيوانية باستخدام الحقن المجهري ، حيث يمكن حقنه عبر الغلاف النووي للخلية مباشرةً إلى النواة ، أو باستخدام نواقل فيروسية . ^{[ 37 ]} في النباتات، غالبًا ما يُدخل الحمض النووي باستخدام إعادة التركيب بوساطة بكتيريا الأجروبكتيريوم ، ^{[ 38 ] [ 39 ]} أو القذف الجيني ^{[ 40 ]} أو التثقيب الكهربائي.

بما أن المادة الوراثية تُحوَّل إلى خلية واحدة فقط، يجب تجديد الكائن الحي من تلك الخلية. في النباتات، يتم ذلك من خلال زراعة الأنسجة . ^{[ 41 ] [ 42 ]} أما في الحيوانات، فمن الضروري التأكد من وجود الحمض النووي المُدخَل في الخلايا الجذعية الجنينية . ^{[ 38 ]} تُجرى اختبارات إضافية باستخدام تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR ) والتهجين الجنوبي وتسلسل الحمض النووي للتأكد من احتواء الكائن الحي على الجين الجديد. ^{[ 43 ]}

تقليديًا، كانت المادة الوراثية الجديدة تُدخل عشوائيًا في جينوم الخلية المضيفة. وقد طُوّرت تقنيات استهداف الجينات ، التي تُحدث فواصل في سلسلتي الحمض النووي وتستفيد من أنظمة إصلاح إعادة التركيب المتماثل الطبيعية للخلايا، لاستهداف الإدخال في مواقع دقيقة . يستخدم تحرير الجينوم نوكليازات مُهندسة صناعيًا تُحدث فواصل في نقاط محددة. هناك أربع عائلات من النوكليازات المُهندسة: النوكليازات الضخمة ، ^{[ 44 ] [ 45 ]} ونوكليازات أصابع الزنك ، ^{[ 46 ] [ 47 ]} ونوكليازات المؤثرات الشبيهة بمنشطات النسخ (TALENs)، ^{[ 48 ] [ 49 ]} ونظام Cas9-guideRNA (المُقتبس من CRISPR). ^{[ 50 ] [ 51 ]} يُعد كل من TALEN وCRISPR الأكثر استخدامًا، ولكل منهما مزاياه الخاصة. ^{[ 52 ]} تتميز TALENs بدقة استهداف أعلى، بينما يُعد تصميم CRISPR أسهل وأكثر كفاءة. ^{[ 52 ]}

استأنس الإنسان النباتات والحيوانات منذ حوالي 12000 قبل الميلاد، باستخدام التربية الانتقائية أو الانتقاء الاصطناعي (على عكس الانتقاء الطبيعي ). ^{[ 53 ] : 25} وتُعدّ عملية التربية الانتقائية ، التي تُستخدم فيها الكائنات الحية ذات الصفات المرغوبة (وبالتالي الجينات المرغوبة ) لتربية الجيل التالي، بينما لا تُستخدم الكائنات التي تفتقر إلى هذه الصفات، مقدمةً للمفهوم الحديث للتعديل الوراثي. ^{[ 54 ] : 1 [ 55 ] : 1} وقد سمحت التطورات المختلفة في علم الوراثة للإنسان بتغيير الحمض النووي (DNA) وبالتالي جينات الكائنات الحية بشكل مباشر. في عام 1972، ابتكر بول بيرغ أول جزيء DNA مُعاد التركيب عندما جمع الحمض النووي لفيروس قرد مع الحمض النووي لفيروس لامدا . ^{[ 56 ] [ 57 ]}

ابتكر هربرت بوير وستانلي كوهين أول كائن معدل وراثيًا عام 1973. ^{[ 14 ]} استخلصا جينًا من بكتيريا مقاومة للمضاد الحيوي كاناميسين ، وأدخلاه في بلازميد ، ثم حثّا بكتيريا أخرى على دمج البلازميد. تمكنت البكتيريا التي نجحت في دمج البلازميد من البقاء على قيد الحياة في وجود الكاناميسين. ^{[ 58 ]} عبّر بوير وكوهين عن جينات أخرى في البكتيريا، بما في ذلك جينات من ضفدع زينوبوس ليفيس عام 1974، مما أدى إلى ابتكار أول كائن معدل وراثيًا يُعبّر عن جين من كائن حي من مملكة مختلفة . ^{[ 59 ]}

في عام 1974، ابتكر رودولف يانيش فأراً معدلاً وراثياً عن طريق إدخال حمض نووي غريب إلى جنينه، ليصبح بذلك أول حيوان معدل وراثياً في العالم. ^{[ 60 ] [ 61 ]} ومع ذلك، استغرق الأمر ثماني سنوات أخرى قبل تطوير فئران معدلة وراثياً تنقل الجين المعدل إلى نسلها. ^{[ 62 ] [ 63 ]} وفي عام 1984، تم ابتكار فئران معدلة وراثياً تحمل جينات ورمية مستنسخة ، مما يجعلها أكثر عرضة للإصابة بالسرطان. ^{[ 64 ]} وفي عام 1989، تم ابتكار فئران تم حذف جيناتها (تُسمى فئران نوك آوت ). وفي عام 1985، تم إنتاج أول ماشية معدلة وراثياً. ^{[ 65 ]} وفي عام 1987، كانت الفئران أول حيوان يُنتج بروتينات معدلة وراثياً في حليبه. ^{[ 66 ]} وقد تم هندسة هذه الفئران لإنتاج مُنشط البلازمينوجين النسيجي البشري ، وهو بروتين يُشارك في تكسير جلطات الدم . ^{[ 67 ]}

في عام 1983، طوّر مايكل دبليو بيفان وريتشارد بي فلافيل وماري ديل تشيلتون أول نبات مُعدّل وراثيًا . قاموا بتلقيح نبات التبغ ببكتيريا أغروبكتيريوم مُعدّلة وراثيًا بجين مقاومة للمضادات الحيوية، وتمكّنوا، من خلال تقنيات زراعة الأنسجة، من إنتاج نبات جديد يحمل جين المقاومة. ^{[ 68 ]} وفي عام 1987، تم اختراع مسدس الجينات ، مما أتاح تحويل النباتات غير القابلة للإصابة ببكتيريا أغروبكتيريوم . ^{[ 69 ]} وفي عام 2000، كان الأرز الذهبي المُدعّم بفيتامين أ أول نبات تم تطويره بقيمة غذائية مُحسّنة. ^{[ 70 ]}

في عام 1976، أسس هربرت بوير وروبرت سوانسون شركة جينينتيك ، أول شركة للهندسة الوراثية ؛ وبعد عام، أنتجت الشركة بروتينًا بشريًا ( سوماتوستاتين ) في بكتيريا الإشريكية القولونية . وأعلنت جينينتيك عن إنتاج الأنسولين البشري المعدل وراثيًا في عام 1978. ^{[ 71 ]} وحصل الأنسولين المُنتج بواسطة البكتيريا، والذي يحمل العلامة التجارية هيومولين ، على موافقة إدارة الغذاء والدواء الأمريكية في عام 1982. ^{[ 72 ]} وفي عام 1988، تم إنتاج أول أجسام مضادة بشرية في النباتات. ^{[ 73 ]} وفي عام 1987، أصبحت سلالة من بكتيريا الزائفة السيرينجية أول كائن حي معدل وراثيًا يُطلق في البيئة ^{[ 74 ]} عندما رُشّ حقل فراولة وبطاطس في كاليفورنيا بها. ^{[ 75 ]}

أُنتج أول محصول معدل وراثيًا ، وهو نبات تبغ مقاوم للمضادات الحيوية، عام 1982. ^{[ 76 ]} وكانت الصين أول دولة تُسوّق النباتات المعدلة وراثيًا، حيث طرحت نوعًا من التبغ مقاومًا للفيروسات عام 1992. ^{[ 77 ]} وفي عام 1994، حصلت شركة كالجين على الموافقة لطرح طماطم فلافر سافر تجاريًا ، وهي أول غذاء معدل وراثيًا . ^{[ 78 ]} وفي العام نفسه، وافق الاتحاد الأوروبي على تبغ مُهندس وراثيًا ليقاوم مبيد الأعشاب بروموكسينيل ، ليصبح بذلك أول محصول معدل وراثيًا يُسوّق في أوروبا. ^{[ 79 ]} وفي عام 1995، تمت الموافقة على طرح بطاطس مقاومة للحشرات في الولايات المتحدة، ^{[ 80 ]} وبحلول عام 1996، مُنحت الموافقة على زراعة 8 محاصيل معدلة وراثيًا ومحصول زهور واحد (القرنفل) تجاريًا في 6 دول بالإضافة إلى الاتحاد الأوروبي. ^{[ 81 ]}

في عام 2010، أعلن علماء في معهد جيه كريج فينتر أنهم ابتكروا أول جينوم بكتيري اصطناعي . أطلقوا عليه اسم سينثيا، وكان أول شكل من أشكال الحياة الاصطناعية في العالم . ^{[ 82 ] [ 83 ]}

كان أول حيوان معدل وراثيًا يُطرح تجاريًا هو سمكة GloFish ، وهي سمكة زيبرا أُضيف إليها جين فلوري يسمح لها بالتوهج في الظلام تحت الأشعة فوق البنفسجية . ^{[ 84 ]} طُرحت في السوق الأمريكية عام 2003. ^{[ 85 ]} في عام 2015، أصبح سمك سلمون AquAdvantage أول حيوان معدل وراثيًا يُعتمد للاستخدام الغذائي. ^{[ 86 ]} يشمل الاعتماد الأسماك التي تُربى في بنما وتُباع في الولايات المتحدة. ^{[ 86 ]} حُوِّر سمك السلمون بجين منظم لهرمون النمو من سمك سلمون شينوك في المحيط الهادئ، ومُحفِّز من سمك القد المحيطي ، مما مكّنه من النمو على مدار العام بدلًا من النمو فقط خلال فصلي الربيع والصيف. ^{[ 87 ]}

