బయోటెక్నాలజీ, ఈ పదం ‘బయో’ మరియు ‘టెక్నాలజీ’ అనే రెండు పదాల కలయిక - ‘బయో’ అంటే జీవ వ్యవస్థలు లేదా ప్రక్రియలు, మరియు ‘టెక్నాలజీ’ అంటే ఈ జీవ వ్యవస్థల నుండి ఉపయోగకరమైన ఉత్పత్తులను తయారు చేయడానికి ఉపయోగించే పద్ధతులు, వ్యవస్థలు మరియు పరికరాలు. అందువలన, బయోటెక్నాలజీ మానవాళికి ఉపయోగకరమైన ఉత్పత్తులను ఉత్పత్తి చేయడానికి జీవ కణాలు మరియు/లేదా జీవ అణువులను ఉపయోగించే వివిధ సాంకేతికతలను సూచిస్తుంది.

మానవాళి చాలా కాలం నుండి బయోటెక్నాలజీని అభ్యసిస్తోంది. పురాతన శిలాయుగంలో గొర్రెలు మరియు పశువులను పెంపకం చేయడం నుండి, ప్రాచీన ఈజిప్షియన్ రైతులచే మొక్కల స్టాక్లను సంరక్షించడం (ప్రాచీన జన్యు పదార్థ సంరక్షణ), బ్రెడ్, చీజ్ మరియు వైన్ తయారీ రూపంలో ప్రారంభ కిణ్వన సాంకేతికత యొక్క సాంప్రదాయ ఉదాహరణల వరకు. అయితే, ఆధునిక బయోటెక్నాలజీ ఒక బహుళశాస్త్ర విషయం, ఇది సెల్ మరియు మాలిక్యులర్ బయాలజీ, మైక్రోబయాలజీ, జన్యుశాస్త్రం, అనాటమీ మరియు ఫిజియాలజీ, బయోకెమిస్ట్రీ, కంప్యూటర్ సైన్స్ మరియు రీకాంబినెంట్ DNA టెక్నాలజీ (rDNA టెక్నాలజీ) వంటి విజ్ఞానశాస్త్రం యొక్క వివిధ రంగాల మధ్య జ్ఞాన భాగస్వామ్యాన్ని కలిగి ఉంటుంది.

ఈ అధ్యాయం బయోటెక్నాలజికల్ పద్ధతుల చరిత్ర మరియు ఆధునిక భావనల అభివృద్ధిని; వైద్యం, వ్యవసాయం, ఆహారం మరియు పర్యావరణ సంరక్షణ రంగంలో బయోటెక్నాలజీ యొక్క ప్రధాన అనువర్తనాలు మరియు భారతీయ బయోటెక్నాలజీ రంగం యొక్క ప్రస్తుత దృశ్యాన్ని వివరిస్తుంది.

1.1 చారిత్రక దృక్పథాలు

ప్రాచీన బయోటెక్నాలజీ పురాతన శిలాయుగంలోనే, సుమారు 10,000 సంవత్సరాల క్రితం, ప్రారంభ రైతులు గోధుమ మరియు బార్లీ వంటి పంటలను పండించడం ప్రారంభించినప్పుడే వేళ్లు చాచింది. ఆఫ్రికాలోని సహారా ప్రాంతంలో ప్రబలంగా ఉన్న నాగరికతలు గొర్రెలు, మేకలు మరియు పశువులను విజయవంతంగా పెంపకం చేస్తున్నాయి, మరియు వేట పద్ధతులు మరియు అగ్ని యొక్క సంభావ్య ఉపయోగాలతో పరిచయం ఉండేవి. ప్రజలు పంటకు అడవి మొక్కల విత్తనాలను సేకరించారు మరియు వారి చుట్టూ నివసించే కొన్ని రకాల అడవి జంతువులను పెంపకం చేశారు, ప్రస్తుతం ‘ఎంపికా సంకరణం’గా పిలువబడేదాన్ని అమలు చేశారు. అయితే, మధ్యయుగ కాలంలో బయోటెక్నాలజీ యొక్క అత్యంత సాంప్రదాయ ఉదాహరణ బ్రెడ్, చీజ్, వైన్ మరియు బీర్ ఉత్పత్తికి కిణ్వన సాంకేతికత యొక్క ఉపయోగం.

