जैव-प्रौद्योगिकी एवं अनुवांशिक अभियांत्रिकी

1 जैव-प्रौद्योगिकी का परिचय — परिभाषा, इतिहास एवं प्रमुख मील के पत्थर

मानव इंसुलिन की कहानी बताती है कि जैव-प्रौद्योगिकी (Biotechnology) असल में क्या है — जीवित जीवों, उनकी कोशिकाओं या उनके भागों (जैसे एंजाइम, प्रोटीन) का उपयोग करके ऐसे उत्पाद या प्रक्रियाएं विकसित करना जो मानव जीवन के लिए उपयोगी हों। यूरोपियन फेडरेशन ऑफ बायोटेक्नोलॉजी (European Federation of Biotechnology) के अनुसार, 'जैव-प्रौद्योगिकी सूक्ष्मजीवों, कोशिका एवं ऊतक संवर्धन तकनीकों तथा जैव-प्रक्रियाओं के अभियांत्रिकी एवं तकनीकी अनुप्रयोगों का समन्वित उपयोग है, ताकि वस्तुओं एवं सेवाओं के उत्पादन में विज्ञान की क्षमताओं का पूर्ण उपयोग किया जा सके।' सरल शब्दों में कहें तो — प्रकृति ने जीवों को जो जैविक क्षमताएं दी हैं (जैसे किण्वन करना, प्रोटीन बनाना, नाइट्रोजन स्थिर करना), जैव-प्रौद्योगिकी उन्हीं क्षमताओं को मानव कल्याण के लिए नियंत्रित ढंग से उपयोग करने की कला एवं विज्ञान है।

इतिहास के प्रमुख मील के पत्थर

जैव-प्रौद्योगिकी की प्रमुख शाखाएं (रंग-आधारित वर्गीकरण)

• लाल जैव-प्रौद्योगिकी (Red Biotechnology): चिकित्सा एवं स्वास्थ्य क्षेत्र — टीके, एंटीबायोटिक, जीन थेरेपी।
• हरित जैव-प्रौद्योगिकी (Green Biotechnology): कृषि क्षेत्र — Bt फसलें, जैव उर्वरक, रोग-प्रतिरोधी पौधे।
• श्वेत जैव-प्रौद्योगिकी (White Biotechnology): औद्योगिक क्षेत्र — एंजाइम, जैव ईंधन, जैव-निम्नीकरणीय प्लास्टिक।
• नीली जैव-प्रौद्योगिकी (Blue Biotechnology): समुद्री जीवों से नए यौगिक व औषधियां प्राप्त करना।

2 जीन क्लोनिंग एवं जीन बैंक

'क्लोन' (Clone) शब्द ग्रीक भाषा के 'klon' से बना है जिसका अर्थ है 'टहनी' या 'शाखा' — यानी मूल पौधे से निकली हुई, बिल्कुल मूल जैसी ही एक नई शाखा। जीव विज्ञान में क्लोन का अर्थ है ऐसी संतति जो अपने जनक (Parent) के समान अनुवांशिक रूप से बिल्कुल हूबहू (identical) हो। जीन क्लोनिंग (Gene Cloning) का अर्थ है किसी एक विशेष जीन (DNA के एक टुकड़े) की अनेक हूबहू प्रतियां (copies) प्रयोगशाला में तैयार करना, ताकि उस जीन का अध्ययन किया जा सके या उसे किसी अन्य जीव में स्थानांतरित करके उपयोगी उत्पाद बनाया जा सके। ध्यान रहे — जीन क्लोनिंग और 'जीव क्लोनिंग' (जैसे डॉली भेड़) दो अलग चीजें हैं।

जीन बैंक (Gene Bank)

जीन बैंक एक ऐसी सुविधा है जहां विभिन्न जीवों (मुख्यतः पौधों की किस्मों एवं जंगली संबंधियों) के बीज, ऊतक, DNA या आनुवंशिक पदार्थ को अत्यंत कम तापमान (सामान्यतः -18°C या उससे कम) पर दीर्घकाल तक संरक्षित किया जाता है, ताकि भविष्य में जैव-विविधता, प्रजनन कार्यक्रमों एवं खाद्य सुरक्षा के लिए इनका उपयोग किया जा सके। यह एक प्रकार का 'आनुवंशिक बीमा' है — जलवायु परिवर्तन, रोग-प्रकोप या प्राकृतिक आपदा में किसी फसल किस्म के विलुप्त होने पर भी उसका आनुवंशिक स्रोत सुरक्षित रहता है।