تم هندسة النباتات لأغراض البحث العلمي، ولإبراز ألوان زهور جديدة، ولإيصال اللقاحات، ولإنتاج محاصيل محسّنة. تتميز العديد من النباتات بقدرتها على التمايز إلى أنواع متعددة من الخلايا، ما يعني إمكانية استخلاص خلية واحدة من نبات بالغ، وفي ظل الظروف المناسبة، يمكنها أن تنمو لتصبح نباتًا جديدًا. يمكن للمهندسين الوراثيين الاستفادة من هذه القدرة؛ فمن خلال اختيار الخلايا التي تم تحويلها بنجاح في نبات بالغ، يمكن زراعة نبات جديد يحتوي على الجين المحوّل في كل خلية، وذلك عبر عملية تُعرف باسم زراعة الأنسجة . ^{[ 88 ]}

يعود الفضل في معظم التطورات في مجال الهندسة الوراثية إلى التجارب التي أُجريت على نبات التبغ . فقد انبثقت إنجازاتٌ كبيرة في زراعة الأنسجة وآليات الخلايا النباتية لمجموعة واسعة من النباتات من أنظمة طُوِّرت على التبغ. ^{[ 89 ]} كان التبغ أول نبات يُعدَّل وراثيًا، ويُعتبر كائنًا نموذجيًا ليس فقط في الهندسة الوراثية، بل في العديد من المجالات الأخرى. ^{[ 90 ]} وبذلك، أصبحت أدوات وإجراءات التعديل الوراثي راسخة، مما يجعل التبغ من أسهل النباتات التي يُمكن تحويلها وراثيًا. ^{[ 91 ]} ومن الكائنات النموذجية الرئيسية الأخرى ذات الصلة بالهندسة الوراثية نبات رشاد أذن الفأر (Arabidopsis thaliana ). فصغر حجم جينومه وقصر دورة حياته يُسهِّلان التلاعب به، كما أنه يحتوي على العديد من الجينات المتماثلة لأنواع محاصيل مهمة. ^{[ 92 ]} كان رشاد أذن الفأر أول نبات يُجرى تسلسله الجيني ، وتتوفر له موارد إلكترونية عديدة، ويمكن تحويله وراثيًا ببساطة عن طريق غمس زهرة منه في محلول بكتيريا أغروباكتيريوم مُعدَّلة وراثيًا . ^{[ 93 ]}

في مجال البحث العلمي، تُجرى هندسة وراثية على النباتات للمساعدة في اكتشاف وظائف جينات معينة. وأبسط طريقة لتحقيق ذلك هي إزالة الجين وملاحظة النمط الظاهري الناتج مقارنةً بالنمط البري . وأي اختلافات قد تكون ناتجة عن الجين المفقود. وعلى عكس الطفرات الوراثية ، تسمح الهندسة الوراثية بإزالة الجينات بشكل مُوجَّه دون التأثير على الجينات الأخرى في الكائن الحي. ^{[ 88 ]} بعض الجينات لا تُعبَّر إلا في أنسجة معينة، لذا يمكن ربط جينات مُبلِّغة، مثل GUS ، بالجين محل الاهتمام، مما يسمح بتحديد موقعه. ^{[ 94 ]} ومن الطرق الأخرى لاختبار الجين تعديله تعديلاً طفيفاً ثم إعادته إلى النبات لمعرفة ما إذا كان لا يزال له التأثير نفسه على النمط الظاهري. وتشمل الاستراتيجيات الأخرى ربط الجين بمُحفِّز قوي ومراقبة ما يحدث عند فرط التعبير عنه، أو إجبار الجين على التعبير في موقع مختلف أو في مراحل نمو مختلفة . ^{[ 88 ]}

بعض النباتات المعدلة وراثيًا هي نباتات زينة بحتة . يتم تعديلها لتحسين لون الزهرة، ورائحتها، وشكلها، وبنية النبات. ^{[ 95 ]} كانت أولى نباتات الزينة المعدلة وراثيًا التي تم تسويقها هي تلك ذات اللون المتغير. ^{[ 96 ]} تم طرح القرنفل في عام 1997، وكان أكثر الكائنات المعدلة وراثيًا شيوعًا هو الورد الأزرق (في الواقع، لونه بنفسجي فاتح أو بنفسجي داكن ) الذي تم إنتاجه في عام 2004. ^{[ 97 ]} تُباع هذه الورود في اليابان والولايات المتحدة وكندا. ^{[ 98 ] [ 99 ]} تشمل نباتات الزينة الأخرى المعدلة وراثيًا الأقحوان والبيتونيا . ^{[ 95 ]} إلى جانب زيادة قيمتها الجمالية ، هناك خطط لتطوير نباتات زينة تستهلك كميات أقل من الماء أو مقاومة للبرد، مما يسمح بزراعتها خارج بيئاتها الطبيعية. ^{[ 100 ]}

لقد طُرحت فكرة تعديل بعض أنواع النباتات المهددة بالانقراض وراثيًا لتصبح مقاومة للنباتات والأمراض الغازية، مثل حفار الرماد الزمردي في أمريكا الشمالية، ومرض فطر سيراتوسيستيس بلاتاني في أشجار الدلب الأوروبية . ^{[ 101 ]} وقد ألحق فيروس بقعة البابايا الحلقية دمارًا كبيرًا بأشجار البابايا في هاواي خلال القرن العشرين، إلى أن تم تزويد نباتات البابايا المعدلة وراثيًا بمقاومة مستمدة من مسببات الأمراض. ^{[ 102 ]} ومع ذلك، لا يزال التعديل الوراثي لأغراض الحفاظ على النباتات في معظمه نظريًا. ومن المخاوف الفريدة أن النوع المعدل وراثيًا قد لا يُظهر تشابهًا كافيًا مع النوع الأصلي ليُعتبر حقًا نوعًا جديدًا، مما يقلل من قيمة التعديل الوراثي في ​​الحفاظ على الأنواع. ^{[ 101 ]}

المحاصيل

المحاصيل المعدلة وراثيًا هي نباتات معدلة وراثيًا تُستخدم في الزراعة . استُخدمت المحاصيل الأولى المُطورة كغذاء للحيوانات أو البشر، وهي تُكسبها مقاومة لبعض الآفات والأمراض والظروف البيئية والتلف والمعالجات الكيميائية (مثل مقاومة مبيدات الأعشاب ). هدف الجيل الثاني من المحاصيل إلى تحسين جودتها، غالبًا عن طريق تغيير تركيبها الغذائي . أما الجيل الثالث من المحاصيل المعدلة وراثيًا، فيمكن استخدامه لأغراض غير غذائية، بما في ذلك إنتاج المستحضرات الصيدلانية والوقود الحيوي وغيرها من المنتجات الصناعية المفيدة، فضلًا عن استخدامه في المعالجة الحيوية . ^{[ 103 ]}

تتمثل الأهداف الرئيسية للتقدم الزراعي في ثلاثة جوانب: زيادة الإنتاج، وتحسين ظروف العاملين الزراعيين، والاستدامة . تساهم المحاصيل المعدلة وراثيًا في تحسين المحاصيل من خلال تقليل ضغط الحشرات، وزيادة القيمة الغذائية، وتحمل مختلف الضغوط البيئية . على الرغم من هذه الإمكانات، وحتى عام 2018، اقتصرت المحاصيل التجارية في الغالب على المحاصيل النقدية مثل القطن وفول الصويا والذرة والكانولا، وتوفر غالبية الصفات المُدخلة إما تحمل مبيدات الأعشاب أو مقاومة الحشرات. ^{[ 103 ]} شكل فول الصويا نصف إجمالي المحاصيل المعدلة وراثيًا المزروعة في عام 2014. ^{[ 104 ]} كان تبني المزارعين لهذه المحاصيل سريعًا، فبين عامي 1996 و2013، زادت المساحة الإجمالية للأراضي المزروعة بالمحاصيل المعدلة وراثيًا بمقدار 100 ضعف. ^{[ 105 ]} مع ذلك، كان الانتشار الجغرافي متفاوتًا، حيث شهد نموًا قويًا في الأمريكتين وأجزاء من آسيا، ونموًا ضئيلًا في أوروبا وأفريقيا. ^{[ 103 ]} كان انتشارها الاجتماعي والاقتصادي أكثر توازناً، حيث زُرع ما يقرب من 54% من المحاصيل المعدلة وراثياً في جميع أنحاء العالم في البلدان النامية عام 2013. ^{[ 105 ]} على الرغم من وجود بعض الشكوك، ^{[ 106 ]} فقد وجدت معظم الدراسات أن زراعة المحاصيل المعدلة وراثياً مفيدة للمزارعين من خلال تقليل استخدام المبيدات الحشرية، فضلاً عن زيادة إنتاجية المحاصيل وأرباح المزارع. ^{[ 107 ] [ 108 ] [ 109 ]}

تم تعديل غالبية المحاصيل المعدلة وراثيًا لتكون مقاومة لمبيدات أعشاب مختارة، وعادةً ما تكون من نوع الغليفوسات أو الغلوفوسينات . وتتوفر المحاصيل المعدلة وراثيًا المقاومة لمبيدات الأعشاب الآن بكميات أكبر من الأصناف المقاومة المُهجنة بالطرق التقليدية؛ ^{[ 110 ]} ففي الولايات المتحدة الأمريكية، 93% من فول الصويا ومعظم الذرة المعدلة وراثيًا مقاومة للغليفوسات. ^{[ 111 ]} وتأتي معظم الجينات المستخدمة حاليًا لهندسة مقاومة الحشرات من بكتيريا Bacillus thuringiensis ، وهي تُشفّر سموم دلتا الداخلية . ويستخدم عدد قليل منها جينات تُشفّر بروتينات مبيدة للحشرات في النباتات . ^{[ 112 ]} والجين الوحيد المستخدم تجاريًا لتوفير الحماية من الحشرات والذي لا ينحدر من بكتيريا B. thuringiensis هو مثبط التربسين في اللوبياء (CpTI). وقد تمت الموافقة على استخدام CpTI لأول مرة في القطن عام 1999، ويخضع حاليًا لتجارب في الأرز. ^{[ 113 ] [ 114 ]} احتوت أقل من واحد بالمائة من المحاصيل المعدلة وراثيًا على سمات أخرى، والتي تشمل توفير مقاومة للفيروسات، وتأخير الشيخوخة ، وتغيير تركيب النباتات. ^{[ 104 ]}

