आनुवंशिकी इंजीनियरिंग तकनीक: जीन स्थानांतरण | विज्ञान और प्रौद्योगिकी (Science & Technology) for UPSC CSE PDF Download

जीन ट्रांसफर क्या है?

जीन ट्रांसफर एक तकनीक है जिसमें एक जीवित जीव के कोशिकाओं में नया DNA जोड़ा जाता है। यह प्लास्मिड या संशोधित वायरस जैसे वाहकों का उपयोग करके किया जा सकता है। नया DNA जीव के बाहर कोशिकाओं में जोड़ा जा सकता है और फिर जीव में वापस डाला जा सकता है, या इसे सीधे जीव के अंदर कोशिकाओं में जोड़ा जा सकता है।

जीन ट्रांसफर के प्रकार

जीन ट्रांसफर में शामिल कदम

जीन ट्रांसफर की प्रक्रिया को चार मुख्य कदमों में संक्षेपित किया जा सकता है:

• (a) जीन और वाहक का पृथक्करण (PCR द्वारा)
• (b) जीन और वाहक का पाचन (रिस्ट्रिक्शन एंडोन्यूक्लियस द्वारा)
• (c) जीन और वाहक का लिगेशन (DNA लिगेज द्वारा)
• (d) ट्रांसजेनिक संरचना का चयन और अभिव्यक्ति

जीन ट्रांसफर के तरीके

जीन ट्रांसफर के दो तरीके हैं:

• (a) अप्रत्यक्ष या वाहक-मध्यस्थ जीन ट्रांसफर

(a) अप्रत्यक्ष या वाहक-मध्यस्थ जीन ट्रांसफर

पौधों में अप्रत्यक्ष या वाहक-मध्यस्थ जीन ट्रांसफर में एक प्लास्मिड वाहक का उपयोग किया जाता है। पौधों के परिवर्तन के लिए एक व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला वाहक Ti-प्लास्मिड है, जो Agrobacterium tumefaciens में पाया जाता है।

Agrobacterium द्वारा जीन ट्रांसफर

• यह बैक्टीरिया एक अपेक्षाकृत बड़े प्लास्मिड को ले जाता है जिसे Ti प्लास्मिड कहा जाता है (जो Tumor-inducing plasmid के लिए खड़ा है)। इस प्लास्मिड का एक विशिष्ट भाग, जिसे T-DNA (Transfer DNA) कहा जाता है, संक्रमित कोशिकाओं के भीतर पौधे के जीनोम में एकीकृत हो जाता है, जिससे पौधों के ट्यूमर या क्राउन गॉल का विकास होता है।
• Agrobacterium tumefaciens को अक्सर पौधों के लिए प्रकृति का जीन इंजीनियर कहा जाता है। यह अपनी अंतर्निहित क्षमता के कारण T-DNA क्षेत्र को अपने प्लास्मिड से पौधे के जीनोम में स्थानांतरित करने के लिए जाना जाता है जब यह घायल पौधों की कोशिकाओं को संक्रमित करता है।
• विदेशी जीन (जैसे, कीट प्रतिरोध के लिए Bt जीन) और पौधे के चयन मार्कर जीन, आमतौर पर एक एंटीबायोटिक जीन जैसे npt II जो एंटीबायोटिक कनामाइसिन के प्रति प्रतिरोध प्रदान करता है, Ti-प्लास्मिड के T-DNA क्षेत्र में अवांछित DNA अनुक्रमों के स्थान पर क्लोन किए जाते हैं।

(b) सीधे या वाहक रहित जीन ट्रांसफर विधि।

प्रत्यक्ष जीन हस्तांतरण विधियों में, इच्छित विदेशी जीन को होस्ट पौधे में एक वेक्टर की मदद के बिना पहुंचाया जाता है। पौधों में प्रत्यक्ष जीन हस्तांतरण की कुछ सामान्य विधियाँ निम्नलिखित हैं।

प्रत्यक्ष जीन हस्तांतरण की विभिन्न विधियाँ निम्नलिखित हैं:

• (i) रासायनिक विधि: पौधों की कोशिकाओं को विदेशी DNA ग्रहण करने में मदद करने के लिए पॉलीएथिलीन ग्लाइकॉल और पॉलीविनाइल अल्कोहल जैसे रसायनों का उपयोग करें। मैग्नीशियम से समृद्ध माध्यम में पौधों के प्रोटोप्लास्ट (कोशिकाएँ जिनमें कोशिका भित्तियाँ नहीं होती हैं) से शुरू करें। इच्छित जीन के साथ प्लास्मिड DNA जोड़ें। पॉलीएथिलीन ग्लाइकॉल का उपयोग करें, pH को 8 पर बनाए रखें और प्रोटोप्लास्ट को थोड़ी देर गर्म करें। DNA ग्रहण बढ़ाने के लिए उन्हें बर्फ पर ठंडा करें। DNA एकीकरण के लिए इनक्यूबेशन की अनुमति दें। बाद में, पॉलीएथिलीन ग्लाइकॉल को कम करें और बेहतर परिवर्तन दक्षता के लिए कैल्शियम आयनों को बढ़ाएं।
• (ii) इलेक्ट्रोपोरेशन: प्रोटोप्लास्ट, कोशिकाओं या ऊतकों पर उच्च वोल्टेज का एक पल्स लागू किया जाता है, जिससे प्लाज्मा झिल्ली में अस्थायी छिद्र बनते हैं, जिनके माध्यम से विदेशी DNA का ग्रहण होता है।
• (iii) बायोलिस्टिक गन: विदेशी DNA को छोटे सोने या टंगस्टन कणों से जोड़ा जाता है, जो आमतौर पर 1-3 µm के आकार के होते हैं। इन कणों को एक उपकरण, जिसे जीन गन, माइक्रो प्रोजेक्टाइल गन, या शॉटगन कहा जाता है, का उपयोग करके लक्षित ऊतकों या कोशिकाओं पर गोलीबारी की जाती है। बमबारी के बाद, उपचारित कोशिकाओं या ऊतकों को एक विशेष माध्यम में उगाया जाता है ताकि संशोधित कोशिकाओं से पौधों के विकास को प्रोत्साहित किया जा सके।
• (iv) माइक्रोइंजेक्शन: DNA को सीधे नाभिक में एक बारीक टिप वाले कांच की सुई या माइक्रोपिपेट का उपयोग करके पौधों की कोशिकाओं को ट्रांसफॉर्म करने के लिए इंजेक्ट किया जाता है। प्रोटोप्लास्ट को ठोस समर्थन (सूक्ष्मदर्शी स्लाइड पर एगरोज) पर स्थिर किया जाता है या एक होल्डिंग पिपेट के माध्यम से सक्शन के तहत रखा जाता है।

(v) लिपोफेक्शन

कृत्रिम फास्फोलिपिड वेसिकल्स जिन्हें लिपोसोम कहा जाता है, जीनों के स्थानांतरण के लिए मूल्यवान हैं। ये लिपोसोम से पौधे के वैक्यूओल में जीन या DNA के स्थानांतरण की अनुमति देते हैं।

जीन इंजीनियरिंग की उपलब्धियां

DNA पुनःसंयोजन प्रौद्योगिकी या जीन इंजीनियरिंग विज्ञान और समाज के विकास के लिए बड़े लाभ प्रदान करती है।

• 1. जीन चिकित्सा: एक नई चिकित्सा प्रणाली, जीन चिकित्सा, वंशानुगत रोगों जैसे हीमोफिलिया के इलाज के लिए विकसित हो सकती है। – यह तकनीक एक \"खराब जीन\" को एक सामान्य स्वस्थ कार्यात्मक जीन से बदलकर आनुवंशिक रोग का इलाज करने के लिए है।
• पहली जीन चिकित्सा का उपयोग गंभीर संयुक्त इम्यूनोडिफिशिएंसी (SCID) के रोगी में किया गया। SCID विकार वाले लगभग 25% नवजात शिशुओं में एडेनोंसिन डिअमिनेज (ADA) एंजाइम की कमी होती है – ADA एंजाइम प्यूरीन मेटाबॉलिज्म में शामिल होता है।
• इन रोगियों में कोई कार्यशील T और B लिंफोसाइट्स नहीं होते। SCID से प्रभावित बच्चे का जीवन के प्रारंभ में बार-बार संक्रमण होता है क्योंकि उनके पास आक्रमणकारी रोगाणु के खिलाफ कोई इम्यून प्रतिक्रिया नहीं होती।
• आदर्श दृष्टिकोण होगा कि जीन चिकित्सा द्वारा रोगी को कार्यशील ADA दिया जाए। इस प्रकार, विशेष जीन को पेश करके आनुवंशिक विकार को पार किया जा सकता है।

2. बैक्टीरिया: विटामिन, हार्मोन और एंटीबॉडी का संश्लेषण करने के लिए \"जीवित कारखाने\"।

2. बैक्टीरिया को विटामिन, हार्मोन और एंटीबॉडी बनाने के लिए "जीवित फैक्ट्रियाँ" के रूप में उपयोग करना।