• राष्ट्रीय पादप आनुवंशिक संसाधन ब्यूरो (NBPGR), नई दिल्ली — भारत का राष्ट्रीय जीन बैंक, जिसमें 4.7 लाख से अधिक पादप आनुवंशिक नमूने संरक्षित हैं।
• स्वालबार्ड वैश्विक बीज तिजोरी (Svalbard Global Seed Vault), नॉर्वे — विश्व का सबसे बड़ा 'डूम्सडे' बीज भंडार, आर्कटिक बर्फ के नीचे स्थित।
• राजस्थान कृषि विश्वविद्यालयों (जैसे स्वामी केशवानंद राजस्थान कृषि विश्वविद्यालय, बीकानेर) में भी क्षेत्रीय फसल किस्मों हेतु जीन बैंक कार्यरत हैं — जैसे सिरोही की देशी सौंफ किस्मों का सामुदायिक जीन बैंक (विस्तार अध्याय-15 में)।

📌 महत्वपूर्ण

🖼️ जीन क्लोनिंग के मुख्य चरण — जीन का चयन, प्रतिबंधन एंजाइम से कर्तन, प्लाज्मिड में प्रवेशन, बैक्टीरियल कोशिका में स्थानांतरण एवं चयन

3 अनुवांशिक अभियांत्रिकी के उपकरण — प्रतिबंधन एंजाइम, वाहक, DNA लाइगेज

कल्पना कीजिए कि DNA एक बहुत लंबा धागा है, जिसमें हजारों उपयोगी 'शब्द' (जीन) एक-दूसरे से जुड़े हुए हैं। अनुवांशिक अभियांत्रिकी (Genetic Engineering) के लिए वैज्ञानिकों को इस धागे में से एक विशेष शब्द को सही जगह से काटना, उसे किसी दूसरे धागे में सही जगह जोड़ना, और फिर उस जुड़ाव को स्थायी रूप से मजबूत करना होता है। इसके लिए तीन मुख्य 'औजारों' की आवश्यकता होती है — 'आणविक कैंची' (प्रतिबंधन एंजाइम), एक 'वाहन' जो जीन को नई कोशिका तक पहुंचाए (वेक्टर), और 'आणविक गोंद' (DNA लाइगेज) जो जोड़ को स्थायी बनाए।

(A) प्रतिबंधन एंजाइम — आणविक कैंची (Restriction Enzymes)

प्रतिबंधन एंजाइम (Restriction Endonuclease) वे विशेष एंजाइम हैं जो DNA अणु को एक निश्चित, पूर्व-निर्धारित अनुक्रम (sequence) पर पहचानकर काटते हैं — जैसे कोई सिलाई मशीन कपड़े को सिर्फ एक निशान की गई रेखा पर ही काटे। ये मूल रूप से जीवाणुओं में पाए जाते हैं, जहां ये जीवाणु को वायरस के आक्रमण से बचाने का काम करते हैं (वायरस के DNA को काटकर नष्ट करके)। सबसे प्रसिद्ध प्रतिबंधन एंजाइम EcoRI है, जो ई-कोलाई (Escherichia coli) जीवाणु से प्राप्त होता है और DNA अनुक्रम GAATTC को पहचानकर काटता है।

• स्टिकी एंड्स (Sticky Ends): कई प्रतिबंधन एंजाइम DNA को असमान (तिरछे) ढंग से काटते हैं जिससे एकल-रज्जुक (single-strand) उभरे हुए सिरे बनते हैं — ये 'चिपचिपे सिरे' किसी भी अन्य DNA टुकड़े से जुड़ने में सक्षम होते हैं यदि उसके सिरे पूरक (complementary) हों।
• ब्लंट एंड्स (Blunt Ends): कुछ एंजाइम DNA को बिल्कुल सीधा काटते हैं, जिससे कोई उभार नहीं बनता।
• प्रतिबंधन एंजाइम नामकरण: पहला अक्षर वंश (genus) से, अगले दो अक्षर स्पीशीज़ से लिए जाते हैं — जैसे EcoRI में 'E' = Escherichia, 'co' = coli, 'R' = RY13 स्ट्रेन, 'I' = खोजा गया पहला एंजाइम।

(B) वाहक/वेक्टर (Vectors)

वेक्टर वह 'वाहन' है जो कटे हुए जीन (गोंद से जुड़े हुए) को होस्ट कोशिका (जैसे जीवाणु) के अंदर तक ले जाता है और वहां उसे स्थिर रूप से बनाए रखता है, जिससे वह कोशिका के विभाजन के साथ-साथ अपनी प्रतिकृति भी बनाता रहे।

(C) DNA लाइगेज — आणविक गोंद (DNA Ligase)

DNA लाइगेज एक एंजाइम है जो कटे हुए DNA टुकड़ों के सिरों के बीच फॉस्फोडाइएस्टर बंध (phosphodiester bond) बनाकर उन्हें स्थायी रूप से जोड़ देता है — ठीक वैसे ही जैसे टूटे हुए धागे के दो सिरों को गांठ लगाकर स्थायी रूप से जोड़ दिया जाए। सबसे सामान्य रूप से प्रयुक्त लाइगेज T4 DNA ligase है, जो T4 बैक्टीरियोफेज से प्राप्त होता है।

