अध्याय 11 जैव प्रौद्योगिकी: सिद्धांत और प्रक्रियाएँ।

सोचने की प्रक्रिया

आटा जीवाणुओं द्वारा किण्वन से बनता है।

उत्तर

(b) गूंधे हुए आटे में बेकर यीस्ट; Saccharomyces cerevisiae का इनोक्यूलेशन किण्वन प्रक्रिया के दौरान $\mathrm{CO} _{2}$ उत्पन्न करता है, जिससे आटा फूलकर नरम और स्पंजी हो जाता है। इसका उपयोग इडली, डोसा, ब्रेड आदि बनाने में किया जाता है।

उत्तर

(b) प्रतिबंधन एंजाइम न्यूक्लिएस कहलाने वाले एंजाइमों की एक श्रेणी से संबंधित हैं और दो प्रकार के होते हैं

(i) एक्सोन्यूक्लिएस DNA के सिरों से न्यूक्लियोटाइड्स को हटाते हैं।

(ii) एंडोन्यूक्लिएस DNA के भीतर विशिष्ट स्थानों पर कट लगाते हैं।

DNA लाइगेज एक सीलिंग एंजाइम है (जिसे जेनेटिक गम भी कहा जाता है), जो दो अलग-अलग DNA खंडों को जोड़ने के लिए उत्तरदायी होता है, जबकि Hind II पहला खोजा गया प्रतिबंधन एंडोन्यूक्लिएस एंजाइम है।

उत्तर

(क) ट्रांसडक्शन वह प्रक्रिया है जिसमें एक सूत्रक (वायरस) की मध्यस्थता से जीन सामग्री (DNA) एक जीवाणु से दूसरे जीवाणु में स्थानांतरित होती है।

अन्य विकल्प गलत हैं क्योंकि जीवाणु संयुग्मन उस प्रक्रिया को कहते हैं जिसमें जीन सामग्री (प्लाज्मिड) सीधे कोशिका-से-कोशिका संपर्�क या दो कोशिकाओं के बीच बने सेतु-सदृश संपर्क के माध्यम से स्थानांतरित होती है।

ट्रांसफॉर्मेशन कोशिका में उसके आस-पास से बाह्य जीन सामग्री (बाह्य DNA) को सीधे ग्रहण कर उसे सम्मिलित करने से होने वाला आनुवंशिक परिवर्तन है, जिसे कोशिका झिल्ली के माध्यम से लिया जाता है।

ट्रांसलेशन वह प्रक्रिया है जिसमें कोशिकीय राइबोसोम प्रोटीन बनाते हैं; यह जीन अभिव्यक्ति प्रक्रिया का एक भाग है।

सोचने की प्रक्रिया

जेल इलेक्ट्रोफोरेसी आकार के आधार पर DNA खंडों को पृथक करने की तकनीक है।

उत्तर

(d) पृथक किए गए DNA खंडों (जेल इलेक्ट्रोफोरेसिस प्रक्रिया द्वारा) को एथिडियम ब्रोमाइड से रंजित करने के बाद UV-विकिरण के संपर्क में लाकर देखा जाता है। ये खंड नारंगी रंग की पट्टियों के रूप में दिखाई देते हैं।

उत्तर

(c) प्रतिबंध एंज़ाइम में ‘प्रतिबंध’ शब्द का अर्थ बैक्टीरियोफ़ेज के बैक्टीरिया में गुणन को रोकना है। ऐसा इसलिए है क्योंकि प्रतिबंध एंज़ाइमों की खोज मूलतः बैक्टीरिया द्वारा स्वयं को बैक्टीरियोफ़ेज संक्रमण से बचाने के लिए वायरल डीएनए को काटने वाली रक्षा प्रणाली के रूप में हुई थी।

उत्तर

(d) प्रतिबंध एंज़ाइमों और डीएनए लाइगेज़ों का उपयोग करके दो भिन्न जीवों से जोड़े गए डीएनए खंडों से एक स्थिर पुनः संयोजक डीएनए अणु बनाया जा सकता है।

सोचने की प्रक्रिया

जेल इलेक्ट्रोफोरेसिस, जिसे ए. टिसेलियस ने विकसित किया था, प्रोटीन, डीएनए और आरएनए जैसे अणुओं के पृथक्करण में प्रयोग किया जाता है। इस तकनीक में आगारोज सामान्यतः प्रयुक्त मैट्रिक्स (पॉलीसैकेराइड) होता है (पॉलीसैकेराइड)।

उत्तर

(b) आगारोज जेल इलेक्ट्रोफोरेसिस में, डीएनए खंड आगारोज जेल के छलनी गुण के कारण अपने आकार या लंबाई के अनुसार अलग होते हैं (विभाजित होते हैं)। इसका अर्थ है, जितना छोटा खंड होगा, वह उतना ही आगे जाएगा।

