đất
Khoáng sản thu được trong công nghiệp ở dạng quặng, dầu, khí... và thường sau đó được tinh chế và biến đổi hóa học. Nhiều khoáng sản trong tự nhiên có giới hạn và sẽ cạn dần trong tương lai. Một trong những suy nghĩ cách mạng nhất là sử dụng cây biến đổi gen để cung cấp nguyên liệu cho công nghiệp: carbohydrate, chất béo và thậm chí là chất tổng hợp. Những cây này được trồng, thu hoạch và sử dụng làm nguyên liệu cho công nghiệp hóa học. Hiện nay, nhiều dự án theo hướng này đang được thực hiện.
2.3.1. Carbohydrate và acid béo là nguồn nguyên liệu
Trong tương lai tinh bột biến đổi cho sản xuất chất dính và nguyên liệu cho các mục đích khác có ý nghĩa trong công nghiệp. Cellulose là nguyên liệu cần cho sản xuất giấy và pectin cần cho chất keo và chất làm kín. Thay đổi hướng trao đổi chất có thể tăng tỷ lệ một carbohydrate nào đó và cây biến đổi gen sẽ tạo ra một lượng lớn chất này. Đây cũng là một đóng góp quan trọng để bảo vệ môi trường.
Chất béo và dầu là những nguyên liệu công nghiệp quan trọng. Cho đến nay chất béo và dầu thu được từ thực vật chưa đáp ứng nhu cầu. Ví dụ hằng năm khoảng 80% mỡ và dầu (khoảng 75 triệu tấn) dùng cho sản xuất thực phẩm, và chỉ có 15 triệu tấn sử dụng cho công nghiệp. Một nguyên nhân là do chất béo và dầu có giá cao gấp đôi so với dầu công nghiệp.
Sự tổng hợp chất béo là một quá trình phức tạp, xảy ra ở trong nhiều vị trí khác nhau của tế bào. Thực tế cho thấy, tổng hợp một acid béo nào đó đạt cao hơn, khi chất này được vận chuyển và tích lũy vào vật chứa phù hợp (ví dụ: hạt). Về thay đổi thành phần chất béo đã có một loạt các dự án, ví dụ làm giảm độ no các acid béo của cây cải dầu bằng kỹ thuật antisense hoặc sử dụng các gen để tạo nên petroselic acid, cho mục đích sản xuất polymer. Sự kéo dài chuỗi carbon của acid béo để sản xuất dầu mỡ cho máy móc và chất làm mềm.
2.3.2. Chất tổng hợp
Nhiều loài vi khuẩn tạo ra chất dự trữ là polyester, ví dụ polyhydroxy acid butyric [poly (3HB)]. Chất này không độc và có thể phân giải hoàn toàn bằng phương pháp sinh học. Chúng có đặc điểm tương tự polypropyle và vì vậy phù hợp cho sản xuất plastic. Ngoài việc sản xuất “bioplastic” trong vi khuẩn, gần đây người ta đã bắt đầu tạo cây chuyển gen để sản xuất hợp chất poly (3HB). Vấn đề này bước đầu đã không thành công, cây đã tạo ra được poly (3HB), tuy nhiên cây biểu hiện sự phát triển kém. Khi người ta chuyển 3 gen mã hóa cho poly (3HB) có nguồn gốc từ Ralstonia eutropha
vào lạp thể của Arabidopsis thaliana thì thu được cây phát triển bình thường và sản sinh ra poly (3HB) và chất này đạt đến 14% khối lượng khô. Một sự cải tiến tiếp theo được thực hiện trong một nghiên cứu mới bằng việc sử dụng 4 gen. Ở Arabidopsis thaliana và cây cải dầu, chất trung gian để tổng hợp chất béo và amino acid được biến đổi để tổng hợp plastic có hiệu quả hơn.
2.3.3. Protein thực vật
Việc sản xuất protein trong thực vật dễ dàng, nhưng làm sạch protein từ mô thực vật khá khó khăn và trước hết là giá thành cao. Vì vậy, người ta hy vọng vào một phương pháp mới, được giới thiệu bởi Raskin và cộng sự năm 1999. Những gen mã hóa cho protein được gắn với một promoter và đảm bảo cho protein chỉ được tổng hợp ở rễ. Tiếp theo protein tạo thành có một hệ thống tín hiệu, đảm bảo cho nó được vận chuyển vào một vị trí xác định trong tế bào. Trong trường hợp đặc biệt protein được vận chuyển vào mạng lưới nội sinh chất.
Protein đi vào mạng lưới nội chất (ER) có thể được thải ra bên ngoài và chỉ ở vùng rễ, vì promoter chỉ đặc hiệu cho vùng này. Người ta dùng một số dung dịch muối để tách protein một cách dễ dàng và với giá thành hợp lý.
2.3.4. Cải tạo đất
Nồng độ chất độc cao (kim loại nặng hoặc các chất thải) ở trong đất thường là hậu quả của quá trình sản xuất công nghiệp. Các chất này phải được đốt cháy hoặc phân giải nhờ vi khuẩn. Các quá trình này đắt tiền và nguy hiểm cho người lao động. Vì vậy, gần đây cây biến đổi gen đã được sử dụng để loại bỏ các chất độc. Năm 1999, lần đầu tiên đã thành công trong
việc sử dụng cây chuyển gen để phân giải TNT (trinitrotoluene), trong đó người ta tạo dòng gen sản xuất enzyme vi khuẩn (pentathritol- tetranitratreductase) trong cây thuốc lá, enzyme này phân giải TNT và chất tương tự GTN (glyceryl trinitrate) thành những chất không độc.
Tiếp theo, người ta đã chuyển một gen vi khuẩn mã hóa cho enzyme phân giải thủy ngân Hg-reductase vào cây họ hàng với mộc lan. Cây này hút ion Hg từ đất và biến đổi nó thành kim loại ít độc hơn. Việc loại các kim loại nặng như chì, uran và cadium với cây biến đổi gen đã được thực hiện. Với hệ thống rễ một số loại thực vật có thể hút các kim loại và tích lũy trong các phần trên mặt đất của nó, những phần này sau đó được loại trừ dễ dàng. Một phương thức để nâng cao các quá trình tự nhiên là tăng cường hô hấp của cây, vì kim loại nặng cùng với dòng nước đi lên các bộ phận trên mặt đất.