باب 11 بائیوٹیکنالوجی: اصول اور عمل
مشقیں
1. کیا آپ 10 ری کمبیننٹ پروٹینز کی فہرست بنا سکتے ہیں جو طبی عمل میں استعمال ہوتے ہیں؟ معلوم کریں کہ وہ علاج کے طور پر کہاں استعمال ہوتے ہیں (انٹرنیٹ استعمال کریں)۔
Show Answer
جواب
ری کمبیننٹ پروٹینز ری کمبیننٹ ڈی این اے ٹیکنالوجی سے حاصل کی جاتی ہیں۔ اس ٹیکنالوجی میں مخصوص جینز کو ایک جاندار سے دوسرے جاندار میں ویکٹرز اور ریزٹریکشن انزائمز کو مالیکیولر اوزار کے طور پر استعمال کرتے ہوئے منتقل کیا جاتا ہے۔
طبی عمل میں استعمال ہونے والے دس ری کمبیننٹ پروٹینز یہ ہیں -
| ری کمبیننٹ پروٹین | علاج میں استعمال | |
|---|---|---|
| 1. | انسولین | ٹائپ I ذیابیطس ملیٹس کا علاج |
| 2. | انٹرفیرون- $\alpha$ | دائمی ہیپاٹائٹس C کے لیے استعمال ہوتا ہے |
| 3. | انٹرفیرون -Ã $\tilde{Z}^{2}{ }^{2}$ | ہرپس اور وائرل اینٹرائٹس کے لیے استعمال ہوتا ہے |
| 4. | کوایگیولیشن فیکٹر VII | ہیموفیلیا A کا علاج |
| 5. | کوایگیولیشن فیکٹر IX | ہیموفیلیا B کا علاج |
| 6. | DNAase I | سسٹک فائبروسس کا علاج |
| 7. | اینٹی-تھرومبن III | خون کے جمنے سے بچاؤ |
| 8. | انٹرفیرون B. | ملٹیپل سکلیروسس کے علاج کے لیے |
| 9. | ہیومن ری کمبیننٹ گروتھ ہارمون | فرد میں نشوونما کو فروغ دینے کے لیے |
| 10. | ٹشو پلازمینوجن ایکٹیویٹر | ایکیوٹ مائیوکارڈیل انفیکشن کا علاج |
2. ایک چارٹ بنائیں (تصویری نمائش کے ساتھ) جس میں ایک ریزٹریکشن انزائم، سبسٹریٹ ڈی این اے جس پر یہ عمل کرتا ہے، وہ مقام جہاں یہ ڈی این اے کو کاٹتا ہے اور وہ مصنوعہ جو یہ پیدا کرتا ہے، دکھایا گیا ہو۔
Show Answer
جواب
ریزٹریکشن انزائم کا نام Bam $\mathrm{H} 1$ ہے۔
وہ مقام جہاں BAM H1 ڈی این اے کو کاٹتا ہے
3. آپ نے جو سیکھا ہے اس سے، کیا آپ بتا سکتے ہیں کہ انزائمز مالیکیولر سائز میں بڑے ہیں یا ڈی این اے بڑا ہے؟ آپ کو کیسے پتہ چلا؟
Show Answer
جواب
انزائمز ڈی این اے مالیکیولز کے مقابلے میں سائز میں چھوٹے ہوتے ہیں۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ ڈی این اے میں تمام جانداروں کی نشوونما اور کام کرنے کے لیے جینیاتی معلومات ہوتی ہیں۔ اس میں پروٹینز اور ڈی این اے مالیکیولز کی ترکیب کے لیے ہدایات ہوتی ہیں۔ دوسری طرف، انزائمز پروٹینز ہیں جو ڈی این اے کے ایک چھوٹے سے حصے سے بنتے ہیں جسے ‘جینز’ کہا جاتا ہے، جو پولی پیپٹائڈ چین کی پیداوار میں شامل ہوتے ہیں۔
4. انسانی خلیے میں انسانی ڈی این اے کی مولر حراری (concentration) کیا ہوگی؟ اپنے استاد سے مشورہ کریں۔
Show Answer
جواب
انسانی ڈپلائیڈ خلیے میں انسانی ڈی این اے کی مولر حراری مندرجہ ذیل ہے:
$\Rightarrow$ کروموسومز کی کل تعداد $\times 6.023 \times 10^{23}$