उत्तर

(a) दी गई सभी विशेषताएँ वेक्टर में क्लोनिंग को सुविधाजनक बनाने के लिए महत्वपूर्ण हैं, लेकिन इनमें से प्रतिकृतिकरण का मूल (ori) सबसे महत्वपूर्ण है।

इसके निम्नलिखित कारण हैं

(i) Ori एक डीएनए अनुक्रम है जो प्रतिकृतिकरण प्रारंभ करने के लिए उत्तरदायी होता है। कोई भी डीएनए खंड जब इस अनुक्रम से जुड़ा होता है तो वह मेजबान कोशिकाओं के भीतर प्रतिकृत हो सकता है।

(ii) Ori जुड़े हुए डीएनए की प्रतिकृति संख्या को भी नियंत्रित करता है।

प्लाज्मिड pBR322 की आवश्यक विशेषताओं को दर्शाता आरेख

उत्तर

(ग) ‘पुनर्संयोजी डीएनए प्रौद्योगिकी’ की प्रक्रिया में पहला चरण डीएनए के isolation (पृथक्करण) का होता है। चूँकि डीएनए झिल्लियों के भीतर बंद होता है, हमें डीएनए को अन्य बड़े अणुओं—जैसे आरएनए, प्रोटीन, पॉलिसैकेराइड और लिपिड्स—के साथ मुक्त करने के लिए कोशिका को तोड़ना पड़ता है।

यह बैक्टीरियल कोशिकाओं/पादप या पशु ऊतकों को लाइसोज़ाइम (बैक्टीरिया), सेल्युलेज़ (पादप कोशिकाएँ) और काइटिनेज़ (कवक) जैसे एंजाइमों के साथ उपचारित करके प्राप्त किया जा सकता है।

जैसा कि हम जानते हैं कि जीन लंबे डीएनए अणुओं पर स्थित होते हैं जो हिस्टोन जैसे प्रोटीनों से लिपटे होते हैं। आरएनए को राइबोन्यूक्लिएस के उपचार से हटाया जा सकता है, जबकि प्रोटीन को प्रोटिएस के उपचार से हटाया जाता है।

अन्य अणुओं को उपयुक्त उपचारों द्वारा हटाया जाता है और शुद्ध डीएनए अंततः ठंडे एथेनॉल की अतिरिक्ति के बाद अवक्षेपित होकर बाहर आ जाता है। डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिएस का उपयोग इस प्रक्रिया में नहीं किया जाता क्योंकि यह एंजाइम डीएनए अणुओं के विघटन का कारण बनता है।

उत्तर

(d) पॉलिमरेज़ चेन रिएक्शन (PCR) एक ऐसी प्रतिक्रिया है जिसमें विशिष्ट DNA अनुक्रमों का इन विट्रो प्रवर्धन किया जाता है। इस प्रकार के बार-बार प्रवर्धन को थर्मोस्टेबल DNA पॉलिमरेज़ (एक जीवाणु Thermus aquaticus से पृथक किया गया) के उपयोग द्वारा प्राप्त किया जाता है, जो उच्च तापमान और द्वि-सूत्री DNA के विकृतिकरण के दौरान सक्रिय और स्थिर बना रहता है।

सोचने की प्रक्रिया

ऐसे जीन जो ऐम्पीसिलिन, क्लोरैम्फ़ेनिकॉल, टेट्रासाइक्लिन या कैनामाइसिन आदि एंटीबायोटिक्स के प्रतिरोध को कूटबद्ध करते हैं, उन्हें E. coli के लिए उपयोगी चयनात्मक चिह्न माना जाता है।

उत्तर

(b) चयनात्मक चिह्न गैर-रूपांतरितों की पहचान और समाप्ति में मदद करते हैं और चयनपूर्वक रूपांतरितों की वृद्धि की अनुमति देते हैं। सामान्य $E$. coli कोशिकाएँ इनमें से किसी भी एंटीबायोटिक के विरुद्ध प्रतिरोध नहीं रखतीं। सक्षम जीवाणु कोशिकाओं को रासायनिक उपचार, उदाहरण के लिए कैल्शियम क्लोराइड, द्वारा विदेशी DNA लेने में सक्षम बनाया जाता है।

नोट रूपांतरण प्रक्रिया में, DNA का एक टुकड़ा मेज़बान जीवाणु में प्रस्तुत किया जाता है।

सोचने की प्रक्रिया

DNA एक जलप्रेही अणु है जो कोशिका झिल्ली से गुजर नहीं सकता। इसलिए, जीवाणुओं को रासायनिक और भौतिक विधियों द्वारा DNA अणुओं को स्वीकार करने के लिए सक्षम बनाया जाना चाहिए।