• मानव इंसुलिन (Humulin) पहला आनुवंशिक रूप से संशोधित उत्पाद था जो एक अमेरिकी कंपनी एली लिली द्वारा 5 जुलाई 1983 को उत्पादित किया गया।
• ज़्यूरिख विश्वविद्यालय के चार्ल्स वाइस्मैन ने पुनः संयोजित E.coli के माध्यम से इंटरफेरॉन प्राप्त किया (1980)।
• सूक्ष्मजीवों को बौनेपन का इलाज करने के लिए मानव वृद्धि हार्मोन (HGH) का उत्पादन करने के लिए संशोधित किया गया है।
• वैक्सीनेशन आनुवंशिक इंजीनियरिंग के माध्यम से उत्पादित होते हैं, जैसे कि हेपेटाइटिस-B और हरपेस वायरस के लिए।
• नाइट्रोजन फिक्सेशन जीन को बैक्टीरिया से प्रमुख खाद्य फसलों में स्थानांतरित किया जा सकता है ताकि महंगे उर्वरकों का उपयोग किए बिना खाद्य उत्पादन को बढ़ाया जा सके।
• पुनः संयोजित DNA तकनीक के माध्यम से ट्रांसजेनिक पौधे प्राप्त किए गए हैं। पहला ट्रांसजेनिक पौधा तंबाकू था।

तंबाकू

• इसमें खरपतवारनाशक (Glycophosate) के खिलाफ एक प्रतिरोधी जीन है।
• पहला ट्रांसजेनिक जानवर एक चूहा था, जिसमें वृद्धि हार्मोन के लिए जीन था।
• भारत में पहला ट्रांसजेनिक फसल (2002) Bt-कॉटन है।
• यह बॉल की कीट (Helicoverpa armigera - कीट का लार्वा) के लिए प्रतिरोधी है। यह Bacillus thuringiensis से कीट-प्रतिरोधी जीन के स्थानांतरण द्वारा बनाया गया है (bt-2 जीन जो Bt–toxin को कोड करता है)।
• Bacillus thuringiensis एक विषैला प्रोटीन उत्पन्न करता है, जिसे क्रिस्टल प्रोटीन (Cry-Protein) कहा जाता है; यह प्रोटीन एक निश्चित कीट के लार्वा के लिए विषैला है।

Cry-प्रोटीन

• यह प्रोटीन कीट को मिड-गट में आयन परिवहन को रोककर मारता है (bt 2 जीन को cry -gene कहा जाता है)।
• प्रदूषण नियंत्रण में, सूक्ष्मजीवों को कच्चे तेल के रिसाव को तोड़ने के लिए संशोधित किया गया है।
• डॉ. आनंद मोहन चक्रवर्ती ने विभिन्न उपभेदों से प्लास्मिड को pseudomonas putida की एकल कोशिका में पेश किया।
• परिणामस्वरूप, एक नया आनुवंशिक रूप से संशोधित बैक्टीरिया उत्पन्न हुआ, जिसे "सुपरबग" (तेल खाने वाला कीट) कहा जाता है, जो तेल के रिसाव को साफ करेगा।

3. रोगों का चिकित्सा निदान

रीकंबिनेंट DNA तकनीक कई बीमारियों के निदान के लिए एक महत्वपूर्ण उपकरण है। यह निदान तकनीक प्रोब्स के निर्माण में शामिल है, जिसमें एकल-तंतु DNA के छोटे खंड होते हैं जो एक रेडियोधर्मी या फ्लोरोसेंट मार्कर से जुड़े होते हैं। ऐसे प्रोब्स का उपयोग संक्रमण एजेंटों की पहचान के लिए किया जाता है, जैसे कि सलमोनेला (खाद्य विषाक्तता का कारण), स्टैफाइलोकोकस (पस बनाने वाला बैक्टीरिया), हेपेटाइटिस वायरस, HIV; मस्कुलर डिस्ट्रॉफी, सिस्टिक फाइब्रोसिस इत्यादि। रीकंबिनेंट DNA तकनीक का उपयोग वाहक माता-पिता से आनुवंशिक विकारों की विरासत की भविष्यवाणी करने के लिए भी किया जा सकता है। संभावित आनुवंशिक विकार के वाहक माता-पिता के DNA का परीक्षण करके प्रभावित बच्चे के जन्म की संभावनाओं का अनुमान लगाया जा सकता है।

• ऐसे प्रोब्स का उपयोग संक्रमण एजेंटों की पहचान के लिए किया जाता है, जैसे कि सलमोनेला (खाद्य विषाक्तता का कारण), स्टैफाइलोकोकस (पस बनाने वाला बैक्टीरिया), हेपेटाइटिस वायरस, HIV; मस्कुलर डिस्ट्रॉफी, सिस्टिक फाइब्रोसिस इत्यादि।

रीकंबिनेंट DNA उत्पादों का अनुप्रयोग

रीकंबिनेंट DNA उत्पादों का अनुप्रयोग

रीकंबिनेंट DNA उत्पादों का अनुप्रयोग

जेनेटिकली इंजीनियर्ड सूक्ष्मजीवों का अनुप्रयोग