يُعدّ الأرز الذهبي أشهر المحاصيل المعدلة وراثيًا التي تهدف إلى زيادة قيمتها الغذائية. وقد تمّ هندسته بثلاثة جينات تُنتج بيتا كاروتين ، وهو مُركّب أولي لفيتامين أ ، في الأجزاء الصالحة للأكل من الأرز. ^{[ 70 ]} ويهدف إلى إنتاج غذاء مُدعّم يُزرع ويُستهلك في المناطق التي تُعاني من نقص فيتامين أ في غذائها ، ^{[ 115 ]} وهو نقص يُقدّر أنه يُودي بحياة 670,000 طفل دون سن الخامسة سنويًا ^{[ 116 ]} ويُسبّب 500,000 حالة إضافية من العمى الدائم لدى الأطفال. ^{[ 117 ]} كان الأرز الذهبي الأصلي يُنتج 1.6 ميكروغرام/غرام من الكاروتينات ، ومع التطوير اللاحق زادت هذه النسبة 23 ضعفًا. ^{[ 118 ]} وقد حصل على أولى الموافقات لاستخدامه كغذاء في عام 2018. ^{[ 119 ]}

Plants and plant cells have been genetically engineered for production of biopharmaceuticals in bioreactors, a process known as pharming. Work has been done with duckweedLemna minor,^[120] the algaeChlamydomonas reinhardtii^[121] and the mossPhyscomitrella patens.^[122][123] Biopharmaceuticals produced include cytokines, hormones, antibodies, enzymes and vaccines, most of which are accumulated in the plant seeds. Many drugs also contain natural plant ingredients and the pathways that lead to their production have been genetically altered or transferred to other plant species to produce greater volume.^[124] Other options for bioreactors are biopolymers^[125] and biofuels.^[126] Unlike bacteria, plants can modify the proteins post-translationally, allowing them to make more complex molecules. They also pose less risk of being contaminated.^[127] Therapeutics have been cultured in transgenic carrot and tobacco cells,^[128] including a drug treatment for Gaucher's disease.^[129]

Vaccine production and storage has great potential in transgenic plants. Vaccines are expensive to produce, transport, and administer, so having a system that could produce them locally would allow greater access to poorer and developing areas.^[124] As well as purifying vaccines expressed in plants it is also possible to produce edible vaccines in plants. Edible vaccines stimulate the immune system when ingested to protect against certain diseases. Being stored in plants reduces the long-term cost as they can be disseminated without the need for cold storage, don't need to be purified, and have long term stability. Also being housed within plant cells provides some protection from the gut acids upon digestion. However the cost of developing, regulating, and containing transgenic plants is high, leading to most current plant-based vaccine development being applied to veterinary medicine, where the controls are not as strict.^[130]

تُعدّ المحاصيل المعدلة وراثيًا إحدى الوسائل المقترحة للحدّ من انبعاثات _ثاني أكسيد الكربون الناتجة عن الزراعة ، وذلك بفضل زيادة إنتاجيتها، وتقليل استخدام المبيدات الحشرية، وتقليل استهلاك وقود الجرارات، وعدم الحاجة إلى الحراثة. ووفقًا لدراسة أجريت عام 2021، فإنّ التوسع في استخدام المحاصيل المعدلة وراثيًا في الاتحاد الأوروبي وحده من شأنه أن يقلل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري بمقدار 33 مليون طن من مكافئ _ثاني أكسيد الكربون ، أي ما يعادل 7.5% من إجمالي الانبعاثات المرتبطة بالزراعة. ^{[ 131 ]}

لا تزال الغالبية العظمى من الحيوانات المعدلة وراثيًا في مرحلة البحث، بينما لا يزال عدد الحيوانات التي تقترب من دخول السوق محدودًا. ^{[ 132 ]} وحتى عام 2018، لم تتم الموافقة إلا على ثلاثة حيوانات معدلة وراثيًا، جميعها في الولايات المتحدة الأمريكية. فقد تم تعديل ماعز ودجاجة وراثيًا لإنتاج أدوية، وسمكة سلمون لزيادة نموها. ^{[ 133 ]} وعلى الرغم من الاختلافات والصعوبات التي تواجه تعديلها، فإن الأهداف النهائية متشابهة إلى حد كبير مع أهداف تعديل النباتات. تُصنع الحيوانات المعدلة وراثيًا لأغراض البحث، وإنتاج المنتجات الصناعية أو العلاجية، والاستخدامات الزراعية، أو تحسين صحتها. كما يوجد سوق لإنتاج حيوانات أليفة معدلة وراثيًا. ^{[ 134 ]}

الثدييات

تُعدّ عملية الهندسة الوراثية للثدييات بطيئة، ومُرهقة، ومُكلفة. مع ذلك، تُسهّل التقنيات الحديثة التعديلات الجينية وتجعلها أكثر دقة. ^{[ 135 ]} أُنتجت أولى الثدييات المُعدّلة وراثيًا عن طريق حقن الحمض النووي الفيروسي في الأجنة، ثم زرع هذه الأجنة في الإناث. ^{[ 60 ]} كان من المُفترض أن ينمو الجنين، وأن تُدمج بعض المادة الوراثية في الخلايا التناسلية. بعد ذلك، كان على الباحثين الانتظار حتى يبلغ الحيوان سن التكاثر، ثم يُفحص النسل للتأكد من وجود الجين في كل خلية. وقد ساهم تطوير نظام تحرير الجينات CRISPR -Cas9 في توفير طريقة رخيصة وسريعة لتعديل الخلايا الجنسية مباشرةً ، مما قلّل فعليًا الوقت اللازم لإنتاج الثدييات المُعدّلة وراثيًا إلى النصف. ^{[ 136 ]}

تُعدّ الثدييات أفضل النماذج لدراسة الأمراض البشرية، مما يجعل الثدييات المُعدّلة وراثيًا ضرورية لاكتشاف وتطوير علاجات للعديد من الأمراض الخطيرة. يسمح تعطيل الجينات المسؤولة عن الاضطرابات الوراثية البشرية للباحثين بدراسة آلية المرض واختبار العلاجات المحتملة. تُعدّ الفئران المُعدّلة وراثيًا أكثر الثدييات شيوعًا في البحوث الطبية الحيوية ، نظرًا لانخفاض تكلفتها وسهولة التعامل معها. كما تُعدّ الخنازير هدفًا جيدًا لتشابهها في الحجم والخصائص التشريحية والفسيولوجية والاستجابة المرضية والنظام الغذائي. ^{[ 137 ]} تُعتبر الرئيسيات غير البشرية أقرب الكائنات الحية إلى الإنسان كنموذج، ولكن استخدامها كحيوانات تجارب أقل قبولًا لدى العامة. ^{[ 138 ]} في عام 2009، أعلن العلماء عن نجاحهم في نقل جين إلى نوع من الرئيسيات ( المارموسيت ) لأول مرة. ^{[ 139 ] [ 140 ]} كان هدفهم البحثي الأول لهذه القرود المرموسيت هو مرض باركنسون ، لكنهم كانوا يفكرون أيضًا في التصلب الجانبي الضموري ومرض هنتنغتون . ^{[ 141 ]}

من المرجح أن تكون البروتينات البشرية المُعبر عنها في الثدييات أكثر تشابهًا مع نظيراتها الطبيعية من تلك المُعبر عنها في النباتات أو الكائنات الدقيقة. وقد تحقق التعبير المستقر لهذه البروتينات في الأغنام والخنازير والفئران وغيرها من الحيوانات. في عام 2009، تمت الموافقة على أول دواء بيولوجي بشري مُنتج من حيوان من هذا النوع، وهو الماعز . هذا الدواء، ATryn ، هو مضاد للتخثر يقلل من احتمالية حدوث جلطات دموية أثناء الجراحة أو الولادة، ويُستخلص من حليب الماعز. ^{[ 142 ]} يُعد ألفا-1-أنتيتريبسين البشري بروتينًا آخر تم إنتاجه من الماعز ويُستخدم في علاج البشر الذين يعانون من هذا النقص. ^{[ 143 ]} مجال طبي آخر هو إنتاج خنازير ذات قدرة أكبر على زراعة الأعضاء البشرية ( زراعة الأعضاء من حيوانات أخرى ). تم تعديل الخنازير وراثيًا بحيث لا تستطيع أعضاؤها حمل الفيروسات القهقرية ^{[ 144 ]} أو تم إدخال تعديلات عليها لتقليل احتمالية رفض الجسم للعضو المزروع. ^{[ 145 ] [ 146 ]} يمكن للخنازير الكيميرية أن تحمل أعضاء بشرية بالكامل. ^{[ 137 ] [ 147 ]} أجريت أول عملية زرع قلب خنزير معدل وراثيًا في عام 2023، ^{[ 148 ]} وكلى في عام 2024. ^{[ 149 ] [ 150 ]}

تُعدّل الماشية بهدف تحسين سمات ذات أهمية اقتصادية، مثل معدل النمو، وجودة اللحوم، وتركيب الحليب، ومقاومة الأمراض، ومعدل البقاء. وقد تم هندسة الحيوانات لتنمو بشكل أسرع، وتكون أكثر صحة ^{[ 151 ]} ، وأكثر مقاومة للأمراض. ^{[ 152 ]} كما حسّنت التعديلات إنتاج الصوف لدى الأغنام وصحة ضرع الأبقار. ^{[ 132 ]} وتم تعديل الماعز وراثيًا لإنتاج حليب يحتوي على بروتينات حريرية قوية تشبه خيوط العنكبوت. ^{[ 153 ]} وتم إنتاج خنزير معدل وراثيًا يُسمى "إنفيروبيج" يتمتع بقدرة على هضم الفوسفور النباتي بكفاءة أعلى من الخنازير التقليدية. ^{[ 154 ] [ 155 ]} ويمكن لهذه الخنازير أن تقلل من تلوث المياه لأنها تُفرز من 30 إلى 70% فوسفورًا أقل في روثها. ^{[ 154 ] [ 156 ]} وتم تعديل أبقار الألبان وراثيًا لإنتاج حليب يُشبه حليب الأم. ^{[ 157 ]} قد يُفيد هذا الأمهات اللواتي لا يستطعن ​​إنتاج حليب الثدي، لكنهن يرغبن في أن يتناول أطفالهن حليب الثدي بدلاً من الحليب الصناعي. ^{[ 158 ] [ 159 ]} كما طوّر الباحثون بقرة مُعدّلة وراثيًا تُنتج حليبًا خاليًا من مسببات الحساسية. ^{[ 160 ]}