ప్రయోజనకరమైన ఫలితాలను ఉత్పత్తి చేయడానికి శాస్త్రం మరియు సాంప్రదాయ జ్ఞానం ఎల్లప్పుడూ చేతులు చేతులు కలిపి పనిచేశాయి. భారతీయ సాంప్రదాయ వైద్యం మరియు బయోటెక్నాలజీ జ్ఞానాన్ని పత్రీకరించడానికి మరియు ఉపయోగించడానికి ఎక్కువ ప్రయత్నాలు చేయబడుతున్నాయి. ప్రాచీన భారతదేశ ప్రజలకు వారి పర్యావరణం మరియు మొక్కలు మరియు జంతువుల లక్షణాల గురించి అపారమైన జ్ఞానం ఉండేది. స్థానిక జీవ వనరులను ఉపయోగించి దహి, ఇడ్లి, కినెమా మరియు పానీయాలు వంటి కిణ్విత ఆహారాన్ని తయారు చేసే పద్ధతి మధ్యయుగ భారతదేశంలో సాధారణం. పెరుగు (దహి) తయారీలో సాంప్రదాయ భారతీయ జ్ఞానం యొక్క ప్రస్తుతత యునైటెడ్ స్టేట్స్ పేటెంట్ డేటాబేస్లో కనిపించిన కొన్ని పేటెంట్లలో సూచించబడింది. పెరుగు తయారీ బాక్స్ 1లో ఇవ్వబడింది.

కిణ్వనాన్ని ఒక సూక్ష్మజీవ ప్రక్రియగా వివరించవచ్చు, దీనిలో ఎంజైమాటిక్గా నియంత్రిత కర్బన సమ్మేళనాల మార్పిడి జరుగుతుంది. కిణ్వనం ఏ ప్రక్రియలు ఉన్నాయో నిజమైన జ్ఞానం లేకుండా సంవత్సరాలు పాటు అభ్యసించబడింది. కిణ్విత పిండి అనుకోకుండా కనుగొనబడింది, పిండి వెంటనే బేక్ చేయబడలేదు మరియు తర్వాత ఇది Saccharomyces winlocki వంటి ఈస్ట్ ద్వారా కిణ్వనం చెందింది. ఈజిప్ట్ మరియు మెసపొటేమియా గ్రీస్ మరియు రోమ్కు బ్రెడ్ను ఎగుమతి చేశాయి. ఈ పద్ధతిని మెరుగుపరచడానికి చేసిన ప్రయత్నాలలో, బేకర్స్ ఈస్ట్ రోమన్లచే కనుగొనబడింది, ఇది ఆ కాలంలో ప్రబలంగా ఉన్న

బాక్స్ 1

పెరుగు తయారీ: ఒక సాంప్రదాయ బయోటెక్నాలజికల్ పద్ధతి

మనందరం మన తల్లులు మొత్తం కుటుంబానికి పెరుగు తయారు చేయడం గమనించి ఉండాలి. ఇది కిణ్వన సాంకేతికత యొక్క ఒక అద్భుతమైన ఉదాహరణ, దీనిని ఇంట్లోనే నిర్వహించవచ్చు.

పరిశీలన: ముడి పదార్థం, పాలు, పూర్తిగా ఒక అర్ధఘన పుల్లని రుచి ఉత్పత్తిగా మార్చబడింది.

వాస్తవానికి ఏం జరిగింది?

పెరుగు నుండి లాక్టోబాసిల్లస్ బ్యాక్టీరియా పాల ప్రోటీన్ కేసిన్తో ప్రతిస్పందిస్తుంది. ఉప ఉత్పత్తిగా ఏర్పడిన లాక్టిక్ యాసిడ్, గ్లోబ్యులర్ ప్రోటీన్లను డినేచర్ చేస్తుంది మరియు ఘన పెరుగును ఉత్పత్తి చేయడానికి గడ్డకట్టుతుంది మరియు నీటి వే రెండు ప్రోటీన్ పొరను వేరు చేస్తుంది

బ్రెడ్-మేకింగ్ సాంకేతికతలో విప్లవం సాధించింది. చైనీయులు కూడా క్రీ.పూ. 4000 నాటికి, వారి సాంప్రదాయ ఆహార వస్తువుల ఉత్పత్తికి, సోయా సాసులు మరియు కిణ్విత కూరగాయలు వంటివి, కిణ్వన సాంకేతికతను ఉపయోగిస్తున్నారు. క్రీ.పూ. 2000 నాటికి ఈజిప్షియన్లకు వినెగార్ ఉత్పత్తి తెలుసు, కొబ్బరి ఖర్జూరాలను ఎక్కువ కాలం పాటు నిల్వ చేయడం ద్వారా. జంతు ఆహారాలను ఎండబెట్టడం, పొగపెట్టడం మరియు ఉప్పునీటిలో ఊరడం ద్వారా సంరక్షించే కళ పురాతన తూర్పు మరియు యూరప్లో ప్రాచుర్యం పొందింది.