4 रीकॉम्बिनेंट DNA तकनीक — चरण-दर-चरण प्रक्रिया

रीकॉम्बिनेंट DNA (Recombinant DNA / rDNA) वह DNA अणु है जो दो अलग-अलग स्रोतों (जैसे मानव व जीवाणु) के DNA खंडों को प्रयोगशाला में कृत्रिम रूप से जोड़कर बनाया जाता है — यानी यह प्रकृति में स्वाभाविक रूप से नहीं बनता, बल्कि वैज्ञानिक इसे 'डिज़ाइन' करते हैं। पिछले टॉपिक में सीखे गए तीनों औजारों (प्रतिबंधन एंजाइम, वेक्टर, DNA लाइगेज) का उपयोग करके पूरी प्रक्रिया निम्नलिखित सुव्यवस्थित चरणों में होती है।

चरणों का विस्तृत विवरण

• जीन की पहचान एवं निष्कर्षण: सबसे पहले उस जीन को चिन्हित किया जाता है जिसे क्लोन करना है (जैसे मानव इंसुलिन जीन) और कोशिका से उसका शुद्ध DNA निकाला जाता है।
• कर्तन (Cutting): एक ही प्रकार के प्रतिबंधन एंजाइम (जैसे EcoRI) से वांछित जीन एवं वाहक प्लाज्मिड दोनों को काटा जाता है — इससे दोनों पर एक जैसे 'स्टिकी एंड्स' बन जाते हैं, जो एक-दूसरे के पूरक होते हैं।
• प्रवेशन (Insertion): कटा हुआ जीन खुले हुए प्लाज्मिड में फिट हो जाता है — पूरक स्टिकी एंड्स आपस में हाइड्रोजन बंध बना लेते हैं।
• लाइगेशन (Ligation): DNA लाइगेज एंजाइम फॉस्फोडाइएस्टर बंध बनाकर इस जुड़ाव को स्थायी बना देता है — अब यह एक पूर्ण रीकॉम्बिनेंट प्लाज्मिड है।
• ट्रांसफॉर्मेशन (Transformation): रीकॉम्बिनेंट प्लाज्मिड को होस्ट जीवाणु कोशिका में प्रवेश कराया जाता है — सामान्यतः कैल्शियम क्लोराइड उपचार व हीट-शॉक विधि द्वारा कोशिका झिल्ली को अस्थायी रूप से पारगम्य बनाकर।
• चयन (Selection): चूंकि सभी जीवाणु कोशिकाएं प्लाज्मिड ग्रहण नहीं करतीं, इसलिए प्लाज्मिड में मौजूद 'एंटीबायोटिक प्रतिरोधी जीन' (marker gene) का उपयोग करके एंटीबायोटिक-युक्त माध्यम में केवल सफल कोशिकाओं को ही जीवित रहने दिया जाता है।
• क्लोनिंग एवं अभिव्यक्ति (Expression): चयनित जीवाणु कोशिकाओं को बड़े किण्वकों (Bioreactors) में बड़े पैमाने पर संवर्धित किया जाता है, जहां वे वांछित प्रोटीन (जैसे इंसुलिन) का बड़ी मात्रा में उत्पादन करती हैं।

5 पॉलिमरेज़ चेन रिएक्शन (PCR) एवं DNA फिंगरप्रिंटिंग

1983 में अमेरिकी वैज्ञानिक केरी मुलिस (Kary Mullis) रात में गाड़ी चला रहे थे, तभी उनके दिमाग में एक विचार कौंधा — क्या DNA के किसी छोटे से टुकड़े को टेस्ट-ट्यूब में ही बार-बार दोगुना करके करोड़ों प्रतियां बनाई जा सकती हैं, बिना किसी जीवित कोशिका की मदद के? यही विचार आगे चलकर पॉलिमरेज़ चेन रिएक्शन (Polymerase Chain Reaction — PCR) के रूप में विकसित हुआ, जिसके लिए मुलिस को 1993 में रसायन विज्ञान का नोबेल पुरस्कार मिला। आज PCR के बिना आधुनिक जीव विज्ञान की कल्पना भी नहीं की जा सकती — कोविड-19 जांच से लेकर अपराध जांच तक, हर जगह इसका उपयोग होता है।

PCR की प्रक्रिया — तीन चरणों का बार-बार दोहराव

PCR एक 'आणविक फोटोकॉपी मशीन' की तरह काम करता है, जो DNA के एक विशिष्ट खंड को हर चक्र (cycle) में दोगुना करती जाती है। एक विशेष ताप-सहनशील एंजाइम टैक पॉलिमरेज़ (Taq polymerase, जो गर्म पानी के झरनों में रहने वाले जीवाणु Thermus aquaticus से प्राप्त होता है) का उपयोग होता है, जो उच्च तापमान पर भी नष्ट नहीं होता।

