जैव प्रौद्योगिकी एवं आनुवंशिक अभियांत्रिकी

सार्वजनिक अनुभाग पूर्वावलोकन

7.1 पुनर्संयोजक DNA प्रौद्योगिकी

पुनर्संयोजक DNA (rDNA) बनाने के चरण

लक्ष्य जीन अलग करना — दाता जीव से (विशिष्ट अनुक्रमों पर काटने वाले प्रतिबंध एंजाइमों का उपयोग करके)।
वेक्टर काटना (सामान्यतः प्लाज्मिड या वायरल DNA) उसी प्रतिबंध एंजाइम से।
लाइगेशन (जोड़ना) — DNA ligase का उपयोग करके लक्ष्य जीन को वेक्टर में → पुनर्संयोजक DNA।
रूपांतरण — ताप आघात, विद्युत छिद्रण द्वारा पुनर्संयोजक वेक्टर को होस्ट कोशिका (बैक्टीरिया, यीस्ट) में प्रविष्ट।
क्लोनिंग — होस्ट कोशिकाएँ → सभी पुत्री कोशिकाओं में लक्ष्य जीन → रुचि का प्रोटीन व्यक्त।

प्रमुख उपकरण

प्रतिबंध एंडोन्यूक्लियेज ("आणविक कैंची"): विशिष्ट पैलिंड्रोमिक अनुक्रमों पर DNA काटते हैं। जैसे EcoRI, GAATTC पर काटती है।
DNA ligase ("आणविक गोंद"): DNA खंडों को जोड़ती है।
PCR (Polymerase Chain Reaction): thermostable Taq polymerase का उपयोग करके in vitro विशिष्ट DNA अनुक्रमों को लाखों गुना प्रवर्धित करता है। फोरेंसिक, रोग निदान (COVID-19 के लिए RT-PCR), पितृत्व परीक्षण में उपयोग।
जेल वैद्युतकणसंचलन: विश्लेषण के लिए आकार के अनुसार DNA खंडों को अलग करता है।

7.2 आनुवंशिक इंजीनियरिंग के अनुप्रयोग

चिकित्सा

पुनर्संयोजक मानव इंसुलिन (Humulin, 1982): मानव इंसुलिन जीन E. coli में डाला गया → बड़े पैमाने पर उत्पादन। पशु इंसुलिन (सूअर/गाय) की जगह; कोई एलर्जी प्रतिक्रिया नहीं।
मानव वृद्धि हार्मोन (somatotropin): E. coli में उत्पादित; बौनेपन का उपचार।
टिश्यू प्लास्मिनोजन एक्टिवेटर (tPA): स्ट्रोक के लिए थक्का-नाशक दवा; पुनर्संयोजक प्रोटीन।
एरिथ्रोपोएटिन (EPO): RBC उत्पादन को बढ़ावा देने वाला पुनर्संयोजक प्रोटीन; रक्तहीनता में और (विवादास्पद) खेलों में रक्त डोपिंग में उपयोग।

कृषि — GM फसलें

Bt फसलें (Bacillus thuringiensis): bt जीन (कीटनाशक Cry प्रोटीन एन्कोडिंग) फसल पौधों में डाला गया। Bt कपास — भारत की एकमात्र स्वीकृत GM खाद्य/रेशा फसल (2002); ~12.3 मिलियन हेक्टेयर (भारत के 90%+ कपास क्षेत्र)। बॉलवर्म संक्रमण कम करती है।
हर्बिसाइड-सहिष्णु फसलें (HT): जैसे Roundup Ready सोयाबीन (Monsanto) — ग्लाइफोसेट हर्बिसाइड सहन करती है, खरपतवार नष्ट करती है फसल नहीं।
गोल्डन राइस: डैफोडिल और मक्का से β-कैरोटीन जीन युक्त; Vitamin A की कमी दूर करता है। फिलीपींस, बांग्लादेश में नियामक समीक्षा; भारत में रुकी हुई।

