जैव प्रौद्योगिकी के सिद्धांत

जैव प्रौद्योगिकी, कृषि, चिकित्सा और पर्यावरण प्रबंधन सहित विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए उत्पादों और प्रौद्योगिकियों को विकसित करने के लिए जैविक जीवों, प्रणालियों या प्रक्रियाओं का उपयोग है। जैव प्रौद्योगिकी के सिद्धांत जीवित जीवों की आनुवंशिक सामग्री में हेरफेर करने, जैविक प्रक्रियाओं का उपयोग करने और आणविक जीव विज्ञान और आनुवंशिक इंजीनियरिंग में उन्नत तकनीकों को लागू करने पर आधारित हैं।

1. जेनेटिक इंजीनियरिंग (पुनः संयोजक डीएनए प्रौद्योगिकी):

जेनेटिक इंजीनियरिंग में किसी जीव के डीएनए में हेरफेर करके विशिष्ट जीन को पेश करना, हटाना या संशोधित करना शामिल है। जेनेटिक इंजीनियरिंग के प्राथमिक सिद्धांतों में शामिल हैं:

• जीन अलगाव और क्लोनिंग: रुचि के एक विशिष्ट जीन को अलग करने और इसे एक वेक्टर (जैसे प्लास्मिड) में डालने की प्रक्रिया ताकि मेजबान जीव (जैसे, बैक्टीरिया या खमीर) में इसकी प्रतियां बनाई जा सकें।
• पुनः संयोजक डीएनए: वह तकनीक जो वैज्ञानिकों को नई आनुवंशिक सामग्री बनाने के लिए विभिन्न स्रोतों से डीएनए को संयोजित करने की अनुमति देती है।
• परिवर्तन और संक्रमण: आनुवंशिक रूप से संशोधित जीव (जीएमओ) का उत्पादन करने के लिए एक कोशिका में विदेशी डीएनए का परिचय देना।
• जीन अभिव्यक्ति: जीन को पेश किए जाने के बाद मेजबान जीव द्वारा जीन को उसके संगत प्रोटीन में अनुवाद करने की प्रक्रिया।

उदाहरण: बैक्टीरिया में इंसुलिन का उत्पादन। मानव इंसुलिन के लिए जीन को बैक्टीरिया में डाला जाता है, जो फिर इंसुलिन का उत्पादन करता है जिसे चिकित्सा उपयोग के लिए काटा जा सकता है।

2. पॉलीमरेज़ चेन रिएक्शन (पीसीआर):

पॉलीमरेज़ चेन रिएक्शन (पीसीआर) एक विधि है जिसका उपयोग डीएनए के छोटे खंडों को बढ़ाने के लिए किया जाता है। पीसीआर के मूल सिद्धांतों में शामिल हैं:

• विकृतीकरण: दो स्ट्रैंड को अलग करने के लिए डीएनए को गर्म करना।
• एनीलिंग: प्राइमर को लक्ष्य अनुक्रमों से बांधने की अनुमति देने के लिए डीएनए को ठंडा करना।
• विस्तार: डीएनए पॉलीमरेज़ एंजाइम डीएनए के पूरक स्ट्रैंड को संश्लेषित करता है, लक्ष्य अनुक्रम को बढ़ाता है।
• पुनरावृत्ति: वांछित डीएनए खंड की लाखों प्रतियां बनाने के लिए प्रक्रिया को कई बार दोहराया जाता है।

उदाहरण: डीएनए फिंगरप्रिंटिंग के लिए फोरेंसिक विज्ञान में और आनुवंशिक रोगों का पता लगाने के लिए चिकित्सा में पीसीआर का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

3. पुनः संयोजक डीएनए प्रौद्योगिकी और इसके अनुप्रयोग:

• जीन थेरेपी: किसी व्यक्ति की कोशिकाओं के अंदर आनुवंशिक सामग्री को बदलने की प्रक्रिया, ताकि बीमारी का इलाज या रोकथाम की जा सके। इसमें दोषपूर्ण जीन को बदलने के लिए एक स्वस्थ जीन की प्रतिलिपि सम्मिलित करना शामिल हो सकता है।
• आनुवंशिक रूप से संशोधित जीव (जीएमओ): ऐसे जीव जिनकी आनुवंशिक सामग्री को वांछित लक्षण व्यक्त करने के लिए बदल दिया गया है, जैसे कि फसलों में रोग प्रतिरोधक क्षमता या बढ़ी हुई पोषण सामग्री।
• ट्रांसजेनिक जीव: ऐसे जीव जिनमें आनुवंशिक इंजीनियरिंग के माध्यम से उनके जीनोम में विदेशी जीन डाले जाते हैं।

