Biotechnologie wordt vaak beschouwd als synoniem voor biomedisch onderzoek, maar er zijn veel andere industrieën die profiteren van biotech-methoden voor het bestuderen, klonen en veranderen van genen. We zijn eraan gewend geraakt enzymen in ons dagelijks leven, en veel mensen zijn bekend met de controverses rond het gebruik van GGO's in ons voedsel. De landbouwindustrie staat centraal in dat debat, maar sinds de dagen van George Washington Carver, biotech in de landbouw heeft talloze nieuwe producten geproduceerd die het potentieel hebben om ons leven voor de wereld te veranderen beter.
Orale vaccins zijn al vele jaren in de maak als een mogelijke oplossing voor de verspreiding van ziekten in onderontwikkelde landen, waar de kosten voor wijdverbreide vaccinatie onbetaalbaar zijn. Genetisch gemanipuleerde gewassen, meestal fruit of groenten, ontworpen om antigene eiwitten van infectieuze pathogenen te vervoeren, die bij inname een immuunrespons zullen veroorzaken.
Een voorbeeld hiervan is een patiëntspecifiek vaccin voor de behandeling van kanker. Er is een anti-lymfoomvaccin gemaakt met tabaksplanten die RNA dragen van gekloonde kwaadaardige B-cellen. Het resulterende eiwit wordt vervolgens gebruikt om de patiënt te vaccineren en zijn immuunsysteem tegen kanker te versterken. Op maat gemaakte vaccins voor de behandeling van kanker zijn in preliminaire studies veelbelovend gebleken.
Planten worden gebruikt om antibiotica te produceren voor zowel mens als dier. Het tot expressie brengen van antibiotische eiwitten in veevoer, direct aan dieren gevoerd, is goedkoper dan de traditionele productie van antibiotica, maar deze praktijk brengt veel bio-ethiek problemen omdat het resultaat een wijdverbreid, mogelijk onnodig gebruik van antibiotica is, wat de groei van antibioticaresistente kan bevorderen bacterieel stammen.
Verschillende voordelen van het gebruik van planten om antibiotica voor mensen te produceren, zijn lagere kosten vanwege de grotere hoeveelheid product die kan worden geproduceerd uit planten versus eenfermentatie eenheid, gemak van zuivering en verminderd risico op besmetting in vergelijking met het gebruik van zoogdiercellen en kweekmedia.
Biotechnologie in de landbouw is meer dan het bestrijden van ziekten of verbetering van de voedselkwaliteit. Er zijn enkele puur esthetische toepassingen, en een voorbeeld hiervan is het gebruik van genidentificatie- en overdrachtstechnieken om de kleur, geur, grootte en andere kenmerken van bloemen te verbeteren.
Evenzo is biotech gebruikt om verbeteringen aan te brengen aan andere veel voorkomende sierplanten, met name struiken en bomen. Sommige van deze veranderingen zijn vergelijkbaar met die van gewassen, zoals het verbeteren van de koudebestendigheid van een soort tropische plant, zodat deze in noordelijke tuinen kan worden gekweekt.
De landbouwindustrie speelt een grote rol in de biobrandstofindustrie en levert de grondstoffen voor vergisting en raffinage van bio-olie, biodiesel en bio-ethanol. Er worden technieken voor genetische manipulatie en enzymoptimalisatie gebruikt om grondstoffen van betere kwaliteit te ontwikkelen voor een efficiëntere conversie en hogere BTU-output van de resulterende brandstofproducten. Hoogproductieve, energierijke gewassen kunnen de relatieve kosten in verband met oogsten en transport minimaliseren (per eenheid van energie afgeleid), wat resulteert in brandstofproducten van hogere waarde.
Het verbeteren van eigenschappen van planten en dieren door middel van traditionele methoden zoals kruisbestuiving, enten en kruisen is tijdrovend. Biotech-vooruitgang maakt het mogelijk om snel specifieke veranderingen door te voeren, op moleculair niveau door overexpressie of verwijdering van genen, of de introductie van vreemde genen.
Dit laatste is mogelijk met behulp van controlemechanismen voor genexpressie, zoals specifieke genpromotors en transcriptiefactoren. Methoden zoals marker-assisted selection verbeteren de efficiëntie van "gericht" fokken van dieren, zonder de controverse die normaal gesproken wordt geassocieerd met GGO's. Methoden voor het klonen van genen moeten ook soorten omvatten verschillen in de genetische code, de aanwezigheid of afwezigheid van introns en post-translationele modificaties zoals methylering.