$\Rightarrow 46 \times 6.023 \times 10^{23}$
$\Rightarrow 2.77 \times 10^{18}$ مول
لہذا، انسانوں میں ہر ڈپلائیڈ خلیے میں ڈی این اے کی مولر حراری $2.77 \times 10^{23}$ مول ہے۔
5. کیا یوکیریوٹک خلیوں میں ریزٹریکشن اینڈونوکلئیز ہوتے ہیں؟ اپنے جواب کی توجیح پیش کریں۔
Show Answer
جواب
نہیں، یوکیریوٹک خلیوں میں ریزٹریکشن اینڈونوکلئیز نہیں ہوتے۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ یوکیریوٹس کا ڈی این اے ایک ترمیمی انزائم، جسے میتھائیلیز کہتے ہیں، کے ذریعے بہت زیادہ میتھائیلیٹڈ ہوتا ہے۔ میتھائیلیشن ڈی این اے کو ریزٹریکشن انزائمز کی سرگرمی سے بچاتی ہے۔ یہ انزائمز پروکیریوٹک خلیوں میں موجود ہوتے ہیں جہاں وہ وائرس کے ذریعے ڈی این اے کے حملے کو روکنے میں مدد کرتے ہیں۔
6. بہتر ہوا رسانی اور مکسنگ خصوصیات کے علاوہ، ہلچل والے ٹینک بائیو ری ایکٹرز کے شیک فلاسکس پر کون سے دیگر فوائد ہیں؟
Show Answer
جواب
شیک فلاسک طریقہ لیبارٹری میں بائیوٹیکنالوجیکل مصنوعات کی چھوٹے پیمانے پر پیداوار کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ دوسری طرف، ہلچل والے ٹینک بائیو ری ایکٹرز بائیوٹیکنالوجی مصنوعات کی بڑے پیمانے پر پیداوار کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔
ہلچل والے ٹینک بائیو ری ایکٹرز کے شیک فلاسکس پر کئی فوائد ہیں:
(1) نمونے کے لیے یا ٹیسٹنگ کے لیے ری ایکٹر سے ثقافت (کلچر) کا تھوڑا سا حجم نکالا جا سکتا ہے۔
(2) اس میں جھاگ کو کنٹرول کرنے کے لیے جھاگ توڑنے والا (فوم بریکر) ہوتا ہے۔
(3) اس میں ایک کنٹرول سسٹم ہوتا ہے جو درجہ حرارت اور $\mathrm{pH}$ کو ریگولیٹ کرتا ہے۔
7. اپنے استاد سے مشورہ کر کے پیلنڈرومک ڈی این اے ترتیب (سیکوئنسز) کی 5 مثالیں جمع کریں۔ بہتر یہ ہے کہ بیس-جوڑے کے اصولوں پر عمل کرتے ہوئے ایک پیلنڈرومک ترتیب بنانے کی کوشش کریں۔
Show Answer
جواب
پیلنڈرومک ترتیب ڈی این اے کی ایک مخصوص ترتیب ہے جو چاہے $5^{\prime} \rightarrow 3^{\prime}$ سمت سے پڑھی جائے یا $3 \rightarrow 5$ سمت سے پڑھی جائے، ایک جیسی پڑھی جاتی ہے۔ یہ ریزٹریکشن انزائمز کی کارروائی کے مقام ہیں۔ زیادہ تر ریزٹریکشن انزائمز پیلنڈرومک ترتیبات ہیں۔
پیلنڈرومک ترتیبات کی پانچ مثالیں ہیں:
(1)
(2)
(3)
(4)
8. کیا آپ میئیوسس یاد کر سکتے ہیں اور بتا سکتے ہیں کہ ری کمبیننٹ ڈی این اے کس مرحلے پر بنتا ہے؟
Show Answer
جواب
میئیوسس ایک ایسا عمل ہے جس میں جینیاتی مواد کی مقدار میں کمی ہوتی ہے۔ یہ دو قسم کا ہوتا ہے، یعنی میئیوسس I اور میئیوسس II۔ پروفیز I کے پاکیٹین مرحلے کے دوران، کروموسومز کا کراسنگ اوور ہوتا ہے جہاں ہومولوجس کروموسومز کی نان-سسٹر کرومیٹیڈز کے درمیان قطعات کا تبادلہ ہوتا ہے۔ اس کے نتیجے میں ری کمبیننٹ ڈی این اے بنتا ہے۔