قام العلماء بتعديل العديد من الكائنات الحية وراثيًا، بما في ذلك بعض الثدييات، لإضافة البروتين الفلوري الأخضر (GFP) لأغراض البحث العلمي. ^{[ 161 ]} يسمح البروتين الفلوري الأخضر (GFP) وجينات الإبلاغ المماثلة الأخرى بسهولة رؤية وتحديد موقع نواتج التعديل الوراثي. ^{[ 88 ]} تم تربية خنازير فلورية لدراسة عمليات زرع الأعضاء البشرية، وتجديد خلايا مستقبلات الضوء في العين ، ومواضيع أخرى. ^{[ 162 ]} في عام 2011، تم استحداث قطط فلورية خضراء للمساعدة في إيجاد علاجات لفيروس نقص المناعة البشرية/الإيدز وأمراض أخرى ^{[ 163 ]} نظرًا لارتباط فيروس نقص المناعة لدى القطط بفيروس نقص المناعة البشرية . ^{[ 164 ]}

طُرحت اقتراحاتٌ بإمكانية استخدام الهندسة الوراثية لإعادة الحيوانات من الانقراض . وتتضمن هذه التقنية تغيير جينوم أحد الأقارب الأحياء القريبة ليُشابه جينوم الكائن المنقرض، ويجري العمل حاليًا على الحمام الزاجل . ^{[ 165 ]} أُضيفت جيناتٌ مرتبطةٌ بالماموث الصوفي إلى جينوم الفيل الأفريقي ، مع أن الباحث الرئيسي يُصرّح بأنه لا ينوي إنتاج أفيال حية، وأن نقل جميع الجينات وعكس سنواتٍ من التطور الجيني أمرٌ بعيد المنال. ^{[ 166 ] [ 167 ]} من المرجح أن يستخدم العلماء هذه التقنية للحفاظ على الحيوانات المُهددة بالانقراض عن طريق استعادة التنوع المفقود أو نقل المزايا الجينية المُتطورة من الكائنات المُتكيفة إلى تلك التي تُعاني من صعوبات. ^{[ 168 ]}

البشر

يستخدم العلاج الجيني ^{[ 169 ]} فيروسات معدلة وراثيًا لإيصال جينات قادرة على علاج الأمراض لدى البشر. ورغم حداثة هذا العلاج نسبيًا، فقد حقق بعض النجاحات. إذ استُخدم لعلاج اضطرابات وراثية مثل نقص المناعة المركب الشديد ^{[ 170 ]} ، ومرض ليبر الخلقي ^{[ 171 ]} . كما يجري تطوير علاجات لمجموعة من الأمراض الأخرى التي لا شفاء منها حاليًا، مثل التليف الكيسي ^{[ 172} ] ، وفقر الدم المنجلي ^{[ 173 ]} ، ومرض باركنسون [ ^{174 ] [ 175} ] ، والسرطان ^{[ 176 ] [ 177 ] [ 178 ]} ، والسكري ^{[ 179 ]} ، وأمراض القلب ^{[ 180 ] ، وضمور العضلات [181]} . وتؤثر ^{هذه العلاجات على} الخلايا الجسدية فقط ، ^{ما يعني أن أي تغييرات تطرأ عليها} لن تكون وراثية. تؤدي المعالجة الجينية للخلايا الجرثومية إلى أن يكون أي تغيير وراثياً، الأمر الذي أثار مخاوف داخل المجتمع العلمي. ^{[ 182 ] [ 183 ]}

في عام ٢٠١٥، استُخدمت تقنية كريسبر لتعديل الحمض النووي لأجنة بشرية غير قابلة للحياة . ^{[ ١٨٤ ] [ ١٨٥ ]} وفي نوفمبر ٢٠١٨، أعلن هي جيانكوي أنه عدّل جينومات جنينين بشريين، في محاولة لتعطيل جين CCR5 ، الذي يُشفّر مستقبلًا يستخدمه فيروس نقص المناعة البشرية لدخول الخلايا. وقال إن التوأمتين، لولو ونانا ، وُلدتا قبل أسابيع قليلة، وأنهما تحملان نسخًا وظيفية من جين CCR5 إلى جانب نسخ معطّلة منه ( فسيفساء جينية )، وأنهما لا تزالان عرضة للإصابة بفيروس نقص المناعة البشرية. وقد أُدين هذا العمل على نطاق واسع باعتباره غير أخلاقي وخطيرًا وسابقًا لأوانه. ^{[ ١٨٦ ]}

آخر

طُوِّرت أنظمة لإنتاج كائنات معدلة وراثيًا في مجموعة واسعة من الحيوانات الأخرى. وتم تعديل الدجاج وراثيًا لأغراض متنوعة، منها دراسة نمو الأجنة ^{[ 226 ]} ، ومنع انتقال إنفلونزا الطيور ^{[ 227 ]} ، وتقديم رؤى تطورية باستخدام الهندسة العكسية لإعادة إنتاج أنماط ظاهرية شبيهة بالديناصورات ^{[ 228 ]} . وحصل دجاج معدل وراثيًا ينتج دواء كانوما ، وهو إنزيم يعالج حالة نادرة، في بيضته، على موافقة الجهات التنظيمية الأمريكية في عام 2015 ^{[ 229 ].} وتُستخدم الضفادع المعدلة وراثيًا، ولا سيما ضفادع زينوبوس ليفيس وزينوبوس تروبيكاليس ، في أبحاث بيولوجيا النمو . كما يمكن استخدام الضفادع المعدلة وراثيًا كمستشعرات للتلوث، وخاصة المواد الكيميائية المسببة لاضطرابات الغدد الصماء ^{[ 230 ]} . وهناك مقترحات لاستخدام الهندسة الوراثية للسيطرة على ضفادع القصب في أستراليا ^{[ 231 ] [ 232 ]} .

تُعدّ الدودة الأسطوانية Caenorhabditis elegans من أهم الكائنات النموذجية المستخدمة في أبحاث البيولوجيا الجزيئية . ^{[ 233 ]} وقد اكتُشفت ظاهرة التداخل الرناوي (RNAi) في هذه الدودة ^{[ 234 ]} ، ويمكن تحفيزها ببساطة عن طريق تغذيتها ببكتيريا مُعدّلة وراثيًا للتعبير عن الرنا ثنائي السلسلة . ^{[ 235 ]} كما يُعدّ إنتاج ديدان أسطوانية مُعدّلة وراثيًا مستقرة أمرًا سهلًا نسبيًا، وتُشكّل هذه الظاهرة، إلى جانب تقنية التداخل الرناوي، الأدوات الرئيسية المُستخدمة في دراسة جيناتها. ^{[ 236 ]} ويتمثل الاستخدام الأكثر شيوعًا للديدان الأسطوانية المُعدّلة وراثيًا في دراسة التعبير الجيني وتحديد موقعه عن طريق ربط جينات مُبلِّغة. ويمكن أيضًا دمج الجينات المُعدّلة وراثيًا مع تقنيات التداخل الرناوي لاستعادة الأنماط الظاهرية، ودراسة وظيفة الجينات، وتصوير نمو الخلايا في الوقت الحقيقي، أو التحكم في التعبير الجيني لأنسجة أو مراحل نمو مختلفة. ^{[ 236 ]} استُخدمت الديدان الخيطية المعدلة وراثيًا لدراسة الفيروسات، ^{[ 237 ]} وعلم السموم، ^{[ 238 ]} والأمراض، ^{[ 239 ] [ 240 ]} والكشف عن الملوثات البيئية. ^{[ 241 ]}

تم اكتشاف الجين المسؤول عن المهق في خيار البحر، واستُخدم في هندسة خيار البحر الأبيض ، وهو نوع نادر من المأكولات البحرية الشهية. كما تُمهد هذه التقنية الطريق لدراسة الجينات المسؤولة عن بعض الصفات غير المألوفة لخيار البحر، بما في ذلك السبات الشتوي في الصيف، وإخراج أحشائه، وتحلل جسمه عند موته. ^{[ 242 ]} تتمتع الديدان المسطحة بقدرة على تجديد نفسها من خلية واحدة. ^{[ 243 ]} وحتى عام 2017، لم تكن هناك طريقة فعالة لتحويلها، مما أعاق البحث العلمي. وباستخدام الحقن المجهري والإشعاع، تمكن العلماء الآن من ابتكار أول ديدان مسطحة معدلة وراثيًا. ^{[ 244 ]} تم تعديل دودة الشعيرات ، وهي دودة حلقية بحرية . وتكتسب هذه الدودة أهمية خاصة نظرًا لتزامن دورة تكاثرها مع أطوار القمر، وقدرتها على التجدد، وبطء معدل تطورها. ^{[ 245 ]} تُعدّ اللاسعات، مثل الهيدرا وشقائق النعمان البحرية (نيماتوستيلا فيكتنسيس) ، كائنات نموذجية جذابة لدراسة تطور المناعة وبعض العمليات النمائية. ^{[ 246 ]} تشمل الحيوانات الأخرى التي خضعت للتعديل الوراثي: القواقع ، [ ^{247 ] والوزغات} ، والسلاحف ، [ ^{248 ] وجراد} البحر ، والمحار ، والروبيان ، والبلح ، وأذن البحر، ^{[ 249 ]} والإسفنج . ^{[ 250 ]}

تُعد الطحالب ذات اللون البني مجموعة متنوعة من الطحالب تحتوي على كائنات حية ذات أهمية اقتصادية مثل الدياتومات والأعشاب البحرية ^{[ 251 ].}