బీర్ తయారీ సోర్ఘం, మొక్కజొన్న, బియ్యం, రాగి మరియు గోధుమ వంటి ధాన్యాలను ఉపయోగించి క్రీ.పూ. 6000 మరియు 5000 మధ్య ప్రారంభంలో ప్రారంభమై ఉండవచ్చు. క్రీ.శ. పద్నాలుగవ శతాబ్దం వరకు బ్రూవింగ్ ఒక కళగా పరిగణించబడింది. అయితే, ప్రారంభ బ్రూవర్లకు కిణ్వనం యొక్క సూక్ష్మజీవ ఆధారం గురించి ఆచరణాత్మక జ్ఞానం లేదు. ద్రాక్ష రసం ఈస్ట్ మరియు ఇతర సూక్ష్మజీవులతో కలుషితమైనప్పుడు వైన్ అనుకోకుండా తయారు చేయబడి ఉండవచ్చు. 1850 మరియు 1860 మధ్య, లూయిస్ పాశ్చర్ ఈస్ట్ మరియు ఇతర సూక్ష్మజీవులు కిణ్వనానికి బాధ్యత వహిస్తాయని నిర్ధారించారు.

పండొమిదవ శతాబ్ది గ్లిజరాల్, అసిటోన్, బ్యూటనాల్, లాక్టిక్ యాసిడ్, సిట్రిక్ యాసిడ్ మొదలైన కిణ్వనం ఆధారిత ఉత్పత్తుల ఉత్పత్తి పరిమాణంలో పెరుగుదలను చూసింది. జర్మనీకి పేలుడు పదార్థాల కోసం పెద్ద మొత్తంలో గ్లిజరాల్ అవసరం కారణంగా ప్రపంచ యుద్ధం I సమయంలో పారిశ్రామిక కిణ్వనం స్థాపించబడింది. 1940 ల నాటికి, స్టెరిలిటీ నిర్వహణ, వాయు ప్రసరణ పద్ధతులు, ఉత్పత్తి వేరుచేయడం మరియు శుద్ధి చేయడం వంటి పద్ధతులకు గణనీయమైన మెరుగుదల చేయబడింది. ప్రపంచ యుద్ధం II ఆధునిక ఫెర్మెంటర్ (కిణ్వనం కోసం ఉపయోగించే పాత్రలు) యొక్క ఆవిష్కరణకు దారితీసిన ఉత్ప్రేరకం, ఇది యాంటీబయాటిక్ పెన్సిలిన్ యొక్క సామూహిక ఉత్పత్తికి బయోరియాక్టర్ అని కూడా పిలుస్తారు. నేడు, యాంటీబయాటిక్స్, అమైనో యాసిడ్లు, హార్మోన్లు, పిగ్మెంట్లు మరియు ఎంజైమ్లు వంటి అనేక రసాయనాలు పారిశ్రామిక బయోరియాక్టర్ల నియంత్రిత వాతావరణాలలో అత్యంత ఖచ్చితత్వంతో ఉత్పత్తి చేయబడతాయి.

పద్దెనిమిదవ మరియు పండొమిదవ శతాబ్దాలలో విజ్ఞానం మరియు సాంకేతికతలో పురోగతితో ఆధునిక బయోటెక్నాలజీ యొక్క పునాదులు వేయబడ్డాయి. అందువలన 1590 లో డచ్ స్పెక్టేకిల్-మేకర్ జాకారియాస్ జాన్సెన్ చేసిన మొదటి సమ్మేళన సూక్ష్మదర్శిని ఆవిర్భావంతో, ఇది సుమారు $3 \times-9 \times$ ను పెద్దది చేయగలదు, మానవులు నగ్నాక్షులకు కనిపించని వాటిని ‘చూడడానికి’ సాధ్యమయ్యేలా చేసింది.