• विकृतीकरण (Denaturation, ~95°C): DNA के दोनों रज्जुक ऊष्मा के कारण अलग हो जाते हैं।
• एनीलिंग (Annealing, ~50-65°C): छोटे प्राइमर (Primers) DNA के वांछित खंड के दोनों सिरों से जुड़ जाते हैं।
• विस्तार (Extension, ~72°C): टैक पॉलिमरेज़ एंजाइम प्राइमर से शुरू करके नए पूरक रज्जुक का निर्माण करता है — इस प्रकार DNA की मात्रा दोगुनी हो जाती है।

यह चक्र 20-35 बार दोहराया जाता है — प्रत्येक चक्र में DNA की मात्रा दोगुनी होती जाती है, जिससे मात्र कुछ घंटों में एक खंड की करोड़ों (2ⁿ) प्रतियां बन जाती हैं।

📌 महत्वपूर्ण

🖼️ PCR की चक्रीय प्रक्रिया — विकृतीकरण, एनीलिंग एवं विस्तार, हर चक्र में DNA की मात्रा दोगुनी

PCR के अनुप्रयोग

• कोविड-19 सहित संक्रामक रोगों की RT-PCR जांच (डायग्नोसिस)।
• आपराधिक जांच में अत्यंत कम मात्रा (एक बाल या रक्त की बूंद) से भी DNA प्रवर्धन।
• पितृत्व/मातृत्व परीक्षण एवं वंशावली अध्ययन।
• जीन क्लोनिंग से पहले वांछित जीन की पर्याप्त मात्रा तैयार करना।

DNA फिंगरप्रिंटिंग (DNA Fingerprinting/Profiling)

जिस प्रकार हर व्यक्ति के हाथ की उंगलियों के निशान (fingerprint) अद्वितीय होते हैं, उसी प्रकार हर व्यक्ति के DNA में कुछ ऐसे क्षेत्र होते हैं जिनकी बनावट (दोहराव पैटर्न) प्रत्येक व्यक्ति में भिन्न होती है — इन्हें VNTR (Variable Number Tandem Repeats) कहते हैं। DNA फिंगरप्रिंटिंग तकनीक इन्हीं भिन्नताओं का उपयोग करके किसी व्यक्ति की अनूठी पहचान स्थापित करती है। इस तकनीक का आविष्कार 1984 में ब्रिटिश आनुवंशिकीविद् एलेक जेफ्रीज (Alec Jeffreys) ने किया था।

• प्रक्रिया: DNA निष्कर्षण → प्रतिबंधन एंजाइम से कर्तन → जेल इलेक्ट्रोफोरेसिस (Gel Electrophoresis) द्वारा आकार के अनुसार पृथक्करण → रेडियोधर्मी/फ्लोरोसेंट प्रोब से चिन्हांकन → बैंड पैटर्न (जैसे बारकोड) प्राप्त करना।
• जेल इलेक्ट्रोफोरेसिस में DNA के टुकड़े विद्युत क्षेत्र में ऋणात्मक आवेश के कारण धनात्मक इलेक्ट्रोड की ओर गति करते हैं — छोटे टुकड़े तेज़ी से व बड़े टुकड़े धीरे-धीरे आगे बढ़ते हैं, जिससे एक विशिष्ट बैंड-पैटर्न बनता है।

📌 महत्वपूर्ण

🖼️ DNA फिंगरप्रिंटिंग में जेल इलेक्ट्रोफोरेसिस से प्राप्त अद्वितीय बैंड-पैटर्न (बारकोड जैसा)

6 अनुवांशिक अभियांत्रिकी के चिकित्सा अनुप्रयोग

रीकॉम्बिनेंट DNA तकनीक ने चिकित्सा जगत में क्रांति ला दी है। पहले जो प्रोटीन/हार्मोन मनुष्यों या जंतुओं के ऊतकों से बड़ी कठिनाई, अधिक लागत एवं संक्रमण के जोखिम के साथ निकाले जाते थे, अब उन्हें जीवाणु या पशु कोशिकाओं द्वारा प्रयोगशाला में सुरक्षित, शुद्ध एवं असीमित मात्रा में बनाया जा सकता है।

7 कृषि में अनुप्रयोग — Bt फसलें

मिट्टी में एक साधारण जीवाणु पाया जाता है — Bacillus thuringiensis (संक्षेप में Bt)। यह जीवाणु एक विशेष प्रकार का प्रोटीन क्रिस्टल (Cry प्रोटीन) बनाता है, जो कुछ विशेष कीटों (जैसे बॉलवर्म) की आंत में पहुंचकर उसे नष्ट कर देता है, परंतु मनुष्यों एवं अन्य जीवों के लिए पूर्णतः सुरक्षित है। वैज्ञानिकों ने इसी cry जीन को पौधों के DNA में स्थानांतरित करना शुरू किया — जिससे पौधा स्वयं अपने अंदर वह कीटनाशक प्रोटीन बनाने लगे। इसी सिद्धांत पर आधारित हैं आज की Bt फसलें।