يمكن استخدام الفطريات في العديد من العمليات نفسها التي تُستخدم فيها البكتيريا. ففي التطبيقات الصناعية، تجمع الخمائر بين مزايا البكتيريا، كونها كائنات وحيدة الخلية يسهل التعامل معها وتنميتها، وبين التعديلات البروتينية المتقدمة الموجودة في حقيقيات النوى . ويمكن استخدامها لإنتاج جزيئات كبيرة ومعقدة تُستخدم في الأغذية والأدوية والهرمونات والستيرويدات. ^{[ 264 ]} تُعد الخميرة مهمة في صناعة النبيذ، ومنذ عام 2016، تم تسويق نوعين من الخمائر المعدلة وراثيًا المستخدمة في تخمير النبيذ في الولايات المتحدة وكندا. يتميز أحدهما بزيادة كفاءة التخمر المالولاكتيكي ، بينما يمنع الآخر إنتاج مركبات إيثيل كاربامات الخطيرة أثناء التخمر. ^{[ 265 ]} كما شهد إنتاج الوقود الحيوي من الفطريات المعدلة وراثيًا تطورات ملحوظة. ^{[ 266 ]}

تُعدّ الفطريات، باعتبارها أكثر مسببات الأمراض شيوعًا لدى الحشرات، مبيدات حيوية جذابة . وعلى عكس البكتيريا والفيروسات، تتميز الفطريات بقدرتها على إصابة الحشرات بمجرد التلامس، على الرغم من تفوق المبيدات الكيميائية عليها في الفعالية . ويمكن للهندسة الوراثية تحسين ضراوة الفطريات، عادةً عن طريق إضافة المزيد من البروتينات الضارية، ^{[ 267 ]} أو زيادة معدل الإصابة أو تعزيز بقاء الأبواغ . ^{[ 268 ]} وتُعدّ العديد من نواقل الأمراض عرضةً للفطريات الممرضة للحشرات . ويُعتبر البعوض هدفًا جذابًا للمكافحة البيولوجية ، فهو ناقل لمجموعة من الأمراض الفتاكة، بما في ذلك الملاريا والحمى الصفراء وحمى الضنك . ويتطور البعوض بسرعة، لذا يصبح الأمر أشبه بعملية موازنة دقيقة بين قتله قبل أن يتحول طفيل البلازموديوم الذي يحمله إلى مرض مُعدٍ، ولكن ليس بالسرعة التي تجعله مقاومًا للفطريات. ومن خلال الهندسة الوراثية لفطريات مثل Metarhizium anisopliae و Beauveria bassiana لتأخير تطور قدرة البعوض على نقل العدوى، يتم تقليل ضغط الانتقاء لتطوير المقاومة. ^{[ 269 ]} تتمثل استراتيجية أخرى في إضافة بروتينات إلى الفطريات تمنع انتقال الملاريا ^{[ 269 ]} أو إزالة طفيل البلازموديوم تمامًا. ^{[ 270 ]}

تم تعديل جين فطر عيش الغراب الأبيض (Agaricus bisporus) وراثيًا لمقاومة اسمراره، مما يطيل مدة صلاحيته . استخدمت هذه العملية تقنية كريسبر (CRISPR) لتعطيلجين مسؤول عن ترميز إنزيم بوليفينول أوكسيداز . ولأنها لم تُدخل أي حمض نووي غريب إلى الكائن الحي، لم تُعتبر خاضعة للتنظيم بموجب أطر الكائنات المعدلة وراثيًا الحالية، وبالتالي فهي أول كائن حي مُعدل بتقنية كريسبر يُعتمد للإطلاق. ^{[ 271 ]} وقد أدى ذلك إلى تصاعد النقاشات حول ما إذا كان ينبغي اعتبار الكائنات المُعدلة جينيًا كائنات معدلة وراثيًا ^{[ 272 ]} وكيفية تنظيمها. ^{[ 273 ]}

اليسار: بكتيريا مُحوَّلة بواسطة pGLO تحت الضوء المحيط. اليمين: بكتيريا مُحوَّلة بواسطة pGLO مُصوَّرة تحت ضوء الأشعة فوق البنفسجية.

كانت البكتيريا أول الكائنات الحية التي خضعت للتعديل الوراثي في ​​المختبر، نظرًا لسهولة تعديل كروموسوماتها نسبيًا. ^{[ 274 ]} هذه السهولة جعلتها أدوات مهمة لإنتاج كائنات معدلة وراثيًا أخرى. يمكن إضافة الجينات والمعلومات الوراثية الأخرى من مجموعة واسعة من الكائنات الحية إلى بلازميد وإدخالها في البكتيريا لتخزينها وتعديلها. تتميز البكتيريا برخص ثمنها وسهولة زراعتها وتكاثرها السريع وقدرتها على التكاثر الاستنساخي ، كما يمكن تخزينها عند درجة حرارة -80  درجة مئوية لفترة طويلة جدًا. بمجرد عزل الجين، يمكن تخزينه داخل البكتيريا، مما يوفر إمدادًا غير محدود للأبحاث. ^{[ 275 ]} كما أن وجود عدد كبير من البلازميدات المصممة خصيصًا يجعل التلاعب بالحمض النووي المستخلص من البكتيريا أمرًا سهلاً نسبيًا. ^{[ 276 ]}

سهولة استخدامها جعلتها أدواتٍ قيّمة للعلماء الساعين لدراسة وظائف الجينات وتطورها . تُعدّ البكتيريا أبسط الكائنات النموذجية ، إذ استُمدّ معظم فهمنا المبكر للبيولوجيا الجزيئية من دراسة بكتيريا الإشريكية القولونية . ^{[ 277 ]} يستطيع العلماء بسهولة التلاعب بالجينات ودمجها داخل البكتيريا لإنتاج بروتينات جديدة أو مُعدّلة، ومراقبة تأثير ذلك على مختلف الأنظمة الجزيئية. وقد دمج الباحثون جينات من البكتيريا والعتائق ، ما أدى إلى فهم أعمق لكيفية تباعد هذين النوعين في الماضي. ^{[ 278 ]} في مجال البيولوجيا التركيبية ، استُخدمت هذه الجينات لاختبار مناهج تركيبية متنوعة، بدءًا من تركيب الجينومات وصولًا إلى ابتكار نيوكليوتيدات جديدة . ^{[ 279 ] [ 280 ] [ 281 ]}

تُستخدم البكتيريا في إنتاج الغذاء منذ زمن طويل، وقد طُوّرت سلالات مُحددة منها واختيرت لهذا الغرض على نطاق صناعي . يُمكن استخدامها لإنتاج الإنزيمات والأحماض الأمينية والمنكهات وغيرها من المركبات المستخدمة في إنتاج الغذاء. مع ظهور الهندسة الوراثية، أصبح من السهل إدخال تغييرات جينية جديدة على هذه البكتيريا. معظم البكتيريا المُنتجة للغذاء هي بكتيريا حمض اللاكتيك ، وهذا هو المجال الذي تركزت فيه غالبية الأبحاث في مجال الهندسة الوراثية للبكتيريا المُنتجة للغذاء. يُمكن تعديل البكتيريا لتعمل بكفاءة أكبر، وتقليل إنتاج المُنتجات الثانوية السامة، وزيادة الإنتاج، وإنتاج مُركبات مُحسّنة، وإزالة المسارات غير الضرورية . ^{[ 265 ]} تشمل المُنتجات الغذائية من البكتيريا المُعدلة وراثيًا إنزيم ألفا-أميليز ، الذي يُحوّل النشا إلى سكريات بسيطة، وإنزيم الكيموسين ، الذي يُخثر بروتين الحليب لصناعة الجبن، وإنزيم البكتينستراز ، الذي يُحسّن صفاء عصير الفاكهة. ^{[ 282 ]} تُنتج معظم هذه المنتجات في الولايات المتحدة، وعلى الرغم من وجود لوائح تسمح بإنتاجها في أوروبا، إلا أنه حتى عام 2015 لم تكن أي منتجات غذائية مشتقة من البكتيريا متوفرة هناك. ^{[ 283 ]}

تُستخدم البكتيريا المعدلة وراثيًا لإنتاج كميات كبيرة من البروتينات للاستخدام الصناعي. تُزرع البكتيريا عادةً حتى تصل إلى حجم كبير قبل تنشيط الجين المسؤول عن ترميز البروتين. ثم تُحصد البكتيريا ويُستخلص منها البروتين المطلوب. ^{[ 284 ]} ونظرًا للتكلفة العالية للاستخلاص والتنقية، اقتصر الإنتاج على المنتجات عالية القيمة فقط على نطاق صناعي. ^{[ 285 ]} معظم هذه المنتجات عبارة عن بروتينات بشرية تُستخدم في الطب. ^{[ 286 ]} يصعب أو يستحيل الحصول على العديد من هذه البروتينات بالطرق الطبيعية، كما أنها أقل عرضة للتلوث بمسببات الأمراض، مما يجعلها أكثر أمانًا. ^{[ 284 ]} كان أول استخدام طبي للبكتيريا المعدلة وراثيًا هو إنتاج بروتين الأنسولين لعلاج داء السكري . ^{[ 287 ]} تشمل الأدوية الأخرى المنتجة عوامل التخثر لعلاج الهيموفيليا ، ^{[ 288 ]} وهرمون النمو البشري لعلاج أنواع مختلفة من التقزم ، ^{[ 289 ] [ 290 ]} والإنترفيرون لعلاج بعض أنواع السرطان، والإريثروبويتين لمرضى فقر الدم، ومنشط البلازمينوجين النسيجي الذي يذيب جلطات الدم. ^{[ 284 ]} خارج نطاق الطب، استُخدمت هذه البكتيريا لإنتاج الوقود الحيوي . ^{[ 291 ]} وهناك اهتمام بتطوير نظام تعبير خارج الخلية داخل البكتيريا لتقليل التكاليف وجعل إنتاج المزيد من المنتجات اقتصاديًا. ^{[ 285 ]}