Jarenlang de microbe Bacillus thuringiensis, dat een eiwit produceert dat giftig is voor insecten, met name de Europese maïsboorder, werd gebruikt voor het bestuiven van gewassen. Om de noodzaak van afstoffen te elimineren, ontwikkelden wetenschappers eerst transgene maïs die Bt-eiwit tot expressie brengt, gevolgd door Bt-aardappel en katoen. Bt-eiwit is niet giftig voor mensen en transgene gewassen maken het voor boeren gemakkelijker om kostbare plagen te vermijden. In 1999 ontstond er controverse over Bt-maïs vanwege een studie die suggereerde dat het stuifmeel migreerde naar kroontjes waar het monarchlarven doodde die het aten. Latere studies toonden aan dat het risico voor de larven erg klein was en de laatste jaren heeft de controverse over Bt-maïs de aandacht verlegd naar het onderwerp van opkomende resistentie tegen insecten.
Niet te verwarren ongedierte-resistentie, deze planten zijn tolerant in het toestaan van boeren om omringend onkruid te doden zonder hun gewas selectief te schaden. Het bekendste voorbeeld hiervan is de Roundup-Ready technologie, ontwikkeld door Monsanto. Roundup-Ready planten, voor het eerst geïntroduceerd in 1998 als GM-sojabonen, worden niet aangetast door het herbicide glyfosaat, dat in grote hoeveelheden kan worden aangebracht om andere planten in het veld te elimineren. De voordelen hiervan zijn besparingen in tijd en kosten die gepaard gaan met conventionele grondbewerking om onkruid te verminderen of meerdere toepassingen van verschillende soorten herbiciden om specifieke soorten onkruid te verwijderen selectief. Mogelijke nadelen zijn alle controversiële argumenten tegen GGO's.
Wetenschappers creëren genetisch veranderde voedingsmiddelen die voedingsstoffen bevatten waarvan bekend is dat ze helpen bij het bestrijden van ziekten of ondervoeding, om de menselijke gezondheid te verbeteren, vooral in onderontwikkelde landen. Een voorbeeld hiervan is Gouden rijst, dat bètacaroteen bevat, de voorloper van de productie van vitamine A in ons lichaam. Mensen die rijst eten, produceren meer vitamine A, een essentiële voedingsstof die in de voeding van de armen in Aziatische landen ontbreekt. Drie genen, twee van narcissen en één van een bacterie, die vier biochemische reacties kunnen katalyseren, werden in rijst gekloneerd om het te maken "gouden." De naam komt van de kleur van de transgene korrel als gevolg van overexpressie van bètacaroteen, wat de wortels hun sinaasappel geeft kleur.
Minder dan 20% van de aarde is bouwland, maar sommige gewassen zijn genetisch veranderd om ze toleranter te maken voor omstandigheden zoals zoutgehalte, koude en droogte. De ontdekking van genen in planten die verantwoordelijk zijn voor de opname van natrium heeft geleid tot de ontwikkeling van knock out planten die kunnen groeien in omgevingen met veel zout. Up- of downregulatie van transcriptie is over het algemeen de methode die wordt gebruikt om droogtetolerantie in planten te veranderen. Maïs- en koolzaadplanten, die onder droogte kunnen gedijen, bevinden zich in hun vierde jaar veldproeven in Californië en Colorado, en naar verwachting zullen ze over 4-5 op de markt komen jaar.
Spinzijde is de sterkste vezel die de mens kent, sterker dan Kevlar (gebruikt om kogelwerende vesten te maken), met een hogere treksterkte dan staal. In augustus 2000 kondigde het Canadese bedrijf Nexia de ontwikkeling aan van transgene geiten die spinzijde-eiwitten in hun melk produceerden. Hoewel dit het probleem van de massaproductie van de eiwitten oploste, werd het programma opgeschort toen wetenschappers er niet achter konden komen hoe ze in vezels konden worden gesponnen zoals spinnen. Tegen 2005 waren de geiten te koop voor iedereen die ze zou nemen. Hoewel het lijkt alsof het idee van spinzijde op de plank is gelegd, is het voorlopig een technologie dat zal in de toekomst zeker weer verschijnen, zodra er meer informatie wordt verzameld over hoe de zijde is geweven.