उत्तर

(c) रासायनिक विधि में, कोशिका को कैल्शियम जैसे द्विसंयोजी धातु आयन की विशिष्ट सांद्रता के साथ उपचारित किया जाता है ताकि कोशिका भित्ति में छिद्रों का आकार बढ़ सके। कोशिकाओं को रिकॉम्बिनेंट DNA के साथ बर्फ पर इनक्यूबेट किया जाता है, फिर उन्हें संक्षेप में $42^{\circ} \mathrm{C}$ पर रखा जाता है और फिर वापस बर्फ पर रखा जाता है। इसे हीट शॉक विधि कहा जाता है। जीवाणु अब रिकॉम्बिनेंट DNA को ग्रहण कर लेते हैं।

उत्तर

(a) DNA लाइगेस (संयोजन या सीलन एंजाइम) को आनुवंशिक गम भी कहा जाता है। वे दो द्विकुंडलित DNA के व्यक्तिगत खंडों के बीच फॉस्फोडाइएस्टर बंध बनाकर उन्हें जोड़ते हैं। इस प्रकार वे DNA खंडों में गैप को सील करने में मदद करते हैं। इसलिए, वे आणविक गोंद के रूप में कार्य करते हैं।

उत्तर

(c) Agrobacterium tumefaciens कई द्विबीजपत्री पौधों का रोगजनक है। यह Ti प्लाज्मिड में ‘T-DNA’ नामक एक DNA खंड डालता है जो सामान्य पौधे की कोशिकाओं को ट्यूमर कोशिकाओं में बदल देता है ताकि रोगजनकों के विरुद्ध रसायन उत्पन्न किए जा सकें।

प्रतिबंध एंजाइम Eco RI, Escherichia coli RY13 से अलग किया गया है।

पहला प्रतिबंध एंजाइम Hind II बैक्टीरियम Haemophilus influenzae से अलग किया गया था। प्रतिबंध एंजाइम Bam HI Bacillus amyloli से अलग किया गया है।

उत्तर

(c) पॉलिमरेज चेन रिएक्शन में पॉलिमराइज़ेशन या विस्तार चरण Taq पॉलिमरेज एंजाइम द्वारा उत्प्रेरित होता है। PCR निम्नलिखित तीन चरणों में किया जाता है

(i) विकृतीकरण डबल-स्ट्रैंडेड DNA को 15 सेकंड के लिए $95^{\circ} \mathrm{C}$ की उच्च तापमान देकर विकृत किया जाता है। प्रत्येक अलग हुई सिंगल स्ट्रैंड अब DNA संश्लेषण के लिए टेम्पलेट का कार्य करती है।

(ii) ऐनीलिंग दो सेट प्राइमर जोड़े जाते हैं जो प्रत्येक अलग हुई स्ट्रैंड के 3 सिरे से जुड़ते हैं। प्राइमर प्रतिकृतिकरण के प्रारंभक का कार्य करते हैं।

(iii) विस्तार DNA पॉलिमरेज प्रतिक्रिया में दिए गए टेम्पलेट के पूरक न्यूक्लियोटाइड जोड़कर प्राइमरों का विस्तार करता है।

एक थर्मोस्टेबल डीएनए पॉलिमरेज़ (Taq DNA polymerase) प्रतिक्रिया में प्रयोग किया जाता है जो प्रतिक्रिया के उच्च तापमान को सहन कर सकता है।

इन सभी चरणों को वांछित डीएनए की कई प्रतियाँ प्राप्त करने के लिए कई बार दोहराया जाता है।

सोचने की प्रक्रिया

इंट्रॉन जीन के वे भाग होते हैं जो सीधे प्रोटीन के लिए कोड नहीं करते। ये बहुकोशिकीय यूकैरियोट्स, जैसे मानव में सामान्यतः पाए जाते हैं और बैक्टीरिया में दुर्लभ होते हैं।

उत्तर

(a) पुनःसंयोजक डीएनए अणु बनाने की प्रक्रिया में एक वांछित जीन को उस मेज़बान के डीएनए में पेश किया जाता है जो वांछित प्रोटीन का उत्पादन करेगा।

कभी-कभी एक क्लोन किए गए यूकैरियोटिक जीन को प्रोकैरियोटिक मेज़बान में कार्य करने के लिए प्रेरित करना कठिन हो सकता है। यूकैरियोटिक जीनों में लंबे नॉन-कोडिंग इंट्रॉन की उपस्थिति इन जीनों के प्रोकैरियोट्स में सही अभिव्यक्ति को रोक सकती है, जिनमें RNA-स्प्लाइसिंग यंत्रणा नहीं होती है।