مع ازدياد فهمنا لدور الميكروبيوم في صحة الإنسان، تبرز إمكانية علاج الأمراض عن طريق التعديل الجيني للبكتيريا لتصبح عوامل علاجية بحد ذاتها. تشمل الأفكار تعديل بكتيريا الأمعاء بحيث تقضي على البكتيريا الضارة، أو استخدام البكتيريا لاستبدال أو زيادة الإنزيمات أو البروتينات الناقصة. يركز أحد محاور البحث على تعديل بكتيريا اللاكتوباسيلس ، التي توفر بشكل طبيعي بعض الحماية ضد فيروس نقص المناعة البشرية ، بجينات تعزز هذه الحماية. إذا لم تُشكّل البكتيريا مستعمرات داخل جسم المريض، فسيتعين عليه تناول البكتيريا المعدلة بشكل متكرر للحصول على الجرعات المطلوبة. قد يوفر تمكين البكتيريا من تكوين مستعمرات حلاً طويل الأمد، ولكنه قد يثير مخاوف تتعلق بالسلامة، إذ أن التفاعلات بين البكتيريا وجسم الإنسان أقل وضوحًا مقارنةً بالأدوية التقليدية. هناك مخاوف من أن يكون لنقل الجينات الأفقي إلى بكتيريا أخرى آثار غير معروفة. اعتبارًا من عام 2018، كانت هناك تجارب سريرية جارية لاختبار فعالية وسلامة هذه العلاجات. ^{[ 292 ]}

لأكثر من قرن، استُخدمت البكتيريا في الزراعة. فقد تم تلقيح المحاصيل ببكتيريا الرايزوبيا (ومؤخرًا الأزوسبيريلوم ) لزيادة إنتاجها أو لتمكين زراعتها خارج موطنها الأصلي . ويمكن أن يساعد استخدام بكتيريا العصوية التورنجية (Bt) وغيرها من البكتيريا في حماية المحاصيل من الإصابة بالحشرات والأمراض النباتية. ومع التقدم في الهندسة الوراثية، تم تعديل هذه البكتيريا لزيادة كفاءتها وتوسيع نطاق عوائلها. كما أُضيفت علامات وراثية للمساعدة في تتبع انتشار البكتيريا. وتم أيضًا تعديل البكتيريا التي تستعمر محاصيل معينة بشكل طبيعي، وفي بعض الحالات للتعبير عن جينات Bt المسؤولة عن مقاومة الآفات. تُسبب سلالات بكتيريا الزائفة أضرار الصقيع عن طريق تكوين بلورات جليدية حول نفسها. وقد أدى ذلك إلى تطوير بكتيريا خالية من الجليد ، والتي أُزيلت منها الجينات المسؤولة عن تكوين الجليد. وعند استخدامها على المحاصيل، يمكنها منافسة البكتيريا غير المعدلة ومنحها بعض المقاومة للصقيع. ^{[ 293 ]}

تشمل الاستخدامات الأخرى للبكتيريا المعدلة وراثيًا المعالجة الحيوية ، حيث تُستخدم البكتيريا لتحويل الملوثات إلى شكل أقل سمية. يمكن للهندسة الوراثية زيادة مستويات الإنزيمات المستخدمة لتحليل السموم أو لجعل البكتيريا أكثر استقرارًا في الظروف البيئية. ^{[ 294 ]} كما تم ابتكار فن حيوي باستخدام البكتيريا المعدلة وراثيًا. في ثمانينيات القرن الماضي، قام الفنان جون ديفيس وعالمة الوراثة دانا بويد بتحويل الرمز الجرماني للأنوثة (ᛉ) إلى شفرة ثنائية، ثم إلى تسلسل الحمض النووي، والذي تم التعبير عنه بعد ذلك في بكتيريا الإشريكية القولونية . ^{[ 295 ]} وقد تم تطوير هذا الأمر خطوة أخرى في عام 2012، عندما تم ترميز كتاب كامل على الحمض النووي. ^{[ 296 ]} كما تم إنتاج لوحات فنية باستخدام بكتيريا مُعدلة ببروتينات فلورية. ^{[ 295 ]}

غالبًا ما تُعدّل الفيروسات لتُستخدم كناقلات لإدخال المعلومات الوراثية إلى كائنات حية أخرى. تُسمى هذه العملية بالنقل الجيني ، وإذا نجحت، يصبح الكائن المُستقبِل للحمض النووي المُدخَل كائنًا مُعدّلًا وراثيًا. تختلف الفيروسات في كفاءتها وقدراتها. يستطيع الباحثون استخدام هذه الخاصية للتحكم في عوامل مختلفة، بما في ذلك الموقع المستهدف، وحجم الإدخال، ومدة التعبير الجيني. يجب إزالة أي تسلسلات ضارة كامنة في الفيروس، بينما تُحفظ التسلسلات التي تسمح بنقل الجين بفعالية. ^{[ 297 ]}

على الرغم من إمكانية استخدام النواقل الفيروسية لإدخال الحمض النووي في أي كائن حي تقريبًا، إلا أن أهميتها تكمن في إمكاناتها لعلاج الأمراض البشرية. ورغم أن العلاج الجيني لا يزال في مراحله التجريبية ^{[ 298 ]} ، فقد تحققت بعض النجاحات في استبدال الجينات المعيبة. ويتجلى ذلك بوضوح في علاج المرضى المصابين بنقص المناعة المركب الشديد الناتج عن نقص إنزيم أدينوزين دي أميناز (ADA-SCID) ^{[ 299 ]} ، إلا أن إصابة بعض مرضى ADA-SCID بسرطان الدم ^{[ 300 ]،} بالإضافة إلى وفاة جيسي جيلسينجر في تجربة سريرية عام 1999، أدت إلى تأخير تطوير هذا النهج لسنوات عديدة ^{[ 301 ]} . وفي عام 2009، تحقق إنجاز آخر عندما استعاد طفل يبلغ من العمر ثماني سنوات مصاب بمرض ليبر الخلقي بصره الطبيعي ^{[ 301 ]} ، وفي عام 2016، حصلت شركة جلاكسو سميث كلاين على الموافقة لتسويق علاج جيني لمرض ADA-SCID. ^{[ 299 ]} اعتبارًا من عام 2018، كان هناك عدد كبير من التجارب السريرية الجارية، بما في ذلك علاجات الهيموفيليا ، والورم الأرومي الدبقي ، ومرض الورم الحبيبي المزمن ، والتليف الكيسي ، وأنواع مختلفة من السرطان . ^{[ 300 ]}

يُعدّ الفيروس الغدي أكثر الفيروسات شيوعًا في نقل الجينات، لقدرته على حمل ما يصل إلى 7.5 كيلوبايت من الحمض النووي الغريب وإصابة نطاق واسع نسبيًا من الخلايا المضيفة، مع العلم أنه قد يُثير استجابات مناعية في المضيف ويُوفر تعبيرًا جينيًا قصير الأمد فقط. ومن النواقل الشائعة الأخرى الفيروسات الغدية المرتبطة ، التي تتميز بانخفاض سميتها وقدرتها على التعبير الجيني طويل الأمد، ولكنها لا تستطيع حمل سوى حوالي 4 كيلوبايت من الحمض النووي. ^{[ 300 ]} تُعدّ فيروسات الهربس البسيط نواقل واعدة، إذ تتمتع بقدرة حمل تزيد عن 30 كيلوبايت وتُوفر تعبيرًا جينيًا طويل الأمد، على الرغم من أنها أقل كفاءة في نقل الجينات من النواقل الأخرى. ^{[ 302 ]} تُعتبر الفيروسات القهقرية أفضل النواقل لدمج الجين طويل الأمد في جينوم المضيف ، إلا أن ميلها للدمج العشوائي يُشكل مشكلة. تنتمي الفيروسات البطيئة إلى نفس عائلة الفيروسات القهقرية، وتتميز بقدرتها على إصابة الخلايا المنقسمة وغير المنقسمة، بينما تستهدف الفيروسات القهقرية الخلايا المنقسمة فقط. وتشمل الفيروسات الأخرى التي تم استخدامها كناقلات فيروسات ألفا ، وفيروسات فلافي ، وفيروسات الحصبة ، وفيروسات رابدو ، وفيروس نيوكاسل ، وفيروسات الجدري ، وفيروسات بيكورنا . ^{[ 300 ]}

تتكون معظم اللقاحات من فيروسات تم إضعافها أو تعطيلها أو إضعافها أو قتلها بطريقة ما بحيث لم تعد خصائصها الممرضة فعالة. من الناحية النظرية، يمكن استخدام الهندسة الوراثية لإنتاج فيروسات منزوعة الجينات الممرضة. لا يؤثر هذا على قدرة الفيروسات على العدوى ، ويحفز استجابة مناعية طبيعية، ولا توجد فرصة لاستعادة وظيفتها الممرضة، وهو ما قد يحدث مع بعض اللقاحات الأخرى. ولذلك، تُعتبر هذه اللقاحات عمومًا أكثر أمانًا وفعالية من اللقاحات التقليدية، على الرغم من استمرار المخاوف بشأن العدوى غير المستهدفة، والآثار الجانبية المحتملة، وانتقال الجينات الأفقي إلى فيروسات أخرى. ^{[ 303 ]} ثمة نهج آخر محتمل يتمثل في استخدام النواقل لإنتاج لقاحات جديدة لأمراض لا تتوفر لها لقاحات أو لقاحات غير فعالة، مثل الإيدز والملاريا والسل . ^{[ 304 ]} يوفر لقاح باسيل كالميت غيران (BCG) ، وهو اللقاح الأكثر فعالية ضد السل ، حماية جزئية فقط. يُمكن للقاح مُعدَّل يُعبِّر عن مستضد المتفطرة السلية أن يُعزِّز الحماية التي يوفرها لقاح BCG. ^{[ 305 ]} وقد ثبتت سلامة استخدامه في المرحلة الثانية من التجارب السريرية ، على الرغم من أنه ليس بالفعالية المرجوة في البداية. ^{[ 306 ]} وقد تمت الموافقة بالفعل على لقاحات أخرى تعتمد على النواقل، ويجري تطوير العديد منها. ^{[ 304 ]}

