• जैव प्रौद्योगिकी (Bio Technology) वह तकनीक है जो विभिन्न उत्पादों को विकसित करने या बनाने के लिए जैविक प्रणालियों, जीवित जीवों या इसके कुछ हिस्सों का उपयोग करती है।
• ब्रेड बनाना और पकाना उन प्रक्रियाओं के उदाहरण हैं जो जैव प्रौद्योगिकी (वांछित उत्पाद का उत्पादन करने के लिए खमीर (= जीवित जीव) का उपयोग) की अवधारणा के अंतर्गत आते हैं।
  
  • ऐसी पारंपरिक प्रक्रियाएं आम तौर पर जीवित जीवों को उनके प्राकृतिक रूप में (या आगे प्रजनन द्वारा विकसित) उपयोग करती हैं, जबकि जैव प्रौद्योगिकी के अधिक आधुनिक रूप में आम तौर पर जैविक प्रणाली या जीव का अधिक उन्नत संशोधन शामिल होगा।
• 1970 के दशक में आनुवंशिक इंजीनियरिंग के विकास के साथ, जीवों की आनुवंशिक सामग्री (डीएनए) में परिवर्तन करने की नई संभावना के कारण जैव प्रौद्योगिकी (और चिकित्सा, जीव विज्ञान आदि जैसे अन्य संबंधित क्षेत्रों) में अनुसंधान तेजी से विकसित हुआ।
• जैव प्रौद्योगिकी आनुवंशिक रूप से संशोधित सूक्ष्मजीवों, कवक, पौधों और जानवरों का उपयोग करके बायोफार्मास्यूटिकल्स और जैविक के औद्योगिक पैमाने पर उत्पादन से संबंधित है।
• जैव प्रौद्योगिकी के अनुप्रयोगों में चिकित्सीय, निदान, कृषि के लिए आनुवंशिक रूप से संशोधित फसलें, प्रसंस्कृत भोजन, बायोरेमेडिएशन, अपशिष्ट उपचार और ऊर्जा उत्पादन शामिल हैं।

कृषि

• पारंपरिक खेती का विकल्प: आनुवंशिक रूप से संशोधित फसलों का उपयोग एक संभावित समाधान है। यह पारंपरिक खेती का एक वैकल्पिक मार्ग है।
  
  • आनुवंशिकी की समझ किसानों को अपने खेतों से अधिकतम उपज प्राप्त करने और उर्वरकों और रसायनों के उपयोग को कम करने में सक्षम कर सकती है ताकि पर्यावरण पर उनके हानिकारक प्रभाव को कम किया जा सके।
• आनुवंशिक रूप से संशोधित जीव (जीएमओ) : पौधे, बैक्टीरिया, कवक और जानवर जिनके जीन में हेरफेर द्वारा परिवर्तन किया गया है, उन्हें आनुवंशिक रूप से संशोधित जीव (जीएमओ) कहा जाता है। जीएम पौधे कई मायनों में उपयोगी रहे हैं। आनुवंशिक संशोधन में है:
  
  • फसलों को अजैविक तनावों (ठंड, सूखा, नमक, गर्मी) के प्रति अधिक सहिष्णु बनाया।
  • रासायनिक कीटनाशकों (कीट-प्रतिरोधी फसलें) पर निर्भरता कम हुई।
  • फसल कटाई के बाद होने वाले नुकसान को कम करने में मदद मिली।
  • पौधों द्वारा खनिज उपयोग की दक्षता में वृद्धि (यह मिट्टी की उर्वरता को जल्दी ख़त्म होने से रोकती है)।
  • भोजन के पोषण मूल्य में वृद्धि, जैसे, सुनहरा चावल, यानी विटामिन ‘ए’ से समृद्ध चावल।
• आनुवंशिक रूप से संशोधित जैव कीटनाशक : बीटी विष बैसिलस थुरिंजिएन्सिस (संक्षेप में बीटी) नामक जीवाणु द्वारा निर्मित होता है।
  