भारत का GMO नियामक ढाँचा

GEAC (Genetic Engineering Appraisal Committee) MoEF&CC के अधीन — GMO अनुसंधान और व्यावसायिक विमोचन की स्वीकृति के लिए शीर्ष निकाय।
DBT (Department of Biotechnology) — जैव प्रौद्योगिकी अनुसंधान वित्तपोषण; पुणे में BSL-4 बायो-नियंत्रण प्रयोगशाला का प्रबंधन।
Bt बैंगन GEAC द्वारा स्वीकृत (2010) लेकिन पर्यावरण मंत्री Jairam Ramesh द्वारा रोक लगाई; बहस जारी।

7.3 CRISPR-Cas9 (PYQ-संभावित — 2026 पाठ्यक्रम में नया)

CRISPR क्या है?

CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) एक बैक्टीरियल प्रतिरक्षा प्रणाली के रूप में खोजा गया था जो भविष्य के वायरल आक्रमणों को पहचानने और नष्ट करने के लिए वायरल DNA के टुकड़े संग्रहीत करती है।

जीन संपादन उपकरण के रूप में CRISPR-Cas9

Jennifer Doudna (UC Berkeley) और Emmanuelle Charpentier (Max Planck Institute) द्वारा विकसित — 2020 में रसायन विज्ञान में Nobel Prize से सम्मानित।

क्रियाविधि: एक guide RNA (gRNA) को लक्ष्य DNA अनुक्रम से मेल खाने के लिए डिज़ाइन किया जाता है। यह Cas9 एंजाइम ("आणविक कैंची") को सटीक लक्ष्य स्थान पर द्विसूत्री DNA काटने के लिए निर्देशित करता है। कोशिका की DNA मरम्मत तंत्र तब या तो: (a) कटे सिरों को जोड़ती है (जीन निष्क्रिय करती है) या (b) नए DNA अनुक्रम को शामिल करती है (जीन प्रतिस्थापन)।

पुराने जीन संपादन उपकरणों (TALEN, zinc-finger nucleases) की तुलना में लाभ

बहुत सरल और सस्ता — gRNA संश्लेषण आसान
अधिक सटीक — एकल-न्यूक्लियोटाइड सटीकता
मल्टीप्लेक्सिंग — एक साथ अनेक जीनों का संपादन
तेज़ — महीनों/वर्षों के बजाय सप्ताहों में

CRISPR अनुप्रयोग

रोग उपचार: सिकल सेल रोग — CASGEVY (CTX001, CRISPR Therapeutics) FDA द्वारा दिसंबर 2023 में सिकल सेल रोग और बीटा-थैलेसीमिया के लिए पहली CRISPR-आधारित थेरेपी के रूप में स्वीकृत।
कैंसर थेरेपी: T कोशिकाओं (CAR-T कोशिकाएँ) को CRISPR से इंजीनियर कर कैंसर को बेहतर पहचानने और मारने के लिए।
कृषि: रोग-प्रतिरोधी फसलें (CRISPR-संपादित मशरूम जो भूरे नहीं होते; उच्च उपज वाला गेहूँ)।
COVID-19 निदान: SHERLOCK (CRISPR-आधारित) पहचान प्रणाली — CSIR-IGIB का FelUDA (FNCAS9 Editor Linked Uniform Detection Assay) — 2021 में DCGI द्वारा स्वीकृत भारत का CRISPR-आधारित COVID परीक्षण।

नैतिक चिंताएँ

जर्मलाइन संपादन: भ्रूणों में CRISPR परिवर्तन वंशानुगत होते हैं — He Jiankui (China, 2018) ने विवादास्पद रूप से दुनिया के पहले जीनोम-संपादित शिशु बनाए (HIV प्रतिरोध के लिए CCR5 जीन संशोधित) — वैश्विक स्तर पर अनैतिक बताया; 3 वर्ष की जेल।
डिज़ाइनर शिशु और वृद्धि बनाम थेरेपी का अंतर।
जीन ड्राइव के पर्यावरणीय जोखिम (मलेरिया मच्छरों को खत्म करने के लिए जंगली आबादी में स्व-प्रसारित आनुवंशिक परिवर्तन)।
असमान पहुँच यदि केवल संपन्न देश जीन थेरेपी वहन कर सकें।