1665 లో, భౌతిక శాస్త్రవేత్త రాబర్ట్ హుక్, సన్నగా ముక్కలు చేసిన కార్క్ను పరిశీలించి దీర్ఘచతురస్రాకార భాగాలను గీశాడు, వాటిని అతను సెల్యులే (లాటిన్లో ‘చిన్న గదులు’) అని పిలిచాడు. 1676 లో, డచ్ దుకాణదారు ఆంటోనీ వాన్ లీవెన్హోక్, చెరువు నీటిలో జీవులను చూసి వాటిని ‘జంతుకణాలు’ అని పిలిచాడు. పద్దెనిమిదవ శతాబ్దిలో, జర్మన్ జీవశాస్త్రవేత్తలు, మాథియాస్ ష్లీడెన్ మరియు థియోడోర్ ష్వాన్ చే సెల్ సిద్ధాంతం అభివృద్ధి చేయబడింది, వారు అన్ని మొక్క మరియు జంతు కణజాలాలు కణాలతో రూపొందించబడ్డాయని నిర్ధారించారు. 1858 లో, జర్మన్ పాథాలజిస్ట్ రుడోల్ఫ్ విర్చో, ‘అన్ని కణాలు ముందుగా ఉన్న కణాల నుండి ఉద్భవిస్తాయి’ మరియు కణం జీవితం యొక్క ప్రాథమిక యూనిట్ అని ముగించారు.

1850 మరియు 1880 మధ్య, పాశ్చర్ పాశ్చరైజేషన్ ప్రక్రియను అభివృద్ధి చేశారు. 1860 నాటికి, జీవుల స్వయంభువు ఉత్పత్తి జరగదని కూడా అతను ముగించారు, ‘అన్ని కణాలు ముందుగా ఉన్న కణాల నుండి ఉద్భవిస్తాయి’ అని నిరూపించాడు. 1896 లో ఎడ్వర్డ్ బుచ్నర్ ఈస్ట్ సారాన్ని ఉపయోగించి చక్కెరను ఇథైల్ ఆల్కహాల్గా మార్చాడు, కణాల ఉపయోగం లేకుండా బయోకెమికల్ రూపాంతరాలు జరగవచ్చని చూపించాడు. 1920 మరియు 1930 ల నాటికి, అనేక ముఖ్యమైన జీవక్రియ మార్గాల బయోకెమికల్ ప్రతిచర్యలు స్థాపించబడ్డాయి.

జన్యుశాస్త్రం మరియు వంశపారంపర్యత సూత్రాలు ఆస్ట్రియన్ సన్యాసి గ్రెగోర్ మెండెల్ చే అభివృద్ధి చేయబడ్డాయి, 1857 లో ప్రారంభమై, అతను పువ్వు రంగు, విత్తనం రంగు మరియు విత్తనం యొక్క ఆకృతి వంటి లక్షణాలను పరిశీలించడానికి బఠానీ మొక్కలను క్రాస్-పరాగసంపర్కం చేశాడు. 1869 లో, స్విస్ బయోకెమిస్ట్ జోహాన్ ఫ్రెడరిక్ మీష్చర్, తెల్ల రక్త కణాల కేంద్రకాల నుండి న్యూక్లియిన్ అని పిలిచే పదార్థాన్ని వేరు చేశాడు. ఈ పదార్థంలో న్యూక్లిక్ యాసిడ్లు ఉన్నాయి. 1882 లో, జర్మన్ సైటాలజిస్ట్ వాల్టర్ ఫ్లెమ్మింగ్ కణ విభజన సమయంలో కనిపించే దారం వంటి వస్తువులను, అలాగే ఈ పదార్థం యొక్క సమాన పంపిణీని కూడా వివరించాడు. ఈ దారం వంటి వస్తువులు వాస్తవానికి క్రోమోజోమ్లు మైటోసిస్ సమయంలో రెండు కుమార్తె కణాల మధ్య విభజించబడ్డాయి.

జన్యువు మరియు క్రోమోజోమ్ యొక్క స్వభావాన్ని స్థాపించిన ఇరవయ్యవ శతాబ్దిలో అనేక మార్గదర్శక ప్రయోగాలు నిర్వహించబడ్డాయి, అత్యంత ముఖ్యమైనది 1952 లో క్లాసికల్ ఆల్ఫ్రెడ్ హెర్షే మరియు మార్థా ఛేస్ ప్రయోగం ద్వారా DNA ను జన్యు పదార్థంగా గుర్తించడం. జేమ్స్ వాట్సన్ మరియు ఫ్రాన్సిస్ క్రిక్ 1953 లో DNA యొక్క డబుల్ హెలికల్ నిర్మాణాన్ని ప్రతిపాదించారు. DNA ప్రతికృతి మరియు DNA మరమ్మత్తులో పాల్గొన్న ఎంజైమ్ల మానిప్యులేషన్ వంటి జన్యువులోని సమాచారం ఎలా ఉపయోగించబడుతుందో నిర్ణయించిన అనేక ప్రయోగాలు అనుసరించబడ్డాయి.