उदाहरण: बीटी कॉटन एक आनुवंशिक रूप से संशोधित फसल है जिसमें बैसिलस थुरिंजिएंसिस (बीटी) बैक्टीरिया का एक जीन होता है, जो इसे विशिष्ट कीटों के प्रति प्रतिरोधी बनाता है।

4. माइक्रोबियल बायोटेक्नोलॉजी:

माइक्रोबियल बायोटेक्नोलॉजी में मूल्यवान उत्पादों का उत्पादन करने और विभिन्न उद्योगों में प्रक्रियाओं को निष्पादित करने के लिए बैक्टीरिया, कवक और खमीर जैसे सूक्ष्मजीवों का उपयोग शामिल है।

• किण्वन: अल्कोहल, एंटीबायोटिक्स और एंजाइम जैसे विभिन्न उत्पादों का उत्पादन करने के लिए सूक्ष्मजीवों का उपयोग।
• बायोरेमेडिएशन: तेल रिसाव या औद्योगिक अपशिष्ट जैसे पर्यावरण प्रदूषकों को नष्ट करने के लिए सूक्ष्मजीवों का उपयोग।
• एंजाइम उत्पादन: सूक्ष्मजीवों का उपयोग एंजाइमों का उत्पादन करने के लिए किया जाता है, जिनका औद्योगिक और व्यावसायिक उपयोग होता है, जैसे कि खाद्य प्रसंस्करण, कपड़ा उद्योग और कपड़े धोने के डिटर्जेंट में।

उदाहरण: खमीर द्वारा शर्करा के किण्वन के माध्यम से इथेनॉल का उत्पादन।

5. पादप जैव प्रौद्योगिकी:

पादप जैव प्रौद्योगिकी में पौधों की विशेषताओं और कृषि उत्पादकता में सुधार के लिए आनुवंशिक इंजीनियरिंग तकनीकों का उपयोग शामिल है।

• ऊतक संवर्धन: पूरे पौधों को पुनर्जीवित करने के लिए नियंत्रित वातावरण में पौधों की कोशिकाओं, ऊतकों या अंगों को विकसित करने की विधि। इसका उपयोग क्लोनिंग और रोग मुक्त पौधों के उत्पादन के लिए किया जाता है।
• पौधों का आनुवंशिक संशोधन: कीटों, शाकनाशियों या पर्यावरणीय तनाव के प्रति प्रतिरोध जैसे लाभकारी लक्षणों को पेश करने के लिए पौधों की आनुवंशिक इंजीनियरिंग।

उदाहरण: जीन संपादन तकनीकों का उपयोग करके शाकनाशी प्रतिरोधी फसलों का विकास।

6. पशु जैव प्रौद्योगिकी:

पशु जैव प्रौद्योगिकी पशु स्वास्थ्य, उत्पादकता और प्रजनन में सुधार के लिए पशुओं में आनुवंशिक इंजीनियरिंग और क्लोनिंग के उपयोग को संदर्भित करती है।

• क्लोनिंग: एक दैहिक कोशिका के नाभिक को एक अंडा कोशिका में स्थानांतरित करके आनुवंशिक रूप से समान जानवरों को बनाने की प्रक्रिया।
• जीन संपादन: रोगों के प्रति प्रतिरोध या तेज़ विकास दर जैसे लाभकारी लक्षणों को पेश करने के लिए जानवरों के जीन को संशोधित करना।

उदाहरण: चिकित्सीय प्रोटीन (जैसे, ट्रांसजेनिक बकरियों के दूध में ग्लाइकोसिलेटेड प्रोटीन) के उत्पादन के लिए ट्रांसजेनिक जानवरों का उत्पादन।

7. बायोसेंसर और बायोइन्फ़ॉर्मेटिक्स:

बायोसेंसर: ऐसे उपकरण जो रासायनिक या जैविक पदार्थों का पता लगाने के लिए जैविक घटकों (जैसे, एंजाइम, एंटीबॉडी) का उपयोग करते हैं। इनका उपयोग निदान, पर्यावरण निगरानी और खाद्य सुरक्षा परीक्षण में किया जाता है।

बायोइन्फ़ॉर्मेटिक्स: जैविक डेटा, विशेष रूप से आनुवंशिक डेटा को संग्रहीत, विश्लेषण और व्याख्या करने के लिए कम्प्यूटेशनल टूल और डेटाबेस का उपयोग।