9. کیا آپ سوچ سکتے ہیں اور جواب دے سکتے ہیں کہ ایک منتخب کرنے والے مارکر کے علاوہ، ہوسٹ خلیوں کے غیر ملکی ڈی این اے کے ذریعے تبدیلی (ٹرانسفارمیشن) کی نگرانی کے لیے ایک رپورٹر انزائم کس طرح استعمال کیا جا سکتا ہے؟
Show Answer
جواب
ہوسٹ خلیوں کے غیر ملکی ڈی این اے کے ذریعے تبدیلی کی نگرانی کے لیے ایک رپورٹر جین استعمال کیا جا سکتا ہے۔ وہ ایک منتخب کرنے والے مارکر کے طور پر کام کرتے ہیں تاکہ یہ معلوم کیا جا سکے کہ آیا ہوسٹ خلیے نے غیر ملکی ڈی این اے لیا ہے یا غیر ملکی جین خلیے میں اظہار کرتا ہے۔ محققین رپورٹر جین اور غیر ملکی جین کو ایک ہی ڈی این اے کنسٹرکٹ میں رکھتے ہیں۔ پھر، اس ملاپ والے ڈی این اے کنسٹرکٹ کو خلیے میں داخل کیا جاتا ہے۔ یہاں، رپورٹر جین کو دلچسپی کے جینز (غیر ملکی جینز) کے کامیاب اندراج کو معلوم کرنے کے لیے ایک منتخب کرنے والے مارکر کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے۔ رپورٹر جینز کی ایک مثال lac Z جین ہے، جو جیلی فش میں ایک سبز فلوروسینٹ پروٹین کو انکوڈ کرتی ہے۔
10. مندرجہ ذیل کا مختصراً بیان کریں:
(الف) تکرار کا مبدا (Origin of replication)
(ب) بائیو ری ایکٹرز
(ج) ڈاؤن سٹریم پروسیسنگ
Show Answer
جواب
(الف) تکرار کا مبدا - تکرار کا مبدا جینوم میں ڈی این اے ترتیب کے طور پر تعریف کیا جاتا ہے جہاں سے تکرار شروع ہوتی ہے۔ تکرار کا آغاز یا تو یک سمتہ (uni-directional) یا دو سمتہ (bi-directional) ہو سکتا ہے۔ ایک پروٹین کمپلیکس ‘آن’ سائٹ کو پہچانتا ہے، دونوں تاروں کو کھولتا ہے، اور ڈی این اے کی کاپی کرنا شروع کرتا ہے۔
(ب) بائیو ری ایکٹرز - بائیو ری ایکٹرز بڑے برتن ہیں جو خام مال سے بائیوٹیکنالوجی مصنوعات کی بڑے پیمانے پر پیداوار کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔ وہ مطلوبہ مصنوعات حاصل کرنے کے لیے بہترین حالات فراہم کرتے ہیں بہترین درجہ حرارت، $\mathrm{pH}$، وٹامن، آکسیجن وغیرہ فراہم کر کے۔ بائیو ری ایکٹرز میں آکسیجن ڈیلیوری سسٹم، جھاگ کنٹرول سسٹم، پی ایچ، درجہ حرارت کنٹرول سسٹم، اور نمونے کے لیے ثقافت کا تھوڑا سا حجم حاصل کرنے کے لیے نمونہ لینے کا پورٹ ہوتا ہے۔
(ج) ڈاؤن سٹریم پروسیسنگ - ڈاؤن سٹریم پروسیسنگ بائیوسنتھیٹک مرحلے کے مکمل ہونے کے بعد غیر ملکی جین مصنوعات کی علیحدگی اور صفائی کا ایک طریقہ ہے۔ مصنوعات کو علیحدہ اور صاف کرنے کے لیے مختلف عملوں سے گزارا جاتا ہے۔ ڈاؤن سٹریم پروسیسنگ کے بعد، مصنوعات کو فارمولیٹ کیا جاتا ہے اور معیار کنٹرول اور دیگر ٹیسٹوں کے لیے مختلف کلینکل ٹرائلز سے گزارا جاتا ہے۔
11. مختصراً وضاحت کریں
(الف) پی سی آر
(ب) ریزٹریکشن انزائمز اور ڈی این اے
(ج) کائٹینیز
Show Answer
جواب