ఆధునిక బయోటెక్నాలజీ rDNA టెక్నాలజీపై ఆధారపడి ఉంటుంది, ఇది శాస్త్రవేత్తలు DNA యొక్క వివిధ ముక్కలను కత్తిరించడానికి మరియు కలపడానికి మరియు కొత్త రీకాంబినెంట్ (చిమెరిక్/హైబ్రిడ్) DNA ను కొత్త హోస్ట్లోకు ఉంచడానికి అనుమతించడం ద్వారా బయోటెక్నాలజీలో విప్లవం సాధించింది (Fig. 1.1). ఇది ఒక జీవి నుండి మరొక జీవికి జన్యువు(లు) బదిలీ చేయడానికి అనుమతిస్తుంది, ఇది ఒక కొత్త లక్షణాన్ని ప్రసాదిస్తుంది. ఇది దాని గుర్తింపుతో సంబంధం ఉన్న బయోటెక్నాలజీ యొక్క పురాతన ప్రక్రియలో విప్లవం సాధించింది. ప్రోటీన్ )

Fig. 1.1: ఆధునిక బయోటెక్నాలజీ యొక్క అవలోకనం ఖచ్చితత్వం మరియు సామర్థ్యం అనంతమైన అవకాశాలతో. rDNA టెక్నాలజీ ఆవిర్భావం నుండి, బయోటెక్నాలజీ మరింత అధునాతనమైంది మరియు వైద్యం, వ్యవసాయం, జంతు శాస్త్రం మరియు పర్యావరణ శాస్త్రంలో పురోగతికి దారితీసింది. ఆధునిక బయోటెక్నాలజీ యొక్క బహుళ-శాస్త్ర స్వభావం మరియు దాని అనువర్తనం యొక్క రంగాలు Fig. 1.2 మరియు Table 1.1లో ఇవ్వబడ్డాయి.

Table 1.1: బయోటెక్నాలజీ కింద కవర్ చేయబడిన ప్రాంతాల కొన్ని సాధారణ పేర్లు

1.2 ఆధునిక బయోటెక్నాలజీ యొక్క అనువర్తనాలు

rDNA టెక్నాలజీపై ఆధారపడిన ఆధునిక బయోటెక్నాలజీ విస్తృత శ్రేణి అనువర్తనాలను ప్రదర్శిస్తుంది. బయోటెక్నాలజీ యొక్క విస్తృత అనువర్తన ప్రాంతాలలో ఫార్మాస్యూటికల్ మరియు థెరప్యూటిక్ పరిశోధన, వ్యాధి నిర్ధారణ, పంట మెరుగుదల, కూరగాయల నూనె, బయోఇంధనాలు మరియు పర్యావరణ అనుకూల ఉత్పత్తుల అభివృద్ధి (ఉదాహరణకు బయోడిగ్రేడబుల్ ప్లాస్టిక్స్) ఉన్నాయి. బయోటెక్నాలజీ యొక్క విజయవంతమైన అనువర్తనం యొక్క కొన్ని క్లాసిక్ ఉదాహరణలు Fig. 1.3లో అందించబడ్డాయి. అందువలన, ఆధునిక బయోటెక్నాలజీ యొక్క అనువర్తనాలు ప్రధానంగా క్రింది ప్రధాన రంగాలపై దృష్టి పెడతాయి:

1. వైద్యం మరియు ఆరోగ్య సంరక్షణ
2. పంట ఉత్పత్తి మరియు వ్యవసాయం
3. ఆహార ప్రాసెసింగ్
4. పర్యావరణ రక్షణ

Fig. 1.3: బయోటెక్నాలజీ యొక్క విజయవంతమైన అనువర్తనాల కొన్ని క్లాసిక్ ఉదాహరణలు

1.2.1 వైద్యం మరియు ఆరోగ్య సంరక్షణ

బయోటెక్నాలజీ పద్ధతులు నిర్ధారణ సాధనాలు మరియు కిట్ల అభివృద్ధి ద్వారా నిర్ధారణ రంగంలో వైద్యం రంగంలో ఉపయోగించబడతాయి, ఇవి వ్యాధి పరిస్థితులలో వ్యక్తీకరించబడిన కొన్ని అణువులు మరియు సెల్యులార