Rekombinante Bakterien sind gentechnisch veränderte Bakterien. Das bedeutet, dass ihre DNA durch die Einführung neuer DNA verändert wurde. Solche Bakterien sind von immensem Wert in der biologischen Forschung und für industrielle und Umweltanwendungen.
Neue DNA wird oft in ein Vehikel eingeführt, das als Vektor bekannt ist. Dies kann ein Plasmid oder ein Virus sein. Das Plasmid hat eine Art selektierbarer Marker, damit die Zellen ihn weiterhin produzieren. Oft handelt es sich um Antibiotikaresistenzen. Es ist auch möglich, ein Gen direkt in die bakterieneigene DNA einzubringen.
Wenn ein neues Gen kloniert wird, wird es häufig in einem Mikroorganismus und häufig in Bakterien exprimiert. Die Laborratte der Bakterienwelt ist Escherichia coli, die häufig in unserem Darm vorkommt. Für Klonierungsexperimente stehen viele Stämme von E. coli zur Verfügung.
Es sind viele Klonierungskits erhältlich, die ein hohes Maß an Expression von Protein ermöglichen, das von einem klonierten Gen in E. coli produziert wird. Dies wird als Überexpression bezeichnet. In der Grundlagenforschung tragen solche Techniken dazu bei, genügend Material zur Verfügung zu stellen, um die Funktion und Eigenschaften des Genprodukts zu untersuchen.
Überexpressionstechniken in rekombinanten Bakterien waren für verschiedene Industrien von großem Nutzen. Sie haben die Herstellung von Materialien ermöglicht, die nur sehr schwer aus natürlichen Quellen zu isolieren sind. Auch die Isolierung von Verbindungen aus dem Menschen riskiert die Ausbreitung von Krankheiten. Viele Proteine von medizinischer Bedeutung wurden auf diese Weise kommerziell hergestellt. Beispiele hierfür sind Insulin, menschliches Wachstumshormon und das Anti-Anämie-Medikament Erythropoietin.
Viele andere Bakterienarten können genetisch verändert werden. Dies schließt diejenigen ein, die unter extremeren Umweltbedingungen leben können, wie beispielsweise verschmutztem Abwasser. Oft erfordert der Prozess der Herstellung einer Chemikalie oder des Abbaus mehrere verschiedene chemische Schritte. Wissenschaftlern ist es gelungen, einige rekombinante Bakterien mit den Genen für ganze Wege für die Biosynthese oder den biologischen Abbau von Verbindungen zu entwickeln.
Genetisch veränderte Bakterien finden Anwendung in der Bioremediation. Dies ist die Praxis, Organismen zu verwenden, um von Menschen verursachte Verschmutzungen zu behandeln. Bakterien und Pilze werden seit Jahrzehnten zur Abwasserreinigung und Dekontaminierung von mit organischen Schadstoffen belasteten Gewässern und Böden eingesetzt. Mit dem Aufkommen der Gentechnik ist es jedoch möglich, rekombinante Bakterien so zu gestalten, dass sie Schadstoffe unter Bedingungen abbauen, die unveränderte Mikroorganismen als ungünstig empfinden.
Bakterien können giftige Metalle besonders gut aufnehmen. Die Behandlung von kontaminiertem Boden und festen Abfällen erfolgt im Allgemeinen in einem großen Tank, der als Bioreaktor bekannt ist. Dies ist eine Möglichkeit, die rekombinanten Bakterien einzudämmen, damit sie nicht in die Umwelt entweichen. Es erleichtert auch die Optimierung der Umgebungsbedingungen auf solche, die das Wachstum der Bakterien begünstigen. Außerdem können neue Bakterienstämme geschaffen werden, um Verbindungen abzubauen, die zuvor sehr widerstandsfähig gegen Abbau waren.