उत्तर

(c) यदि कोई प्रोटीन एन्कोडिंग जीन विषमजाती होस्ट में व्यक्त किया जाता है, तो उसे पुनर्संयोजी प्रोटीन कहा जाता है। रुचि के क्लोन किए गए जीन वाली कोशिकाओं को प्रयोगशाला में छोटे पैमाने पर उगाया जा सकता है।

संवर्धनों का उपयोग वांछित प्रोटीन को निकालने और फिर विभिन्न पृथक्करण तकनीकों का उपयोग करके उसे शुद्ध करने के लिए किया जा सकता है।

कोशिकाओं को एक सतत संवर्धन प्रणाली में भी गुणा किया जा सकता है जहाँ एक ओर से प्रयुक्त माध्यम को बाहर निकाला जाता है जबकि दूसरी ओर से ताजा माध्यम जोड़ा जाता है ताकि कोशिकाओं को उनके शारीरिक रूप से सबसे सक्रिय लॉग/प्रायोगिक चरण में बनाए रखा जा सके। इस प्रकार की संवर्धन विधि एक बड़ी बायोमास उत्पन्न करती है जिससे वांछित प्रोटीन की उच्च उपज प्राप्त होती है।

उत्तर

(c) पीसीआर (पॉलिमरेज चेन रिएक्शन) तकनीक का विकास केरी मुलिस ने 1985 में किया था, और इसके लिए उन्हें 1993 में रसायन विज्ञान के लिए नोबेल पुरस्कार प्राप्त हुआ। एचजी खुराना ने 1969 में टेज में डीएनए लाइगेज एंजाइम की खोज की थी।

व्हाइट डीएनए पॉलिमरेज की खोज आर्थर कोर्नबर्ग ने की थी और हर्बर्ट बॉयर ने 1972 में एक जीन को $E$. कोलाई के प्लाज्मिड के साथ मिलाकर पहला पुनर्संयोजी डीएनए अणु बनाया था।

पीसीआर (पॉलिमरेज चेन रिएक्शन) तकनीक एक ऐसी प्रतिक्रिया है जिसमें विशिष्ट डीएनए अनुक्रमों का इन विट्रो में प्रवर्धन किया जाता है।

उत्तर

(c) प्रतिबंधक एंजाइमों को ‘आणविक कैंची’ कहा जाता है और ये विशिष्ट स्थलों पर डीएनए को काटने के लिए उत्तरदायी होते हैं। ये वायरस में नहीं पाए जाते हैं।

ये जीवाणुओं में पाए जाते हैं और एक प्रकार की रक्षा प्रणाली को ‘प्रतिबंध संशोधन प्रणाली’ कहा जाता है; यह प्रणाली दो घटकों से बनी होती है—प्रतिबंधक एंजाइम और संशोधन एंजाइम।

पहला घटक प्रतिबंधक एंडोन्यूक्लिएस को सम्मिलित करता है, जो बाह्य डीएनए को पहचानकर उसे काटता है। विभिन्न डीएनए अणुओं में समान प्रकार के स्टिकी सिरे भी इन्हीं ‘आणविक कैंची’ द्वारा बनाए जाते हैं। डीएनए में वह विशिष्ट अनुक्रम जिसे प्रतिबंधक एंडोन्यूक्लिएस पहचानता है, पैलिंड्रोमिक न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम कहलाता है।

उत्तर

पुनः संयोजित DNA उतने ही बार गुणा कर सकता है जितनी बार वेक्टर प्लाज्मिड की कॉपी संख्या होती है, जिससे पुनः संयोजित प्रोटीन की उपज निर्धारित होती है। इसलिए, प्लाज्मिड वेक्टर की कॉपी संख्या जितनी अधिक होगी, जीन की कॉपी संख्या भी उतनी ही अधिक होगी और परिणामस्वरूप, जीन द्वारा कोडित प्रोटीन बड़ी मात्रा में उत्पादित होगा।

उत्तर

नहीं, क्योंकि एक्सोन्यूक्लिएज़ रेखीय DNA अणु के मुक्त सिरों पर कार्य करता है। इसलिए, चिपचिपे सिरों वाले DNA खंड उत्पन्न करने के बजाय, यह रुचि के जीन को धारण करने वाले DNA खंड को छोटा कर देगा या पूरी तरह से अपघटित कर देगा और वृत्ताकार प्लाज्मिड (वेक्टर) काटा नहीं जाएगा क्योंकि उसमें मुक्त सिरे नहीं होते।

उत्तर

(i) पहला अक्षर ‘H’ उस जीव के वंश का संकेत देता है जिससे यह एंजाइम पृथक किया गया था, $H=$ वंश Haemophilus।

(ii) चौथा अक्षर d उस विशिष्ट उपभेद को दर्शाता है जिसका उपयोग एंजाइम उत्पादन के लिए किया गया था, $d=$ उपभेद Rd।