  • बीटी टॉक्सिन जीन को बैक्टीरिया से क्लोन किया गया है और कीटनाशकों की आवश्यकता के बिना कीड़ों को प्रतिरोध प्रदान करने के लिए पौधों में व्यक्त किया गया है
  • वास्तव में एक जैव-कीटनाशक बनाया गया। उदाहरण बीटी कपास, बीटी मक्का, चावल, टमाटर, आलू और सोयाबीन आदि बीटी कपास हैं।
  • बैसिलस थुरिंजिएन्सिस के कुछ उपभेद प्रोटीन का उत्पादन करते हैं जो कुछ कीड़ों जैसे लेपिडोप्टेरान (तंबाकू बडवर्म, आर्मीवर्म), कोलोप्टेरान (बीटल) और डिप्टेरान (मक्खी, मच्छर) को मार देते हैं।
  • बी. थुरिंगिएन्सिस अपने विकास के एक विशेष चरण के दौरान प्रोटीन क्रिस्टल बनाते हैं। इन क्रिस्टलों में विषैला कीटनाशक प्रोटीन होता है।
• कीट प्रतिरोधी पौधे: कई नेमाटोड मनुष्यों सहित विभिन्न प्रकार के पौधों और जानवरों को परजीवी बनाते हैं।
  
  • नेमाटोड मेलोइडोगाइन इन्कॉगनिटा तम्बाकू के पौधों की जड़ों को संक्रमित करता है और उपज में भारी कमी का कारण बनता है।
  • इस संक्रमण को रोकने के लिए एक नवीन रणनीति अपनाई गई जो आरएनए हस्तक्षेप (आरएनएआई) की प्रक्रिया पर आधारित थी।
  • आरएनएआई सभी यूकेरियोटिक जीवों में सेलुलर रक्षा की एक विधि के रूप में होता है।
  • इस विधि में एक पूरक डीएसआरएनए अणु के कारण एक विशिष्ट एमआरएनए को शांत करना शामिल है जो एमआरएनए (साइलेंसिंग) से जुड़ता है और उसके अनुवाद को रोकता है।

दवा

• पुनः संयोजक डीएनए तकनीकी प्रक्रियाओं ने स्वास्थ्य देखभाल के क्षेत्र में अत्यधिक प्रभाव डाला है। यह सुरक्षित और अधिक प्रभावी चिकित्सीय दवाओं के बड़े पैमाने पर उत्पादन को सक्षम बनाता है।
• पुनः संयोजक चिकित्सा विज्ञान अवांछित प्रतिरक्षाविज्ञानी प्रतिक्रियाओं को प्रेरित नहीं करता है जैसा कि गैर-मानवीय स्रोतों से पृथक समान उत्पादों के मामले में आम है।

आनुवंशिक रूप से इंजीनियर इंसुलिन

• नियमित समय अंतराल पर इंसुलिन लेने से वयस्क-शुरुआत मधुमेह का प्रबंधन संभव है।
• इंसुलिन में दो छोटी पॉलीपेप्टाइड श्रृंखलाएं होती हैं: श्रृंखला ए और श्रृंखला बी, जो डाइसल्फ़ाइड पुलों द्वारा एक साथ जुड़ी होती हैं।
• मनुष्यों सहित स्तनधारियों में, इंसुलिन को प्रोहॉर्मोन के रूप में संश्लेषित किया जाता है।
  
  • प्रो-एंजाइम की तरह, प्रो-हार्मोन को भी पूरी तरह से परिपक्व और कार्यात्मक हार्मोन बनने से पहले संसाधित करने की आवश्यकता होती है) जिसमें सी पेप्टाइड नामक एक अतिरिक्त खिंचाव होता है।
• सी पेप्टाइड परिपक्व इंसुलिन में मौजूद नहीं होता है और इंसुलिन में परिपक्वता के दौरान हटा दिया जाता है।
• आरडीएनए तकनीकों का उपयोग करके इंसुलिन के उत्पादन के लिए मुख्य चुनौती इंसुलिन को परिपक्व रूप में इकट्ठा करना था।