वस्तुनिष्ठ प्रश्न /MCQs:

1.) निम्नलिखित में से कौन सा आनुवंशिक इंजीनियरिंग का सिद्धांत नहीं है?

a) जीन अलगाव

b) जीन अभिव्यक्ति

c) आनुवंशिक उत्परिवर्तन

d) जीन क्लोनिंग

2.) पुनः संयोजक डीएनए प्रौद्योगिकी में प्लास्मिड की क्या भूमिका है? a) जीन अभिव्यक्ति के लिए एक प्रमोटर के रूप में कार्य करना

b) विदेशी जीन को मेजबान जीव में ले जाना

c) डीएनए प्रतिकृति के लिए एक एंजाइम के रूप में कार्य करना

d) अवांछित डीएनए को नष्ट करना

3.) डीएनए के एक विशिष्ट खंड को बढ़ाने के लिए किस तकनीक का उपयोग किया जाता है? a) पीसीआर (पोलीमरेज़ चेन रिएक्शन)

b) जेल वैद्युतकणसंचलन

c) क्लोनिंग

d) संकरण

4.) व्यावसायिक उपयोग के लिए विकसित पहला आनुवंशिक रूप से संशोधित जीव (GMO) था: a) बीटी कपास

b) गोल्डन राइस

c) राउंडअप-रेडी सोयाबीन

d) इंसुलिन-उत्पादक बैक्टीरिया

5.) निम्नलिखित में से कौन सा पादप जैव प्रौद्योगिकी का अनुप्रयोग है? a) आनुवंशिक रूप से संशोधित इंसुलिन का उत्पादन

b) जानवरों की क्लोनिंग

c) रोग प्रतिरोधी फसलों का विकास

d) बैक्टीरिया का उपयोग करके एंटीबायोटिक उत्पादन

6.) निम्नलिखित में से कौन सा माइक्रोबियल बायोटेक्नोलॉजी का सही अनुप्रयोग है?

a) बायोप्लास्टिक्स का उत्पादन

b) पौधों का आनुवंशिक संशोधन

c) जीन थेरेपी

d) पुनः संयोजक इंसुलिन उत्पादन

7.) कौन सा एंजाइम मुख्य रूप से पॉलीमरेज़ चेन रिएक्शन (पीसीआर) प्रक्रिया में उपयोग किया जाता है?

a) डीएनए पॉलीमरेज़

b) आरएनए पॉलीमरेज़

c) प्रतिबंध एंडोन्यूक्लिएज

d) लिगेज

8.) माइक्रोबियल किण्वन के माध्यम से प्राप्त कौन सा उत्पाद नहीं है? a) शराब

b) एंटीबायोटिक्स

c) इंसुलिन

d) सिरका

9.) निम्नलिखित में से कौन सी तकनीक विदेशी जीन को पौधों की कोशिकाओं में स्थानांतरित करने के लिए उपयोग की जाती है?

a) इलेक्ट्रोपोरेशन

b) जीन गन (बायोलिस्टिक्स)

c) जीन एडिटिंग

d) उपरोक्त सभी

10.) बायोटेक्नोलॉजी में बायोसेंसर का उपयोग करने का प्राथमिक उद्देश्य क्या है? a) DNA अनुक्रमों को बढ़ाना

b) विशिष्ट जैविक अणुओं की उपस्थिति का पता लगाना

c) विशिष्ट जीनों का क्लोन बनाना

d) प्रोटीन को शुद्ध करना

लघु उत्तर प्रश्न:

• जेनेटिक इंजीनियरिंग को परिभाषित करें। इस प्रक्रिया में प्रतिबंध एंजाइमों के महत्व को समझाएँ।
• पोलीमरेज़ चेन रिएक्शन (PCR) की प्रक्रिया और इसके अनुप्रयोगों का वर्णन करें।
• पुनः संयोजक DNA तकनीक क्या है? जैव प्रौद्योगिकी में इसके महत्व पर चर्चा करें।
• पादप जैव प्रौद्योगिकी में ऊतक संवर्धन की भूमिका की व्याख्या करें।
• एंटीबायोटिक के उत्पादन में माइक्रोबियल जैव प्रौद्योगिकी के महत्व पर चर्चा करें।
• पादप आनुवंशिक इंजीनियरिंग में जीन गन (बायोलिस्टिक्स) कैसे काम करती है?
• ट्रांसजेनिक जीव क्या हैं? उदाहरण दें।
• जैव प्रौद्योगिकी में बायोसेंसर के सिद्धांत और अनुप्रयोगों की व्याख्या करें।