(iii) रोमन अंक उस क्रम को दर्शाते हैं जिसमें उस विशेष वंश, प्रजाति और उपभेद के जीव से प्रतिबंधन एंडोन्यूक्लिएज़ एंजाइम को पृथक किया गया है—III, अर्थात् इस प्रजाति से पृथक किया गया तीसरा प्रतिबंधन एंडोन्यूक्लिएज़।

उत्तर

यदि वेक्टर में प्रतिबंध एंजाइमों के एक से अधिक पहचान स्थल हों, तो प्रतिबंध एंजाइमों के उपचार से वेक्टर स्वयं टुकड़ों में विखंडित हो जाएगा।

उत्तर

DNA एक जलप्रेयी अणु है जो कोशिका झिल्ली से गुज़र नहीं सकता। इसलिए, जीवाणुओं को DNA अणुओं को ग्रहण करने के लिए सक्षम बनाया जाना चाहिए।

सक्षम का अर्थ है कि जीवाणु कोशिकाओं को $\mathrm{CaCl}_{2}$ जैसे रसायनों के उपचार से विदेशी DNA को ग्रहण करने में सक्षम बनाया जाता है।

उत्तर

प्रोटिएसेज कोशिका के अंदर मौजूद प्रोटीनों को अपघटित कर देते हैं (जिससे DNA पृथक किया जा रहा है)। यदि DNA तैयारी से प्रोटीन नहीं हटाए गए तो वे DNA के किसी भी अनुवर्ती उपचार में बाधा डाल सकते हैं।

उत्तर

यदि द्वि-श्रृंखला DNA का विकृतीकरण नहीं होता है तो प्राइमर टेम्पलेट से जुड़ नहीं पाएंगे। इसलिए, कोई विस्तार नहीं होगा और परिणामस्वरूप कोई प्रवर्धन नहीं होगा।

उत्तर

हेपेटाइटिस-बी पुनःसंयोजी टीका (एन्जरिक्स) का उपयोग हेपेटाइटिस वायरस के टीकाकरण के लिए किया जाता है।

सोचने की प्रक्रिया

पानी न केवल प्रोटीनों के सही तह के लिए बल्कि डीएनए और प्रोटीन की संरचना के रखरखाव के लिए भी महत्वपूर्ण है।

उत्तर

जैव अणु (डीएनए और प्रोटीन) निर्जल परिस्थितियों में जैविक गतिविधि में परिवर्तन प्रदर्शित करते हैं। गैर-जलीय या निर्जल परिस्थितियों में प्रोटीन और डीएनए की कठोरता हाइड्रोजन बंध की ताकत के कमजोर पड़ने के कारण बढ़ जाती है।

इससे समग्र मुक्त ऊर्जा में परिवर्तन होता है, जो आंतरिक ध्रुवीय और अध्रुवीय समूहों के उजागर होने और उनकी पानी के साथ बातचार का संयुक्त प्रभाव है। जलीय परिस्थिति की अनुपस्थिति में मुक्त ऊर्जा परिवर्तन ऋणात्मक होता है, जो जैव अणुओं के विकृत होने के लिए उत्तरदायी है।

हाइड्रोजन बंध की बढ़ती ताकत के कारण पानी मुख्य रूप से स्वयं से बंधित होता है और यह प्रोटीनों या डीएनए की हाइड्रेटिंग संरचना के लिए या आयनों को घोलने के लिए उपलब्ध नहीं रहता है।

दूसरी ओर, यदि पानी-पानी हाइड्रोजन बंध की ताकत कम हो जाती है तो कोशिका के भीतर संचालित होने वाले विनिमय तंत्र, जैसे कि प्रोटीनों और डीएनए के भीतर और बीच हाइड्रोजन बंधित पानी की श्रृंखलाएं, अप्रचालित हो जाएंगे। यह आगे विकृतीकरण की ओर ले जाएगा।

सोचने की प्रक्रिया

T-DNA ही एकमात्र आवश्यक भाग है जिससे Ti-प्लाज्मिड को क्लोनिंग वेक्टर बनाया जा सके।

उत्तर

प्लाज्मिड को निष्क्रिय (disarm) किया जाता है जिसमें प्लाज्मिड में मौजूद ट्यूमर उत्पन्न करने वाले जीनों को हटा दिया जाता है। ताकि यह एक प्रभावी क्लोनिंग वेक्टर बन सके। संशोधित ट्यूमर उत्पन्न करने वाला (Ti) प्लाज्मिड अब पौधों के लिए रोगजनक नहीं रहता है, लेकिन फिर भी यह रुचिकर जीनों को विभिन्न प्रकार के पौधों में पहुँचाने का कार्य करता है।