من الاستخدامات المحتملة الأخرى للفيروسات المعدلة وراثيًا تعديلها لتتمكن من علاج الأمراض مباشرةً. يمكن تحقيق ذلك من خلال إنتاج بروتينات واقية أو باستهداف الخلايا المصابة مباشرةً. في عام 2004، أفاد باحثون بأن فيروسًا معدلًا وراثيًا يستغل السلوك الأناني للخلايا السرطانية قد يوفر طريقة بديلة للقضاء على الأورام. ^{[ 307 ] [ 308 ]} ومنذ ذلك الحين، طور العديد من الباحثين فيروسات محللة للأورام معدلة وراثيًا ، والتي أظهرت نتائج واعدة كعلاجات لأنواع مختلفة من السرطان . ^{[ 309 ] [ 310 ] [ 311 ] [ 312 ] [ 313 ]} وفي عام 2017، عدّل باحثون فيروسًا وراثيًا لإنتاج بروتينات ديفينسين السبانخ . حُقن الفيروس في أشجار البرتقال لمكافحة مرض التدهور الحمضي الذي أدى إلى انخفاض إنتاج البرتقال بنسبة 70% منذ عام 2005. ^{[ 314 ]}

استُخدمت الأمراض الفيروسية الطبيعية، مثل داء الورم المخاطي ومرض النزف الأرنبي ، للمساعدة في مكافحة أعداد الآفات. ومع مرور الوقت، تكتسب الآفات الناجية مناعة، مما دفع الباحثين إلى البحث عن طرق بديلة. وقد تم استحداث فيروسات معدلة وراثيًا في المختبر تجعل الحيوانات المستهدفة عقيمة من خلال منع الحمل المناعي ^{[ 315 ]} ، بالإضافة إلى فيروسات أخرى تستهدف مرحلة نمو الحيوان ^{[ 316 ]} . وتُثار مخاوف بشأن استخدام هذا النهج فيما يتعلق باحتواء الفيروس ^{[ 315 ]} وانتقال العدوى بين الأنواع ^{[ 317 ]} . في بعض الأحيان، يمكن تعديل الفيروس نفسه لأغراض متباينة. فقد اقتُرح التعديل الوراثي لفيروس الورم المخاطي للحفاظ على الأرانب البرية الأوروبية في شبه الجزيرة الأيبيرية ، وللمساعدة في تنظيم أعدادها في أستراليا. ولحماية الأنواع الأيبيرية من الأمراض الفيروسية، تم تعديل فيروس الورم المخاطي وراثيًا لتحصين الأرانب، بينما في أستراليا، تم تعديل الفيروس نفسه وراثيًا لخفض الخصوبة في أعداد الأرانب الأسترالية ^{[ 318 ] .}

خارج نطاق علم الأحياء، استخدم العلماء فيروسًا معدلًا وراثيًا لبناء بطارية أيونات الليثيوم ومواد نانوية أخرى . من الممكن هندسة العاثيات البكتيرية للتعبير عن بروتينات معدلة على سطحها وربطها بأنماط محددة (تقنية تُسمى عرض العاثيات ). لهذه البنى استخدامات محتملة في تخزين الطاقة وتوليدها، والاستشعار الحيوي ، وتجديد الأنسجة، مع بعض المواد الجديدة المنتجة حاليًا، بما في ذلك النقاط الكمومية ، والبلورات السائلة ، والحلقات النانوية ، والألياف النانوية . ^{[ 319 ]} صُنعت البطارية بهندسة عاثيات M13 البكتيرية بحيث تُغطي نفسها بفوسفات الحديد ثم تتجمع على طول أنبوب نانوي كربوني . وقد أدى ذلك إلى خلق وسط موصل للغاية للاستخدام في الكاثود، مما يسمح بنقل الطاقة بسرعة. ويمكن تصنيعها في درجات حرارة منخفضة باستخدام مواد كيميائية غير سامة، مما يجعلها أكثر ملاءمة للبيئة. ^{[ 320 ]}

تخضع الكائنات المعدلة وراثيًا لرقابة الهيئات الحكومية. وينطبق هذا على الأبحاث، وكذلك على إطلاق الكائنات المعدلة وراثيًا، بما في ذلك المحاصيل والأغذية. بدأ تطوير إطار تنظيمي للهندسة الوراثية عام 1975 في أسيلومار ، كاليفورنيا. أوصى اجتماع أسيلومار بمجموعة من المبادئ التوجيهية بشأن الاستخدام الحذر لتقنية إعادة التركيب الجيني وأي منتجات ناتجة عنها. ^{[ 321 ]} اعتُمد بروتوكول كارتاخينا بشأن السلامة البيولوجية في 29 يناير 2000، ودخل حيز التنفيذ في 11 سبتمبر 2003. ^{[ 322 ]} وهو معاهدة دولية تُنظم نقل الكائنات المعدلة وراثيًا والتعامل معها واستخدامها. ^{[ 323 ]} يبلغ عدد الدول الأعضاء في البروتوكول 157 دولة، وتعتمد عليه العديد منها كمرجع للوائحها الخاصة. ^{[ 324 ]}

تضم الجامعات ومعاهد البحوث عادةً لجنةً خاصةً مسؤولةً عن الموافقة على أي تجارب تتضمن الهندسة الوراثية. كما تتطلب العديد من التجارب الحصول على إذن من هيئة تنظيمية وطنية أو تشريع. يجب تدريب جميع الموظفين على استخدام الكائنات المعدلة وراثيًا، ويجب على جميع المختبرات الحصول على موافقة من هيئتها التنظيمية للعمل معها. ^{[ 325 ]} غالبًا ما تُستمد التشريعات التي تُنظم الكائنات المعدلة وراثيًا من اللوائح والإرشادات المعمول بها للنسخة غير المعدلة وراثيًا من الكائن الحي، على الرغم من أنها أكثر صرامة. ^{[ 326 ]} يوجد نظام شبه عالمي لتقييم المخاطر النسبية المرتبطة بالكائنات المعدلة وراثيًا وغيرها من العوامل على موظفي المختبرات والمجتمع. تُصنف هذه العوامل إلى أربع فئات خطر بناءً على ضراوتها، وشدة المرض، وطريقة انتقاله، وتوافر التدابير الوقائية أو العلاجات. هناك أربعة مستويات للسلامة البيولوجية يمكن أن يندرج تحتها المختبر، تتراوح من المستوى 1 (المناسب للعمل مع عوامل غير مرتبطة بالأمراض) إلى المستوى 4 (المناسب للعمل مع عوامل تُهدد الحياة). تستخدم الدول المختلفة مصطلحات مختلفة لوصف المستويات، وقد يكون لديها متطلبات مختلفة لما يمكن القيام به في كل مستوى. ^{[ 326 ]}

تختلف قوانين إطلاق الكائنات المعدلة وراثيًا بين الدول، وتبرز هذه الاختلافات بشكل خاص بين الولايات المتحدة وأوروبا. ^{[ 327 ]} وتختلف القوانين في كل دولة تبعًا للغرض من استخدام منتجات الهندسة الوراثية. فعلى سبيل المثال، لا تخضع المحاصيل غير المخصصة للاستهلاك الغذائي عادةً لمراجعة السلطات المسؤولة عن سلامة الغذاء. ^{[ 328 ]} وقد حظرت بعض الدول إطلاق الكائنات المعدلة وراثيًا أو قيدت استخدامها، بينما سمحت بها دول أخرى بدرجات متفاوتة من التنظيم. ^{[ 329 ] [ 330 ] [ 331 ] [ 332 ]} وفي عام 2016، حظرت 38 دولة رسميًا زراعة الكائنات المعدلة وراثيًا، بينما حظرت تسع دول (الجزائر، وبوتان، وكينيا، وقيرغيزستان، ومدغشقر، وبيرو، وروسيا، وفنزويلا، وزيمبابوي) استيرادها. ^{[ 333 ]} وتسمح معظم الدول التي لا تسمح بزراعة الكائنات المعدلة وراثيًا بإجراء البحوث باستخدامها. ^{[ 329 ]} وعلى الرغم من وجود هذه القوانين، فقد حدثت بعض حالات الإطلاق غير القانوني بسبب ضعف آليات إنفاذها. ^{[ 8 ]}

يُفرّق الاتحاد الأوروبي بين الموافقة على زراعة المحاصيل المعدلة وراثيًا داخل الاتحاد والموافقة على استيرادها ومعالجتها. ^{[ 334 ]} في حين لم تتم الموافقة إلا على عدد قليل من المحاصيل المعدلة وراثيًا للزراعة في الاتحاد الأوروبي، فقد تمت الموافقة على استيراد عدد منها ومعالجتها. ^{[ 335 ]} أثارت زراعة المحاصيل المعدلة وراثيًا جدلًا حول سوقها في أوروبا. ^{[ 336 ]} وتختلف الحوافز لزراعة المحاصيل المعدلة وراثيًا باختلاف لوائح التعايش. ^{[ 337 ]} لا تُركز السياسة الأمريكية على العملية بقدر تركيز الدول الأخرى، بل تنظر إلى المخاطر العلمية القابلة للتحقق وتستخدم مفهوم التكافؤ الجوهري . ^{[ 338 ]} ويُثار جدل حول ما إذا كان ينبغي تنظيم الكائنات المُعدّلة جينيًا بنفس طريقة تنظيم الكائنات المعدلة وراثيًا. تعتبر اللوائح الأمريكية كليهما منفصلين ولا تُنظمهما بنفس الشروط، بينما في أوروبا، يُعرّف الكائن المعدل وراثيًا بأنه أي كائن حي تم إنشاؤه باستخدام تقنيات الهندسة الوراثية. ^{[ 29 ]}

