Останнім часом у розробці біотехнологічних процесів все ширше використовують методи генетичної та клітинної інженерії, що дає можливість одержувати різноманітні сполуки та препарати: захисні білки-інтерферони, гормони (інсулін, гормон росту та інші), вакцини проти вірусних захворювань (інфекційного гепатиту В, ящуру, аденовірусів та ін.) тощо.

Генетична (генна) інженерія - це прикладна галузь молекулярної генетики та біохімії, яка розробляє методи перебудови геномів організмів вилученням або введенням окремих генів чи їхніх груп: синтез генів поза організмом; виділення з клітин та перебудову окремих генів або їхніх частин; копіювання та розмноження виділених або синтезованих генів; введення генів чи їхніх груп у геном інших організмів; експериментальне поєднання різних геномів в одній клітині.

Об'єктами досліджень цієї галузі є переважно прокаріоти, хоча вчені працюють і з генами еукаріот. Так, тривають експерименти із перенесенням генів еукаріот у клітини бактерій. У геном бактерій було введено гени, які кодують інсулін пацюка та людини, гени рРНК дрозофіли та жаби тощо. Вбудовані гени нормально зчитуються в клітині бактерії, завдяки чому вона синтезує відповідні сполуки (гормон інсулін, рРНК). Подібні методи застосовують у біотехнології. Наприклад, у клітинах бактерії - кишкової палички - синтезовано інсулін людини, необхідний у лікуванні цукрового діабету. Методами генетичної інженерії одержано білки-інтерферони, які захищають організм людини і тварин від вірусних захворювань (припиняють розмноження вірусів), гормон росту, що дає можливість лікувати деякі форми карликовості. Перелік медичних препаратів, вироблених за допомогою методів генетичної інженерії, щорічно зростає.

Синтез генів поза організмом уперше здійснив у 1969 році в США індійський учений Г.Хорана (ген аланінової тРНК дріжджів, який складається з 77 пар нуклеотидів). Згодом дослідникові вдалося синтезувати функціонально активні гени бактеріофагів. Але штучний синтез генів - досить складний процес, особливо якщо вони складаються з великої кількості нуклеотидів. Тому гени простіше виділяти з геному організмів. Наприклад, у 1969 році вперше вдалося за допомогою бактеріофагів виділити в чистому вигляді гени кишкової палички.

Як переносників синтезованих або виділених генів, крім вірусів, використовують плазміди (отримані головним чином з бактерій). Плазміди - позахромо-сомні фактори спадковості, генетичні елементи, здатні існувати у клітині в стані, не пов'язаному з хромосомами. Вони (наприклад, генетичний апарат мітохонд-рій, хлоропластів) найчастіше являють собою кільцеві дволанцюгові молекули ДНК.

Одну з можливих схем перенесення певного гена до клітини бактерії наведено на мал.98. Із клітин, які містять у своєму геномі певний ген, виділяють ІРНК, на якій, як на матриці, синтезують нитку комплементарної ДНК. Унаслідок цього виникає ДНК-РНК-комплекс, з якого вилучають ІРНК, а на нитці ДНК, що залишилася, синтезують за принципом комплементарності другу нитку. Створену таким чином молекулу ДНК вбудовують у кільцеву молекулу ДНК плазміди, яка слугує переносником.