उत्तर

जीन क्लोनिंग एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें रुचिकर जीन को एक वेक्टर से जोड़ा जाता है। इस प्रकार बना पुनः संयोजी DNA को ट्रांसफॉर्मेशन द्वारा एक होस्ट कोशिका में प्रवेश कराया जाता है।

प्रत्येक कोशिका को एक DNA अणु प्राप्त होता है और जब रूपांतरित कोशिका जब एक बैक्टीरियल कॉलोनी में विकसित होती है, तो कॉलोनी की प्रत्येक कोशिका में उस जीन की एक प्रति होती है। यही जीन क्लोनिंग है।

उत्तर

मेरी राय में दोनों सही हैं। क्योंकि जैव-प्रौद्योगिकी एक बहुत व्यापक क्षेत्र है जो ‘प्राकृतिक’ जीव (या उसके भागों) के साथ-साथ आनुवंशिक रूप से संशोधित जीवों का उपयोग करके मानव जाति के लिए उपयोगी उत्पादों और प्रक्रियाओं को तैयार करने की तकनीकों से संबंधित है।

एक वाइन निर्माता किण्वन (एक प्राकृतिक घटना) द्वारा वाइन उत्पादन के लिए यीस्ट के एक स्ट्रेन का उपयोग करता है, जबकि आण्विक जीवविज्ञानी ने एक जीव में वैक्सीन के रूप में प्रयुक्त होने वाले एंटीजन के लिए जीन क्लोन किया है जो बड़ी मात्रा में एंटीजन के उत्पादन की अनुमति देता है।

सोचने की प्रक्रिया

जीवाणु रूपांतरण वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा जीवाणु कोशिकाएं नग्न डीएनए अणुओं (बाह्य या विदेशी डीएनए) को ग्रहण करती हैं।

उत्तर

प्रयोग संभावित रूप से प्रभावित नहीं होगा क्योंकि पुनर्संयोजी डीएनए अणु वृत्ताकार और बंद होता है, जिसमें कोई मुक्त सिरे नहीं होते हैं। इसलिए, यह एक्सोन्यूक्लिएस एंजाइम के लिए सब्सट्रेट नहीं होगा जो डीएनए के मुक्त सिरों से न्यूक्लियोटाइड्स को हटाता है।

उत्तर

यदि प्रतिबंधन एंजाइम यादृच्छिक स्थलों पर डीएनए को काटेंगे विशिष्ट स्थलों के बजाय, तो प्राप्त डीएनए खंडों में ‘स्टिकी सिरे’ नहीं होंगे। स्टिकी सिरों की अनुपस्थिति में, पुनर्संयोजी डीएनए अणु का निर्माण संभव नहीं होगा।

उत्तर

जब एक प्लाज्मिड DNA और एक रैखिक DNA, जिनमें प्रत्येक के पास प्रतिबंधन एंडोन्यूक्लिएस के लिए एक स्थल होता है, को काटा और अलग किया जाता है, तो प्लाज्मिड एक DNA बैंड दिखाता है, जबकि रैखिक DNA दो बैंड दिखाता है क्योंकि उनकी मूलभूत संरचना में अंतर होता है।

प्लाज्मिड एक वृत्ताकार DNA अणु होता है और जब इसे एंजाइम से काटा जाता है, तो यह रैखिक बन जाता है लेकिन खंडित नहीं होता क्योंकि इसमें केवल एक प्रतिबंधन स्थल होता है, जबकि एक रैखिक DNA अणु दो खंडों में कट जाता है।

उत्तर

एक यौगिक जिसे एथिडियम ब्रोमाइड कहा जाता है, DNA को रंगता है, जो पराबैंगनी (UV) विकिरण के संपर्क में आने पर DNA की नारंगी प्रकाश बैंड देता है। इसलिए, एथिडियम ब्रोमाइड और UV प्रकाश की उपस्थिति में DNA खंड नारंगी बैंड के रूप में दिखाई देते हैं।

उत्तर

एक जीन क्लोनिंग प्रयोग में, सबसे पहले एक पुनर्संयोजी DNA अणु का निर्माण किया जाता है, जहां रुचिकर जीन को वेक्टर से जोड़ा जाता है (यह चरण प्रभावित नहीं होगा) और इसे होस्ट कोशिका के अंदर पेश किया जाता है (रूपांतरण)

चूँकि सभी कोशिकाएँ पुनःसंयोजक/प्लाज्मिड डीएनए के साथ रूपांतरित नहीं होती हैं, चयन योग्य चिह्न की अनुपस्थिति में रूपांतरित और अ-रूपांतरित कोशिकाओं में भेद करना कठिन होगा, क्योंकि चयन योग्य चिह्न की भूमिका रूपांतरित कोशिकाओं के चयन में होती है।

