Plastidele sunt structuri specializate din celulele vegetale care produc și stochează alimente și pigmenți pentru celulă. Se crede că au evoluat din organisme unicelulare independente care trăiau simbiotic cu plantele în urmă cu peste un miliard de ani, ele conțin un număr mare de gene și produc o serie de proteine. Există mult interes în utilizarea plastidelor ca fabrici pentru producerea de proteine care sunt de interes farmaceutic.
Cele mai cunoscute plastide sunt cloroplastele, care sunt locul fotosintezei. Altele includ cromoplaste care stochează pigmenți, cum ar fi carotenoizii, care sunt responsabili pentru colorarea fructelor și florilor. Leucoplastele stochează amidon, lipide sau proteine - toate sursele potențiale de hrană. Rădăcinile de depozitare, precum cartofii și morcovii, pot conține leucoplaste pline de amidon. Tipurile de plastide se pot interconverti, devenind alte tipuri de plastide, in functie de starea celulei.
Cloroplastele conțin pigmentul clorofilă, care absoarbe lumina și dă o culoare verde frunzelor. Clorofila captează energia din lumina soarelui și o folosește pentru a separa hidrogenul de oxigenul din apă. Aceasta produce oxigenul pe care oamenii și animalele îl respiră. Hidrogenul este încorporat în dioxidul de carbon din aer. Acest proces de fotosinteză produce glucoză și alți compuși pe care planta îi folosește pentru metabolism.
Țesuturile vegetale pot avea un număr mare de plastide în citoplasmă; o celulă poate avea peste 50 dintre ele. Acestea se formează din divizarea plastidelor existente și sunt moștenite doar de la un părinte.
Plastidele au o membrană dublă internă care le separă de restul celulei. În cadrul acestei membrane se află o mulțime de caracteristici specializate, cum ar fi o serie de membrane suplimentare și plastomul, sau ADN-ul total al plastidei. Acest genom plastid codifică aproximativ 100 dintre genele necesare plastidei, dar restul sunt codificate de nucleul celulei. Astfel, plastida nu este total independentă de restul celulei, chiar dacă se împarte separat.
Există cercetări agresive pentru a utiliza cloroplastele ca sursă de producție pentru compuși biologici, cum ar fi enzimele și anticorpii. Transformarea plastidelor are un mare avantaj față de metodele tradiționale de inginerie genetică a plantelor, deoarece plastidele nu se găsesc în polen în majoritatea cazurilor. Astfel, acestea nu ar trebui să se răspândească la plantele învecinate, iar plantele modificate genetic ar fi izolate. Acest lucru ar trebui să ajute la atenuarea preocupărilor cu privire la răspândirea genelor modificate în mediu.
Introducerea genelor în plastidă este mult mai complicată decât metodele tradiționale de introducere a genelor în nucleul celulei, deoarece fiecare celulă poate avea mai mult de 1,000 de plastomi. Fiecare trebuie să fie modificat în același mod pentru ca această tehnică să aibă succes. Când are succes, totuși, gena introdusă poate cuprinde până la 25% din întreaga proteină celulară. În plus, plantele sunt capabile să modifice proteinele pe care bacteriile nu le pot, oferindu-le un avantaj față de producția în sistemele de supraexpresie bacteriană.
Câteva specii diferite de plante și-au transformat plastidele cu succes. Transformarea plastidelor embrionilor de plante, sau celulelor tinere, este adesea realizată cu un pistol de particule. Această tehnică acoperă particule de aur sau tungsten cu ADN și apoi le împușcă în țesut. ADN-ul folosit este o plasmidă, o unitate circulară de ADN care conține gena dorită. De asemenea, va conține o secvență de ADN care îi permite să se replice în celulă și o genă pentru rezistența la antibiotice pentru a identifica celulele care au fost transformate.