Bt कपास — भारत की सबसे व्यापक GM फसल

Bt कपास (Bt Cotton) भारत में 2002 में व्यावसायिक रूप से अनुमोदित हुई और आज देश के कुल कपास क्षेत्र के लगभग 95% से अधिक भाग में उगाई जाती है। इसमें cry1Ac व cry2Ab जीन डाले जाते हैं, जो कपास की सबसे बड़ी शत्रु — गुलाबी बॉलवर्म (Pink Bollworm) व अमेरिकन बॉलवर्म जैसे कीटों के विरुद्ध प्रतिरोधक क्षमता प्रदान करते हैं। इससे कीटनाशक छिड़काव में भारी कमी आई है और किसानों की उपज व आय में वृद्धि हुई है।

• भारत में Bt फसलों के अनुमोदन एवं विनियमन की जिम्मेदारी जेनेटिक इंजीनियरिंग अप्रेज़ल कमेटी (GEAC) की है (विस्तृत चर्चा अध्याय-11 में)।
• अन्य Bt फसलें (शोध/परीक्षण स्तर पर): Bt मक्का, Bt बैंगन (Bt Brinjal — भारत में व्यावसायिक अनुमति स्थगित), Bt टमाटर, Bt तंबाकू।

Bt कपास से जुड़ी वैज्ञानिकों की चिंताएं

• कीटों में Bt-प्रतिरोधकता का विकास — लगातार उपयोग से कुछ बॉलवर्म आबादी में Cry प्रोटीन के प्रति प्रतिरोध विकसित होने की रिपोर्ट मिली हैं।
• गैर-लक्षित (Non-target) जीवों जैसे तितलियों व मित्र-कीटों पर संभावित प्रभाव को लेकर पारिस्थितिकीविदों की चिंता।
• रिफ्यूजिया रणनीति (Refuge Strategy): प्रतिरोधकता के विकास को धीमा करने हेतु Bt फसल के साथ गैर-Bt फसल की एक 'शरण-पट्टी' (Refuge) लगाना अनिवार्य किया गया है, ताकि संवेदनशील कीट आबादी बनी रहे।

8 ट्रांसजेनिक पौधे एवं जंतु

ट्रांसजेनिक जीव (Transgenic Organism) वह पौधा या जंतु है जिसके DNA में किसी अन्य जीव (यहां तक कि पूर्णतः भिन्न स्पीशीज़) का एक या अधिक जीन कृत्रिम रूप से स्थानांतरित करके स्थायी रूप से जोड़ दिया गया हो। ऐसे नए जोड़े गए जीन को 'ट्रांसजीन' (Transgene) कहते हैं। पौधों में जीन स्थानांतरण के लिए प्रकृति का ही एक 'आनुवंशिक अभियंता' उपयोग किया जाता है — मृदा जीवाणु Agrobacterium tumefaciens।

(A) ट्रांसजेनिक पौधे — Agrobacterium/Ti प्लाज्मिड विधि

Agrobacterium tumefaciens एक मृदा जीवाणु है, जो प्राकृतिक रूप से पौधों को संक्रमित करके उनमें 'क्राउन गॉल' (Crown Gall) नामक रोग (एक प्रकार की गांठ/ट्यूमर) उत्पन्न करता है। इसके अंदर एक विशेष प्लाज्मिड होता है — Ti प्लाज्मिड (Tumour-inducing Plasmid) — जो प्राकृतिक रूप से ही अपने एक भाग (T-DNA) को पौधे की कोशिका के गुणसूत्र में स्थानांतरित कर देता है। वैज्ञानिकों ने इसी प्राकृतिक क्षमता का उपयोग करते हुए Ti प्लाज्मिड के रोगकारी भाग को हटाकर उसकी जगह वांछित जीन (जैसे Bt जीन) जोड़ दिया — इस प्रकार Agrobacterium अब एक 'प्राकृतिक जीन-वाहक' के रूप में काम करता है, जो वांछित जीन को स्वयं ही पौधे की कोशिका में पहुंचा देता है।

📌 महत्वपूर्ण

🖼️ Agrobacterium tumefaciens द्वारा पौधे की कोशिका में T-DNA का स्थानांतरण — प्राकृतिक जीन-वाहक तंत्र

