जैवप्रौद्योगिकी के सिद्धांत और प्रक्रम#

जैवप्रौद्योगिकी के सिद्धांत#

परिभाषा#

जैवप्रौद्योगिकी में जीवित जीवों या उनके अवयवों का उपयोग विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए उत्पादों और प्रक्रमों के विकास के लिए किया जाता है।

प्रमुख अवधारणाएँ#

• आनुवंशिक अभियांत्रिकी: किसी जीव के DNA में हेरफेर कर उसके लक्षण बदलना।
• पुनःसंयोजी DNA प्रौद्योगिकी: विभिन्न स्रोतों से DNA को मिलाकर नई आनुवंशिक संयोजनाएँ बनाना।

पुनःसंयोजी DNA प्रौद्योगिकी के उपकरण#

1. प्रतिबंध एंजाइम#

• परिभाषा: ऐसे एंजाइम जो विशिष्ट अनुक्रमों, जिन्हें पहचान स्थल कहा जाता है, पर DNA को काटते हैं।
• कार्य: वे DNA खंड बनाते हैं जिनका उपयोग क्लोनिंग और विश्लेषण के लिए किया जा सकता है।
• प्रकार:
  • प्रकार I: यादृच्छिक स्थलों पर DNA काटते हैं और सक्रियता के लिए ATP की आवश्यकता होती है।
  • प्रकार II: विशिष्ट स्थलों पर DNA काटते हैं, क्लोनिंग में सामान्यतः उपयोग होते हैं।
    • उदाहरण: HindIII एक प्रकार II प्रतिबंध एंजाइम है जो पालिंड्रोम अनुक्रम 5’-AAGCTT-3’ को पहचानता है और A तथा G के बीच काटता है, जिससे चिपचिपे सिरे बनते हैं जो क्लोनिंग प्रक्रिया को सरल बनाते हैं।

2. पैलिंड्रोमिक अनुक्रम#

• परिभाषा: डीएनए में पैलिंड्रोमिक अनुक्रम आधार युग्मों का एक ऐसा अनुक्रम होता है जो एक स्ट्रैंड पर 5’ से 3’ दिशा में और संपूरक स्ट्रैंड पर 3’ से 5’ दिशा में समान पढ़ा जाता है।
• महत्व: कई प्रतिबंधक एंजाइम पैलिंड्रोमिक अनुक्रमों को पहचानते हैं, जिससे वे विशिष्ट स्थलों पर डीएनए को बाँधकर काट सकते हैं। उदाहरण के लिए, HindIII का पहचान स्थल (5’-AAGCTT-3’) पैलिंड्रोमिक है क्योंकि इसका रिवर्स कॉम्प्लिमेंट (3’-TTCGA-5’) विपरीत दिशा में समान पढ़ा जाता है।

3. एंडोन्यूक्लिएस और एक्सोन्यूक्लिएस#

• एंडोन्यूक्लिएस: ये एंजाइम डीएनए स्ट्रैंड के भीतर फॉस्फोडाइएस्टर बॉन्ड को काटते हैं। ये प्रयुक्त एंजाइम के आधार पर या तो ब्लंट या स्टिकी सिरे बना सकते हैं।

  • उदाहरण: HindIII एक एंडोन्यूक्लिएस है जो स्टिकी सिरे उत्पन्न करता है।

• एक्सोन्यूक्लिएस: ये एंजाइम डीएनए अणु के सिरों से न्यूक्लियोटाइड्स को हटाते हैं। इनका उपयोग डीएनए खंडों को ट्रिम करने या सिरों से डीएनए को अपघटित करने के लिए किया जा सकता है।

  • उदाहरण: एक्सोन्यूक्लिएस I एकल स्ट्रैंड वाले डीएनए को चयनित रूप से 3’ सिरे से अपघटित करता है।