पित्रैक उपचार

• यदि कोई व्यक्ति वंशानुगत बीमारी के साथ पैदा हुआ है, तो क्या ऐसी बीमारी के लिए सुधारात्मक चिकित्सा ली जा सकती है? जीन थेरेपी ऐसा करने का एक प्रयास है।
• जीन थेरेपी विधियों का एक संग्रह है जो एक बच्चे/भ्रूण में निदान किए गए जीन दोष को ठीक करने की अनुमति देता है।
• किसी बीमारी का इलाज करने के लिए जीन को व्यक्ति की कोशिकाओं और ऊतकों में डाला जाता है।
• आनुवंशिक दोष के सुधार में गैर-कार्यात्मक जीन के कार्य को संभालने और उसकी भरपाई करने के लिए व्यक्ति या भ्रूण में एक सामान्य जीन की डिलीवरी शामिल होती है।

एडेनोसिन डेमिनमिनस (एडीए) की कमी का इलाज

• प्रतिरक्षा प्रणाली के कार्य करने के लिए एडेनोसिन डेमिनमिनस एंजाइम महत्वपूर्ण है।
• यह विकार एडेनोसिन डेमिनमिनस जीन के नष्ट होने के कारण होता है।
• जीन थेरेपी के माध्यम से, रोगी के रक्त से लिम्फोसाइट्स को शरीर के बाहर एक संस्कृति में विकसित किया जाता है।
• फिर एक कार्यात्मक एडीए सीडीएनए (रेट्रोवायरल वेक्टर का उपयोग करके) इन लिम्फोसाइटों में डाला जाता है, जो बाद में रोगी को वापस कर दिया जाता है।
• हालाँकि, रोगी को ऐसे आनुवंशिक रूप से इंजीनियर लिम्फोसाइटों के आवधिक जलसेक की आवश्यकता होती है।
• यदि एडीए का उत्पादन करने वाली मज्जा कोशिकाओं से पृथक जीन को प्रारंभिक भ्रूण अवस्था में कोशिकाओं में पेश किया जाता है, तो यह एक स्थायी इलाज हो सकता है।

आणविक निदान

• किसी बीमारी के प्रभावी उपचार के लिए शीघ्र निदान और उसकी पैथोफिजियोलॉजी को समझना बहुत महत्वपूर्ण है।
• निदान के पारंपरिक तरीकों (सीरम और मूत्र विश्लेषण, आदि) का उपयोग करके शीघ्र पता लगाना संभव नहीं है। कुछ तकनीकें जो शीघ्र निदान के उद्देश्य को पूरा करती हैं वे हैं:
  
  • पुनः संयोजक डीएनए प्रौद्योगिकी,
  • पॉलिमरेज़ चेन रिएक्शन (पीसीआर) और
  • एंजाइम लिंक्ड इम्यूनो-सॉर्बेंट परख (एलिसा)।
• किसी रोगज़नक़ (बैक्टीरिया, वायरस, आदि) की उपस्थिति का संदेह आमतौर पर तभी किया जाता है जब रोगज़नक़ ने कोई रोग लक्षण उत्पन्न किया हो।
• हालाँकि, शरीर में रोगजनकों की सांद्रता पहले से ही बहुत अधिक है।
• आणविक निदान के साथ, पीसीआर द्वारा उनके न्यूक्लिक एसिड के प्रवर्धन द्वारा बैक्टीरिया या वायरस की बहुत कम सांद्रता का पता लगाया जा सकता है।