(B) ट्रांसजेनिक जंतु

जंतुओं में जीन स्थानांतरण अधिक चुनौतीपूर्ण होता है, इसके लिए मुख्यतः दो विधियां प्रयुक्त होती हैं — सूक्ष्म-अंतःक्षेपण (Microinjection), जिसमें बहुत महीन सुई द्वारा निषेचित अंडाणु के केंद्रक में सीधे वांछित जीन इंजेक्ट किया जाता है; तथा रेट्रोवायरल वेक्टर विधि, जिसमें रेट्रोवायरस को वाहक बनाकर जीन को कोशिका में प्रवेश कराया जाता है।

• ट्रांसजेनिक गाय/बकरी — इनके दूध में मानव उपयोगी प्रोटीन बनाने हेतु इंजीनियर किया गया है, जैसे तंत्रिका-रक्षक प्रोटीन tPA उत्पन्न करने वाली ट्रांसजेनिक बकरियां (हृदयाघात एवं मस्तिष्काघात के उपचार में उपयोगी), जिनके दूध से यह प्रोटीन शुद्ध करके निकाला जाता है — इसे 'फार्मिंग' (Pharming = Pharmaceutical + Farming) कहा जाता है।
• 'सुपरमाउस' (Supermouse) प्रयोग — चूहे के DNA में मानव/चूहा वृद्धि हार्मोन जीन डालकर सामान्य से लगभग दोगुने आकार का चूहा विकसित किया गया — यह ट्रांसजेनिक तकनीक के प्रभाव को प्रदर्शित करने वाला एक ऐतिहासिक प्रयोग था।
• ट्रांसजेनिक मछलियां (जैसे तेज़ी से बढ़ने वाला AquAdvantage सैल्मन) — वृद्धि हार्मोन जीन डालकर सामान्य से आधे समय में बाजार-योग्य आकार प्राप्त करने वाली मछली।

9 जीन थेरेपी

जब किसी व्यक्ति में जन्म से ही कोई जीन दोषपूर्ण (defective) या अनुपस्थित होता है, तो उससे उत्पन्न होने वाले रोग को पारंपरिक दवाओं से पूरी तरह ठीक करना असंभव होता है — क्योंकि समस्या शरीर के मूल 'सॉफ्टवेयर' (DNA) में ही है। जीन थेरेपी (Gene Therapy) एक ऐसी अत्याधुनिक चिकित्सा पद्धति है जिसमें रोगी की कोशिकाओं में स्वस्थ जीन की एक कार्यशील प्रति डालकर दोषपूर्ण जीन के प्रभाव को ठीक करने का प्रयास किया जाता है — यानी बीमारी के लक्षणों का इलाज करने के बजाय, बीमारी की जड़ (DNA-स्तर की खराबी) को ही ठीक करना।

जीन थेरेपी सोमैटिक बनाम जर्मलाइन

जीन थेरेपी के प्रमुख उप-प्रकार

A. एक्स-विवो जीन थेरेपी (Ex-vivo): रोगी की कोशिकाएं (जैसे अस्थि मज्जा स्टेम कोशिकाएं) शरीर से बाहर निकालकर, प्रयोगशाला में रेट्रोवायरल वेक्टर द्वारा स्वस्थ जीन डालकर, पुनः शरीर में प्रत्यारोपित की जाती हैं। उपयोग: SCID, सिकल सेल एनीमिया, थैलेसीमिया, कुछ रक्त कैंसर।

B. इन-विवो जीन थेरेपी (In-vivo): स्वस्थ जीन को सीधे रोगी के शरीर के अंदर, प्रभावित अंग/ऊतक में एडेनोवायरस वेक्टर द्वारा इंजेक्ट किया जाता है। उपयोग: कुछ कैंसर, अल्जाइमर, पार्किंसन रोग हेतु प्रायोगिक चिकित्सा।

C. एंटीसेंस थेरेपी (Antisense Therapy): किसी हानिकारक जीन की अभिव्यक्ति (expression) को ही अवरुद्ध कर देना — जैसे कुछ मस्तिष्क ट्यूमर (मैलिग्नेंट ग्लायोमा) के उपचार में प्रायोगिक उपयोग।

10 जैव उपचार (Bioremediation) एवं जैव कीटनाशक

जैव उपचार (Bioremediation) एक ऐसी तकनीक है जिसमें सूक्ष्मजीवों (जीवाणु, कवक) या पौधों की प्राकृतिक क्षमता का उपयोग करके प्रदूषित मिट्टी, जल या वायु से हानिकारक प्रदूषकों (जैसे तेल-रिसाव, भारी धातु, कीटनाशक अवशेष) को हटाया या कम-विषैला बनाया जाता है — यानी 'प्रदूषण को साफ करने के लिए प्रकृति की ही मदद लेना'।