من القضايا الرئيسية التي تشغل بال الجهات التنظيمية مسألة وضع ملصقات على المنتجات المعدلة وراثيًا. وتؤكد المفوضية الأوروبية على ضرورة إلزامية وضع الملصقات وإمكانية تتبع المنتجات لتمكين المستهلكين من اتخاذ خيارات مستنيرة، وتجنب الإعلانات المضللة المحتملة ^{[ 339 ]} ، وتسهيل سحب المنتجات من الأسواق في حال اكتشاف آثار ضارة على الصحة أو البيئة. ^{[ 340 ]} بينما ترى الجمعية الطبية الأمريكية ^{[ 341 ]} والجمعية الأمريكية لتقدم العلوم ^{[ 342 ]} أن وضع الملصقات، حتى وإن كان اختياريًا، يُعد مضللًا وسيثير قلق المستهلكين دون داعٍ، وذلك في غياب أدلة علمية تثبت الضرر . ويُلزم القانون بوضع ملصقات على المنتجات المعدلة وراثيًا في الأسواق في 64 دولة. ^{[ 343 ]} ويمكن أن يكون وضع الملصقات إلزاميًا حتى بلوغ مستوى معين من المحتوى المعدل وراثيًا (يختلف من دولة لأخرى)، أو اختياريًا. وفي الولايات المتحدة، يشترط المعيار الوطني للإفصاح عن الأغذية المعدلة وراثيًا (تاريخ الامتثال الإلزامي: 1 يناير 2022) وضع ملصقات على هذه الأغذية. ^{[ 344 ]} في كندا، يُعدّ وضع ملصقات على الأغذية المعدلة وراثيًا أمرًا اختياريًا، ^{[ 345 ]} بينما في أوروبا، يجب وضع ملصقات على جميع الأغذية (بما في ذلك الأغذية المصنعة ) أو الأعلاف التي تحتوي على أكثر من 0.9% من الكائنات المعدلة وراثيًا المعتمدة. ^{[ 346 ]} في عام 2014، نمت مبيعات المنتجات التي وُصفت بأنها غير معدلة وراثيًا بنسبة 30% لتصل إلى 1.1 مليار دولار. ^{[ 347 ]}

تُثار جدلاتٌ حول الكائنات المعدلة وراثيًا، لا سيما فيما يتعلق بإطلاقها خارج البيئات المختبرية. ويشمل هذا الخلاف المستهلكين والمنتجين وشركات التكنولوجيا الحيوية والهيئات الحكومية التنظيمية والمنظمات غير الحكومية والعلماء. وتتمحور العديد من هذه المخاوف حول المحاصيل المعدلة وراثيًا، ومدى سلامة الأغذية المنتجة منها، وتأثير زراعتها على البيئة. وقد أدت هذه الخلافات إلى دعاوى قضائية ونزاعات تجارية دولية واحتجاجات، وإلى فرض قيود تنظيمية على المنتجات التجارية في بعض البلدان. ^{​​[ 348 ]} وتتركز معظم المخاوف حول الآثار الصحية والبيئية للكائنات المعدلة وراثيًا. وتشمل هذه المخاوف ما إذا كانت قد تُسبب رد فعل تحسسي ، وما إذا كان من الممكن أن تنتقل الجينات المُعدلة وراثيًا إلى الخلايا البشرية، وما إذا كان من الممكن أن تنتقل جينات غير مُعتمدة للاستهلاك البشري إلى الإمدادات الغذائية . ^{[ 11 ]}

هناك إجماع علمي ^{[ 349 ] [ 350 ] [ 351 ] [ 352 ]} على أن الأغذية المتوفرة حاليًا والمشتقة من المحاصيل المعدلة وراثيًا لا تشكل خطرًا أكبر على صحة الإنسان من الأغذية التقليدية، ^{[ 353 ] [ 354 ] [ 355 ] [ 356 ] [ 357 ]} ولكن يجب اختبار كل غذاء معدل وراثيًا على حدة قبل طرحه في السوق. ^{[ 358 ] [ 359 ] [ 360 ]} ومع ذلك، فإن عامة الناس أقل ميلًا بكثير من العلماء إلى اعتبار الأغذية المعدلة وراثيًا آمنة. ^{[ 361 ] [ 362 ] [ 363 ] [ 364 ]} يختلف الوضع القانوني والتنظيمي للأغذية المعدلة وراثيًا من بلد إلى آخر، فبعض الدول تحظرها أو تقيدها، بينما تسمح بها دول أخرى بدرجات متفاوتة من التنظيم. ^{[ 329 ] [ 365 ] [ 331 ] [ 332 ]}

حتى تسعينيات القرن الماضي، كان يُعتقد أن انتقال الجينات إلى النباتات البرية أمرٌ نادر الحدوث، وإذا حدث، فمن السهل القضاء عليه. وكان يُعتقد أن ذلك لن يُضيف أي تكاليف أو مخاطر بيئية إضافية، إذ لم تكن هناك أي آثار متوقعة بخلاف تلك الناجمة بالفعل عن استخدام المبيدات. ^{[ 366 ]} ومع ذلك، فقد لوحظت عدة أمثلة من هذا القبيل في العقود اللاحقة. إن انتقال الجينات بين المحاصيل المعدلة وراثيًا والنباتات المتوافقة، إلى جانب زيادة استخدام مبيدات الأعشاب واسعة النطاق ، ^{[ 367 ]} يمكن أن يزيد من خطر ظهور تجمعات من الأعشاب الضارة المقاومة لمبيدات الأعشاب . ^{[ 368 ]} اشتد الجدل حول مدى وعواقب انتقال الجينات في عام 2001 عندما نُشرت ورقة بحثية تُظهر وجود جينات مُعدلة وراثيًا في سلالات الذرة المحلية في المكسيك، مركز تنوع هذا المحصول . ^{[ 369 ] [ 370 ]} وقد وُجد أن انتقال الجينات من المحاصيل المعدلة وراثيًا إلى الكائنات الحية الأخرى أقل عمومًا مما يحدث بشكل طبيعي. ^{[ 371 ]} لمعالجة بعض هذه المخاوف، طُوِّرت بعض الكائنات المعدلة وراثيًا بصفات تساعد في السيطرة على انتشارها. ولمنع تزاوج سمك السلمون المعدل وراثيًا مع سمك السلمون البري، فإن جميع الأسماك التي تُربى للاستهلاك الغذائي هي إناث، ثلاثية الصيغة الصبغية ، 99% منها عقيمة تناسليًا، وتُربى في مناطق لا يستطيع سمك السلمون الهارب البقاء فيها. ^{[ 372 ] [ 373 ]} كما عُدِّلت البكتيريا لتعتمد على مغذيات لا توجد في الطبيعة، ^{[ 374 ]} وطُوِّرت تقنية تقييد الاستخدام الجيني ، وإن لم تُسوَّق بعد، تجعل الجيل الثاني من النباتات المعدلة وراثيًا عقيمًا. ^{[ 375 ]}

تشمل المخاوف البيئية والزراعية الأخرى انخفاض التنوع البيولوجي، وزيادة الآفات الثانوية (الآفات غير المستهدفة)، وتطور آفات حشرية مقاومة. ^{[ 376 ] [ 377 ] [ 378 ]} في مناطق الصين والولايات المتحدة التي تُزرع فيها محاصيل Bt، ازداد التنوع البيولوجي للحشرات بشكل عام، وكان تأثير الآفات الثانوية ضئيلاً. ^{[ 379 ]} وُجد أن تطور المقاومة بطيء عند اتباع أفضل الممارسات. ^{[ 379 ]} أصبح تأثير محاصيل Bt على الكائنات الحية المفيدة غير المستهدفة قضية عامة بعد أن أشارت دراسة نُشرت عام 1999 إلى أنها قد تكون سامة لفراشات الملك . وقد أظهرت دراسات المتابعة منذ ذلك الحين أن مستويات السمية التي وُجدت في الحقل لم تكن عالية بما يكفي لإلحاق الضرر باليرقات. ^{[ 380 ]}

منذ البداية، وُجهت اتهامات للعلماء بأنهم " يلعبون دور الإله " وقضايا دينية أخرى إلى هذه التقنية. ^{[ 381 ]} ومع إمكانية الهندسة الوراثية للبشر الآن، تبرز مخاوف أخلاقية بشأن مدى استخدام هذه التقنية، أو حتى جدوى استخدامها من الأساس. ^{[ 382 ]} يدور نقاش واسع حول الحد الفاصل بين العلاج والتحسين، وما إذا كان ينبغي أن تكون التعديلات وراثية. ^{[ 383 ]} تشمل المخاوف الأخرى تلوث الإمدادات الغذائية غير المعدلة وراثيًا، ^{[ 384 ] [ 385 ]} ومدى صرامة العملية التنظيمية، ^{[ 386 ] [ 387 ]} وتمركز السيطرة على الإمدادات الغذائية في أيدي الشركات المصنعة والموزعة للأغذية المعدلة وراثيًا، ^{[ 388 ]} والمبالغة في فوائد التعديل الوراثي، ^{[ 389 ]} أو المخاوف بشأن استخدام مبيدات الأعشاب المحتوية على الغليفوسات . ^{[ 390 ]} ومن القضايا الأخرى المطروحة براءات اختراع الحياة ^{[ 391 ]} واستخدام حقوق الملكية الفكرية . ^{[ 392 ]}

توجد اختلافات كبيرة في تقبّل المستهلكين للأغذية المعدلة وراثيًا، حيث يميل الأوروبيون إلى النظر إليها بنظرة سلبية أكثر من سكان أمريكا الشمالية. ^{[ 393 ]} ظهرت الأغذية المعدلة وراثيًا في ظل تراجع ثقة الجمهور بسلامة الغذاء، نتيجةً لمخاوف غذائية حديثة مثل اعتلال الدماغ الإسفنجي البقري وفضائح أخرى تتعلق بتنظيم الحكومات للمنتجات في أوروبا. ^{[ 394 ]} وقد ساهمت هذه المخاوف، إلى جانب حملات أطلقتها منظمات غير حكومية مختلفة ، في نجاح كبير في منع أو الحد من استخدام المحاصيل المعدلة وراثيًا. ^{[ 395 ]} وقد صرّحت منظمات غير حكومية مثل جمعية المستهلكين العضويين ، واتحاد العلماء المعنيين ، ^{[ 396 ] [ 397 ] [ 398 ]} ومنظمة السلام الأخضر وغيرها من الجماعات، بأن المخاطر لم تُحدد وتُدار بشكل كافٍ ^{[ 399 ]} وأن هناك تساؤلات لم تُجب عليها بشأن التأثير المحتمل طويل الأمد للأغذية المشتقة من الأغذية المعدلة وراثيًا على صحة الإنسان. يقترحون وضع ملصقات إلزامية ^{[ 400 ] [ 401 ]} أو فرض حظر مؤقت على هذه المنتجات. ^{[ 388 ] [ 386 ] [ 402 ]}