एचआईवी का निदान

• संदिग्ध एड्स रोगियों में एचआईवी का पता लगाने के लिए अब पॉलीमरेज़ चेन रिएक्शन (पीसीआर) का नियमित रूप से उपयोग किया जाता है।
• इसका उपयोग संदिग्ध कैंसर रोगियों में जीन में उत्परिवर्तन का पता लगाने के लिए भी किया जा रहा है।
• पीसीआर कई अन्य आनुवंशिक विकारों की पहचान करने की एक शक्तिशाली तकनीक है।
• रेडियोधर्मी अणु (जांच) के साथ टैग किए गए एक एकल फंसे हुए डीएनए या आरएनए को कोशिकाओं के क्लोन में इसके पूरक डीएनए को संकरण करने की अनुमति दी जाती है।
• इसके बाद ऑटोरैडियोग्राफी का उपयोग करके पता लगाया जाता है।
• इसलिए उत्परिवर्तित जीन वाला क्लोन फोटोग्राफिक फिल्म पर दिखाई नहीं देगा, क्योंकि जांच में उत्परिवर्तित जीन के साथ पूरकता नहीं होगी।
• एलिसा एंटीजन-एंटीबॉडी इंटरैक्शन के सिद्धांत पर आधारित है।
• रोगज़नक़ द्वारा संक्रमण का पता एंटीजन (प्रोटीन, ग्लाइकोप्रोटीन, आदि) की उपस्थिति से या रोगज़नक़ के खिलाफ संश्लेषित एंटीबॉडी का पता लगाकर लगाया जा सकता है।

सीआरआईएसपीआर प्रौद्योगिकी

• यह जीनोम संपादन के लिए एक सरल लेकिन शक्तिशाली उपकरण है। यह शोधकर्ताओं को डीएनए अनुक्रमों को आसानी से बदलने और जीन फ़ंक्शन को संशोधित करने की अनुमति देता है।
• CRISPR-Cas9 को बैक्टीरिया में प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले जीनोम संपादन प्रणाली से अनुकूलित किया गया था।
• बैक्टीरिया हमलावर वायरस से डीएनए के टुकड़े पकड़ते हैं और उनका उपयोग डीएनए खंड बनाने के लिए करते हैं जिन्हें सीआरआईएसपीआर सरणियों के रूप में जाना जाता है।
• CRISPR सरणियाँ बैक्टीरिया को वायरस को याद रखने की अनुमति देती हैं
• यदि वायरस दोबारा हमला करते हैं, तो बैक्टीरिया वायरस के डीएनए को लक्षित करने के लिए सीआरआईएसपीआर सरणियों से आरएनए खंड उत्पन्न करते हैं।
• सिस्टिक फाइब्रोसिस, हीमोफिलिया और सिकल सेल रोग जैसे एकल-जीन विकारों सहित विभिन्न प्रकार की बीमारियों पर शोध में इसका पता लगाया जा रहा है।

ट्रांसजेनिक पशु

• जिन जानवरों के डीएनए में एक अतिरिक्त (विदेशी) जीन रखने और उसे व्यक्त करने के लिए हेरफेर किया गया है, उन्हें ट्रांसजेनिक जानवर कहा जाता है।
• ट्रांसजेनिक चूहे, खरगोश, सूअर, भेड़, गाय और मछली का उत्पादन किया गया है, हालाँकि सभी मौजूदा ट्रांसजेनिक जानवरों में से 95 प्रतिशत से अधिक चूहे हैं। उनकी अनेक उपयोगिताएँ हैं।
  
  • सामान्य शरीर क्रिया विज्ञान और विकास: ट्रांसजेनिक जानवरों को विशेष रूप से इस अध्ययन के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है कि जीन कैसे विनियमित होते हैं, और वे शरीर के सामान्य कार्यों और उसके विकास को कैसे प्रभावित करते हैं।
    