• पारा-प्रतिरोधी जीवाणु (Mercury-resistant bacteria): कुछ विशेष रूप से इंजीनियर किए गए जीवाणु औद्योगिक अपशिष्ट जल से विषैले पारे (Mercury) को अवशोषित करके कम-हानिकारक रूप में बदल देते हैं।
• तेल-रिसाव सफाई: कुछ जीवाणु (जैसे Pseudomonas प्रजातियां) समुद्री तेल-रिसाव में कच्चे तेल के हाइड्रोकार्बन को विघटित करने में सक्षम होते हैं।
• फाइटोरेमेडिएशन (Phytoremediation): कुछ पौधे मिट्टी से भारी धातुओं (जैसे सीसा, कैडमियम) को जड़ों द्वारा अवशोषित करके संचित कर लेते हैं, जिससे मिट्टी शुद्ध होती है।

11 औद्योगिक जैव-प्रौद्योगिकी — एंजाइम, एंटीबायोटिक एवं विटामिन उत्पादन

औद्योगिक जैव-प्रौद्योगिकी (Industrial Biotechnology / श्वेत जैव-प्रौद्योगिकी) में सूक्ष्मजीवों एवं उनके एंजाइमों का उपयोग बड़े पैमाने पर औद्योगिक उत्पाद बनाने के लिए किया जाता है — यह पारंपरिक रासायनिक प्रक्रियाओं की तुलना में अधिक ऊर्जा-कुशल एवं पर्यावरण-अनुकूल मानी जाती है।

एंटीबायोटिक उत्पादन में भी सूक्ष्मजीवों (मुख्यतः कवक व एक्टिनोमाइसिटीज़) का औद्योगिक स्तर पर किण्वन कराया जाता है — पेनिसिलिन की खोज (1928) के बाद से अब तक 6000 से अधिक प्राकृतिक एंटीबायोटिक यौगिक विभिन्न सूक्ष्मजीवों से पृथक किए जा चुके हैं (एंटीबायोटिक की तकनीकी प्रक्रिया एवं वर्गीकरण अध्याय-08 में विस्तार से देखें)। इसी प्रकार विटामिन B12 एवं राइबोफ्लेविन (विटामिन B2) जैसे कई विटामिन भी आज सूक्ष्मजीवीय किण्वन द्वारा औद्योगिक स्तर पर बनाए जाते हैं, जो रासायनिक संश्लेषण की तुलना में अधिक सस्ते व शुद्ध होते हैं (किण्वन प्रौद्योगिकी की गहराई हेतु अध्याय-09 देखें)।

12 भारत की बायो-इकॉनॉमी एवं DBT/BIRAC नीतियां

भारत आज विश्व की शीर्ष 12 बायोटेक अर्थव्यवस्थाओं में गिना जाता है, और एशिया-प्रशांत क्षेत्र में तीसरे स्थान पर है। भारत सरकार का जैव-प्रौद्योगिकी विभाग (Department of Biotechnology — DBT), जो विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी मंत्रालय के अंतर्गत कार्य करता है, देश में जैव-प्रौद्योगिकी अनुसंधान, नीति-निर्माण एवं औद्योगिक विकास हेतु नोडल संस्था है।

भारत की बायो-इकॉनॉमी — आंकड़े एवं लक्ष्य

प्रमुख नीतियां एवं परियोजनाएं

• जीनोम इंडिया परियोजना (Genome India Project): जनवरी 2025 में पूर्ण — देश भर की विविध जनसंख्या के लगभग 10,000 व्यक्तियों के संपूर्ण जीनोम अनुक्रमित किए गए, जिसमें लगभग 180 मिलियन आनुवंशिक विविधताएं (genetic variants) चिन्हित हुईं। यह भारतीयों की आनुवंशिक विविधता को समझने एवं भारत-विशिष्ट परिशुद्ध चिकित्सा (Precision Medicine) विकसित करने की दिशा में मील का पत्थर है।
• BioE3 नीति (बायोटेक्नोलॉजी फॉर इकोनॉमी, एनवायरनमेंट एंड एम्प्लॉयमेंट, अगस्त 2024): उच्च-प्रदर्शन जैव-विनिर्माण को बढ़ावा देने हेतु राष्ट्रीय नीति — छह प्राथमिकता क्षेत्रों (जैव-आधारित रसायन एवं एंजाइम, स्मार्ट प्रोटीन एवं क्रियात्मक खाद्य, परिशुद्ध जैव-चिकित्सा, जलवायु-अनुकूल कृषि, कार्बन ग्रहण एवं उपयोग, समुद्री एवं अंतरिक्ष जैव-प्रौद्योगिकी) पर केंद्रित।
• बायो-राइड योजना (Bio-RIDE — Biotechnology Research Innovation and Entrepreneurship Development): लगभग ₹9,197 करोड़ के परिव्यय के साथ अनुसंधान, नवाचार व उद्यमिता को समर्थन देने हेतु योजना।
• BIRAC (Biotechnology Industry Research Assistance Council): DBT की एक सार्वजनिक क्षेत्र उपक्रम संस्था, जो बायोटेक स्टार्टअप्स एवं लघु-मध्यम उद्यमों को वित्तीय सहायता, इन्क्यूबेशन (BioNEST केंद्रों के माध्यम से) एवं तकनीकी सहयोग प्रदान करती है।