4. डीएनए खंडों का पृथक्करण और पृथकन#

• तकनीकें:
  • जेल इलेक्ट्रोफोरेसिस: आकार के आधार पर डीएनए खंडों को पृथक करने की एक विधि। डीएनए को जेल में लोड किया जाता है और विद्युत धारा लगाई जाती है, जिससे खंड स्थानांतरित होते हैं।
  • शुद्धिकरण: आगे के उपयोग के लिए जेल से विशिष्ट डीएनए खंडों को पृथक करना।

5. वेक्टर में क्लोनिंग के लिए आवश्यक विशेषताएँ#

• रिप्लिकेशन का मूल (Origin of Replication): वेक्टर को मेज़बान के भीतर प्रतिकृत करने की अनुमति देता है।
• चयन योग्य मार्कर (Selectable Markers): ऐसे जीन जो एंटीबायोटिक या अन्य मार्करों के प्रति प्रतिरोध प्रदान करते हैं ताकि सफल ट्रांसफॉर्मेंट्स की पहचान हो सके।
• मल्टीपल क्लोनिंग साइट (MCS): एक क्षेत्र जिसमें विदेशी डीएनए को सम्मिलित करने के लिए कई प्रतिबंधन स्थल होते हैं।

6. सक्षम मेज़बान (Competent Host)#

• परिभाषा: एक मेज़बान कोशिका जो ट्रांसफॉर्मेशन के माध्यम से विदेशी डीएनए को ग्रहण कर सकती है।
• सक्षम कोशिकाएँ बनाने की विधियाँ:
  • रासायनिक उपचार (उदाहरण के लिए, कैल्शियम क्लोराइड)।
  • इलेक्ट्रोपोरेशन (विद्युत क्षेत्र का उपयोग कर परिमेबिलिटी बढ़ाना)।

पुनःसंयोजक डीएनए प्रौद्योगिकी की प्रक्रियाएँ#

1. आनुवंशिक पदार्थ (डीएनए) का पृथक्करण#

• विधियाँ:
  • सेल लाइसिस कोशिकाओं को तोड़कर डीएनए को मुक्त करने के लिए।
  • सेलुलर घटकों को पचाने के लिए डिटर्जेंट और एंजाइमों का उपयोग।

2. विशिष्ट स्थानों पर डीएनए को काटना#

• प्रतिबंधन एंजाइमों का उपयोग: डीएनए को विशिष्ट स्थलों पर काटा जाता है ताकि ऐसे खंड बनें जिन्हें नियंत्रित किया जा सके।

3. पुनःसंयोजक डीएनए को मेज़बान कोशिका/जीव में सम्मिलित करना#

• ट्रांसफॉर्मेशन: पुनःसंयोजक डीएनए को सक्षम मेज़बान कोशिकाओं में पेश करना।
• विधियाँ:
  • हीट शॉक विधि।
  • इलेक्ट्रोपोरेशन।
  • माइक्रोइंजेक्शन (कोशिकाओं में सीधे डीएनए इंजेक्ट करना)।

4. विदेशी जीन उत्पाद प्राप्त करना#

• अभिव्यक्ति प्रणालियाँ: इच्छित प्रोटीन को सम्मिलित जीन से उत्पन्न करने के लिए होस्ट कोशिकाओं (जीवाणु, यीस्ट, पौधे या पशु कोशिकाओं) का उपयोग करना।
• अभिव्यक्ति की निगरानी: प्रोटीन के उत्पादन की पुष्टि करने के लिए वेस्टर्न ब्लॉटिंग या ELISA जैसी तकनीकों का उपयोग।

5. डाउनस्ट्रीम प्रोसेसिंग#

• शुद्धिकरण: इच्छित उत्पाद को होस्ट कोशिकाओं और अन्य कोशिकीय घटकों से पृथक करना।
• विशेषता निर्धारण: उत्पाद की संरचना और कार्य के लिए विश्लेषण करना।
• सूत्रण: भंडारण और उपयोग के लिए उत्पाद तैयार करना।