    • उदाहरण के लिए वृद्धि में शामिल जटिल कारकों का अध्ययन, जैसे इंसुलिन जैसा वृद्धि कारक।
    • अन्य प्रजातियों के जीनों को शामिल करके जो इस कारक के गठन को बदलते हैं और इसके परिणामस्वरूप होने वाले जैविक प्रभावों का अध्ययन करते हैं, शरीर में कारक की जैविक भूमिका के बारे में जानकारी प्राप्त की जाती है।
  • रोग का अध्ययन: कई ट्रांसजेनिक जानवरों को हमारी समझ बढ़ाने के लिए डिज़ाइन किया गया है कि जीन रोग के विकास में कैसे योगदान करते हैं।
    
    • इन्हें विशेष रूप से मानव रोगों के लिए मॉडल के रूप में काम करने के लिए बनाया गया है ताकि रोगों के लिए नए उपचारों की जांच संभव हो सके।
    • आज कैंसर, सिस्टिक फाइब्रोसिस, रुमेटीइड गठिया और अल्जाइमर जैसी कई मानव बीमारियों के लिए ट्रांसजेनिक मॉडल मौजूद हैं।
  • जैविक उत्पाद: कुछ मानव रोगों के इलाज के लिए आवश्यक दवाओं में जैविक उत्पाद शामिल हो सकते हैं, लेकिन ऐसे उत्पादों को बनाना अक्सर महंगा होता है।
    
    • उपयोगी जैविक उत्पादों का उत्पादन करने वाले ट्रांसजेनिक जानवरों को डीएनए के हिस्से की शुरूआत द्वारा बनाया जा सकता है।
    • ये डीएनए किसी विशेष उत्पाद जैसे मानव प्रोटीन (α-1-एंटीट्रिप्सिन) के लिए कोड करते हैं जिनका उपयोग वातस्फीति के इलाज के लिए किया जाता है।
    • फेनिलकेटोनुरिया (पीकेयू) और सिस्टिक फाइब्रोसिस के इलाज के लिए भी इसी तरह के प्रयास किए जा रहे हैं।
    • 1997 में, पहली ट्रांसजेनिक गाय, रोज़ी, ने मानव प्रोटीन-समृद्ध दूध का उत्पादन किया।
    • दूध में मानव अल्फा-लैक्टलबुमिन होता था और यह प्राकृतिक गाय के दूध की तुलना में मानव शिशुओं के लिए पोषण संबंधी अधिक संतुलित उत्पाद था।
  • वैक्सीन सुरक्षा: मनुष्यों पर उपयोग करने से पहले टीकों की सुरक्षा का परीक्षण करने के लिए ट्रांसजेनिक चूहों को विकसित किया जा रहा है।
    
    • पोलियो वैक्सीन की सुरक्षा का परीक्षण करने के लिए ट्रांसजेनिक चूहों का उपयोग किया जा रहा है।
    • यदि सफल और विश्वसनीय पाया गया, तो वे वैक्सीन के बैचों की सुरक्षा का परीक्षण करने के लिए बंदरों के उपयोग की जगह ले सकते हैं।
  • रासायनिक सुरक्षा परीक्षण: इसे विषाक्तता/सुरक्षा परीक्षण के रूप में जाना जाता है।
    
    • यह प्रक्रिया वही है जो दवाओं की विषाक्तता के परीक्षण के लिए उपयोग की जाती है।
    • ट्रांसजेनिक जानवर ऐसे बनाए जाते हैं जिनमें ऐसे जीन होते हैं जो उन्हें गैर-ट्रांसजेनिक जानवरों की तुलना में विषाक्त पदार्थों के प्रति अधिक संवेदनशील बनाते हैं।
    • फिर उन्हें जहरीले पदार्थों के संपर्क में लाया जाता है और उनके प्रभावों का अध्ययन किया जाता है।
    • ऐसे जानवरों में विषाक्तता परीक्षण हमें कम समय में परिणाम प्राप्त करने की अनुमति देगा।