13 स्टेम सेल अनुसंधान एवं विनियमन भारत में

स्टेम सेल (Stem Cells) शरीर की वे विशेष कोशिकाएं हैं जिनमें दो अनूठी क्षमताएं होती हैं — स्वयं की अनेक प्रतियां बनाना (Self-renewal) एवं शरीर की विभिन्न विशिष्ट कोशिकाओं (जैसे तंत्रिका कोशिका, रक्त कोशिका, हृदय कोशिका) में रूपांतरित होना (Differentiation)। इसी दोहरी क्षमता के कारण स्टेम सेल को क्षतिग्रस्त ऊतकों की मरम्मत, अपक्षयी रोगों (Degenerative Diseases) के उपचार एवं पुनर्योजी चिकित्सा (Regenerative Medicine) के लिए अत्यंत आशाजनक माना जाता है।

भारत में स्टेम सेल अनुसंधान का विनियमन

• स्टेम सेल अनुसंधान हेतु राष्ट्रीय दिशा-निर्देश 2025 (National Guidelines for Stem Cell Research 2025): भारतीय आयुर्विज्ञान अनुसंधान परिषद (ICMR) एवं जैव-प्रौद्योगिकी विभाग (DBT) द्वारा संयुक्त रूप से जारी — स्टेम सेल अनुसंधान की नैतिक सीमाएं एवं वैज्ञानिक मानक निर्धारित करते हैं।
• NAC-SCRT (National Apex Committee for Stem Cell Research and Therapy): देश में होने वाले सभी स्टेम सेल अनुसंधान प्रस्तावों का पंजीकरण एवं अनुमोदन अनिवार्य रूप से इसी समिति से होकर गुजरता है।
• केंद्रीय औषधि मानक नियंत्रण संगठन (CDSCO): किसी भी स्टेम सेल आधारित चिकित्सा उत्पाद के मानव परीक्षण (Clinical Trial) से पहले CDSCO की अनुमति अनिवार्य है।
• भ्रूणीय स्टेम कोशिकाओं पर अनुसंधान हेतु अत्यंत कड़े नैतिक प्रोटोकॉल लागू हैं, तथा प्रजनन क्लोनिंग (Reproductive Cloning) हेतु मानव भ्रूण का उपयोग भारत में पूर्णतः निषिद्ध है।

14 राजस्थान में जैव-प्रौद्योगिकी

राजस्थान, अपनी विशिष्ट कृषि-जलवायु परिस्थितियों (शुष्क व अर्ध-शुष्क क्षेत्र) के कारण, जैव-प्रौद्योगिकी को सूखा-सहनशील फसलों, जल-संरक्षण एवं ग्रामीण जैव-उद्यमिता के विकास हेतु एक महत्वपूर्ण औजार के रूप में अपना रहा है। राज्य सरकार ने इस दिशा में कई ठोस कदम उठाए हैं।

राजस्थान बायोटेक्नोलॉजी नीति 2015 एवं बायोटेक पार्क

राजस्थान बायोटेक्नोलॉजी नीति 2015 के अंतर्गत राज्य में जैव-प्रौद्योगिकी अनुसंधान, उद्योग एवं स्टार्टअप्स को बढ़ावा देने हेतु तीन प्रमुख बायोटेक पार्क स्थापित किए गए हैं:

राजस्थान में Bt कपास

राजस्थान में Bt कपास की खेती 2005 से शुरू हुई और आज राज्य के कपास उत्पादक क्षेत्रों (मुख्यतः श्रीगंगानगर, हनुमानगढ़ क्षेत्र) में इसकी अपनाने की दर 95% से अधिक है। 2005 से 2015 के दशक में Bt कपास अपनाने से किसानों की उपज में लगभग 60% तक वृद्धि दर्ज की गई, साथ ही कीटनाशक छिड़काव की आवश्यकता में उल्लेखनीय कमी आई — जिससे उत्पादन लागत घटी एवं किसानों की शुद्ध आय बढ़ी।

• राजस्थान कृषि विश्वविद्यालय (बीकानेर) एवं महाराणा प्रताप कृषि एवं प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय (उदयपुर) में जैव-प्रौद्योगिकी विभाग सूखा-सहनशील एवं रोग-प्रतिरोधी फसल किस्मों के विकास हेतु सक्रिय अनुसंधान कर रहे हैं।
• राज्य में ऊंट, बकरी एवं भेड़ जैसी स्थानीय पशु नस्लों के आनुवंशिक संरक्षण हेतु भी जैव-प्रौद्योगिकी आधारित अनुसंधान कार्यक्रम चल रहे हैं (विस्तृत चर्चा अध्याय-15 में)।