उत्तर

कारण इस प्रकार हैं:

(i) जेल पर लोड किया गया डीएनए नमूना न्यूक्लिएस (एक्सो या एंडो दोनों) से दूषित हो गया होगा और पूरी तरह से अपघटित हो गया होगा।

(ii) जेल असेंबली में इलेक्ट्रोड विपरीत अभिविन्यास में लगाए गए थे, अर्थात् ऐनोड कुओं की ओर (जहाँ डीएनए नमूना लोड किया गया है)। चूँकि डीएनए अणु ऋणात्मक आवेशित होते हैं, वे ऐनोड की ओर गतिशील होते हैं और इसलिए जेल की मैट्रिक्स में गति करने के बजाय जेल से बाहर चले जाते हैं।

(iii) एथिडियम ब्रोमाइड को बिल्कुल नहीं डाला गया या पर्याप्त सांद्रता में नहीं डाला गया और इसलिए डीएनए दिखाई नहीं दिया।

उत्तर

(\mathrm{CaCl}_{2}) डीएनए अपटेक की दक्षता को बढ़ाने के लिए जाना जाता है ताकि रूपांतरित जीवाणु कोशिकाएँ उत्पन्न की जा सकें। द्विसंयुक्त (\mathrm{Ca}^{+2}) आयन जीवाणु कोशिका भित्ति पर क्षणिक छिद्र बनाते हैं जिसके द्वारा विदेशी डीएनए का प्रवेश जीवाणु कोशिकाओं में सुगम बनता है।

उत्तर

एंटीबायोटिक की अनुपस्थिति में, पुनःसंयोजी जीवाणुओं पर प्लाज्मिड (जिसमें हमारी रुचि का जीन है) को बनाए रखने के लिए कोई दबाव नहीं होगा। चूंकि प्लाज्मिड की उच्च प्रतिलिपि संख्या को बनाए रखना सूक्ष्मजीवीय कोशिकाओं के लिए एक चयापचयी बोझ है, इसलिए वे प्लाज्मिड को खोने की प्रवृत्ति रखेंगे।

उत्तर

प्रवर्धित किए जाने वाला क्षेत्र

PCR में, प्रत्येक चक्र में तीन चरण होते हैं

(i) DNA नमूने का विकृतिकरण DNA की दोनों स्ट्रैंड को ९२-९४°C पर गरम करके खोलना।

(ii) प्राइमर ऐनीलिंग प्राइमर एक्सपोज्ड न्यूक्लियोटाइड्स पर बेस जोड़ने के नियमों के अनुसार स्थित हो जाते हैं।

(iii) प्राइमरों का विस्तार डीएनए पॉलिमरेज़ प्राइमरों को ‘प्रारंभ’ टैग के रूप में पहचानता है और प्रतिक्रिया में दिए गए मुक्त न्यूक्लियोटाइड्स तथा जीनोमिक डीएनए को टेम्पलेट के रूप में उपयोग करके प्राइमरों का विस्तार करना शुरू करता है।

प्रत्येक चक्र के साथ डीएनए दोगुना हो जाता है।

उत्तर

क्षेत्र A Bam $\mathrm{HI}$

क्षेत्र $B$ Pot I

क्षेत्र $\mathrm{C}$ amp $^{R}$।

ई. कोलाई क्लोनिंग वेक्टर pBR322 जिसमें प्रतिबंधन स्थल (Hind III, Eco RI, Bam HI, Sal I, Pvu II, Pst I, Cla I), Ori और प्रतिजैविक प्रतिरोधी जीन $(\mathrm{amp} ^{\mathrm{R}}$ और $\mathrm{tet}^{\mathrm{R}})$ दिखाए गए हैं।

Rop प्लाज्मिड की प्रतिकृत्ति में शामिल प्रोटीनों के लिए कोड करता है।

उत्तर

पुनर्संयोजकों के चयन में, जहाँ एंटीबायोटिक्स निष्क्रिय हो जाते हैं, रूपांतरित कोशिकाओं को पहले उस एंटीबायोटिक प्लेट पर प्लेट किया जाता है जो सम्मिलन द्वारा निष्क्रिय नहीं हुई है (अर्थात् ऐम्पीसिलिन) और रूपांतरित कोशिकाओं की वृद्धि के लिए रातभर इनक्यूबेट किया जाता है।

पुनर्संयोजकों के चयन के लिए, इन रूपांतरित कोशिकाओं को दूसरी एंटीबायोटिक (मान लीजिए, टेट्रासाइक्लिन) प्लेट पर रेप्लिका-प्लेट किया जाता है (जो जीन के सम्मिलन के कारण निष्क्रिय हो गई है)।

गैर-पुनर्संयोजक दोनों प्लेटों पर विकसित होते हैं (एक ऐम्पीसिलिन वाली और दूसरी टेट्रासाइक्लिन वाली) जबकि पुनर्संयोजक केवल ऐम्पीसिलिन प्लेट पर ही विकसित होंगे। यह पूरी प्रक्रिया श्रमसाध्य है और अधिक समय लेती है (दो रातों की इनक्यूबेशन)।

हालांकि, यदि हम एक ऐसे मार्कर का सम्मिलन द्वारा निष्क्रियीकरण चुनते हैं जो क्रोमोजेनिक यौगिक की उपस्थिति में रंग उत्पन्न करता है, तो हम पुनर्संयोजकों और गैर-पुनर्संयोजकों को एक ही माध्यम प्लेट (जिसमें एक एंटीबायोटिक और क्रोमोजेनिक यौगिक हो) पर रातभर वृद्धि के बाद अलग कर सकते हैं।

उत्तर

मिट्टी में रहने वाला, पादप रोगजनक जीवाणु Agrobacterium tumefaciens चौड़ी पत्तियों वाली फसलों जैसे टमाटर, सोयाबीन, सूरजमुखी और कपास को संक्रमित करता है, लेकिन अनाजों को नहीं। यह क्राउन गॉल नामक गांठें उत्पन्न करता है।

ट्यूमर निर्माण इसके प्लाज्मिड द्वारा प्रेरित होता है, जिसे इसलिए Ti-प्लाज्मिड (Ti का अर्थ है ट्यूमर-प्रेरक) कहा जाता है। Ti-प्लाज्मिड अपने DNA के एक खंड, जिसे T-DNA कहा जाता है, को मेजबान पौधे की कोशिकाओं के गुणसूत्रीय DNA में सम्मिलित कर देता है। T-DNA ट्यूमर का कारण बनता है। चूँकि जीन स्थानांतरण मानवीय प्रयास के बिना होता है, इसलिए इस जीवाणु को पौधों का प्राकृतिक जेनेटिक इंजीनियर कहा जाता है।

पौधों के आण्विक जीवविज्ञानियों ने Ti-प्लाज्मिड्स को वेक्टर के रूप में उपयोग करना शुरू किया है ताकि रुचि के विदेशी जीनों को लक्ष्य पौधे की कोशिकाओं में स्थानांतरित किया जा सके। वे ऐसे प्लाज्मिड के संस्करण का उपयोग करते हैं जिसमें ट्यूमर बनाने वाला जीन हटा दिया गया हो। रूपांतरित जीवाणु रोग उत्पन्न नहीं करते, लेकिन फिर भी विभिन्न प्रकार के पौधों में रुचि के जीन पहुँचा देते हैं।

उत्तर

बायोरिएक्टर बड़े आयतन (100-1000 L) के पात्र होते हैं जिनमें कच्चे माल को जैविक रूप से विशिष्ट उत्पादों में परिवर्तित किया जाता है।

सबसे अधिक प्रयुक्त बायोरिएक्टर हिलाने वाले प्रकार के होते हैं, जिन्हें चित्र में दिखाया गया है।

(a)

(ब)

(क) सरल स्टिर्ड-टैंक बायोरिएक्टर

(ख) स्पार्ज्ड स्टिर्ड-टैंक बायोरिएक्टर जिसके माध्यम से बाँझ वायु बुलबुले स्पार्ज किए जाते हैं

एक स्टिर्ड-टैंक रिएक्टर आमतौर पर बेलनाकार या घुमावदार आधार वाला होता है ताकि रिएक्टर की सामग्री को मिलाने में सुविधा हो। स्टिरर समान रूप से मिश्रण और पूरे बायोरिएक्टर में ऑक्सीजन की उपलब्धता सुनिश्चित करता है। वैकल्पिक रूप से वायु को रिएक्टर के माध्यम से बुलबुले के रूप में प्रवाहित किया जा सकता है।

यदि आप चित्र को ध्यान से देखें तो आप देखेंगे कि बायोरिएक्टर में एक एजिटेटर सिस्टम, एक ऑक्सीजन डिलीवरी सिस्टम और एक फोम नियंत्रण सिस्टम, एक तापमान नियंत्रण सिस्टम, $\mathrm{pH}$ नियंत्रण सिस्टम और सैंपलिंग पोर्ट हैं ताकि संस्कृति के छोटे आयतन को समय-समय पर निकाला जा सके।

छोटे आयतन की संस्कृतियाँ आमतौर पर प्रयोगशालाओं में फ्लास्क में अनुसंधान और कम मात्रा में उत्पादों के उत्पादन के लिए प्रयोग की जाती हैं। हालाँकि, उत्पादों का बड़े पैमाने पर उत्पादन बायोरिएक्टरों में किया जाता है।