(الف) پی سی آر: - پولیمریز چین ری ایکشن (پی سی آر) مالیکیولر بائیولوجی میں ایک جین یا ڈی این اے کے ایک ٹکڑے کو اس کی متعدد کاپیاں حاصل کرنے کے لیے بڑھانے (ایمپلیفائی) کی ایک تکنیک ہے۔ یہ جین مینیپولیشن کے عمل میں وسیع پیمانے پر استعمال ہوتی ہے۔ اس عمل میں پرائمر، ٹیمپلیٹ تار، اور ایک تھرمواسٹیبل ڈی این اے پولیمریز انزائم جو ایک بیکٹیریم، تھرمس ایکیوٹیکس سے حاصل کیا جاتا ہے، کا استعمال کرتے ہوئے ترتیبات کی ان ویٹرو ترکیب شامل ہے۔ انزائم پرائمر کو بڑھانے کے لیے بلڈنگ بلاکس dNTPs (ڈی آکسی نیوکلیوٹائیڈز) کا استعمال کرتا ہے۔ پہلے مرحلے میں، ڈبل سٹرینڈڈ ڈی این اے مالیکیولز کو ایک اونچے درجہ حرارت پر گرم کیا جاتا ہے تاکہ دونوں تار ایک سنگل سٹرینڈڈ ڈی این اے مالیکیول میں الگ ہو جائیں۔ اس عمل کو ڈینیچریشن کہتے ہیں۔ پھر، اس ssDNA مالیکیول کو ڈی این اے پولیمریز انزائم کے ذریعے ایک نئی تار کی ترکیب کے لیے ٹیمپلیٹ تار کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے اور اس عمل کو اینیلنگ کہتے ہیں، جو اصل ڈی این اے مالیکیول کی نقل تیار کرتا ہے۔ rDNA ٹکڑے کی متعدد کاپیاں حاصل کرنے کے لیے اس عمل کو کئی سائیکلوں پر دہرایا جاتا ہے۔
(الف)
(ب) ریزٹریکشن انزائمز مالیکیولر قینچی ہیں جو مالیکیولر بائیولوجی میں مخصوص مقام سے ڈی این اے ترتیبات کو کاٹنے کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔ یہ جین مینیپولیشن میں اہم کردار ادا کرتا ہے۔ انزائمز ایک مخصوص چھ-باکس جوڑی ترتیب کو پہچانتے ہیں جسے پہچان ترتیب (recognition sequence) کہتے ہیں اور ترتیب کو ایک مخصوص مقام پر کاٹتے ہیں۔ مثال کے طور پر، انزائم ECORI کے لیے پہچان مقام مندرجہ ذیل ہے:
ریزٹریکشن انزائمز کو دو اقسام میں درجہ بندی کیا جاتا ہے -
(i) ایکسونوکلئیز - یہ ریزٹریکشن انزائم کی ایک قسم ہے جو ڈی این اے مالیکیول کے 5 یا 3 سرے سے نیوکلیوٹائیڈ ہٹاتی ہے۔
(ii) اینڈونوکلئیز - یہ ریزٹریکشن انزائم کی ایک قسم ہے جو ڈی این اے کے اندر ایک مخصوص مقام پر کٹ لگاتی ہے۔ یہ انزائم جینیٹک انجینئرنگ میں ایک اہم اوزار کے طور پر کام کرتا ہے۔ یہ عام طور پر اسٹکی اینڈز کے ساتھ ڈی این اے ٹکڑے حاصل کرنے کے لیے ترتیب میں کٹ لگانے کے لیے استعمال ہوتا ہے، جو بعد میں انزائم ڈی این اے لائیگیز کے ذریعے جوڑے جاتے ہیں۔ (ج) کائٹینیز - کائٹینیز انزائمز کی ایک کلاس ہے جو کائٹین کے خاتمے کے لیے استعمال ہوتی ہے، جو فنگل سیل وال کا ایک بڑا جزو بناتی ہے۔ لہذا، فنگس کی سیل جھلی کے اندر بند ڈی این اے کو الگ کرنے کے لیے، اس کے جینیاتی مواد کو خارج کرنے کے لیے سیل کو توڑنے کے لیے انزائم کائٹینیز استعمال کیا جاتا ہے۔
12. اپنے استاد کے ساتھ بحث کریں اور معلوم کریں کہ درمیان فرق کیسے کیا جائے
(الف) پلازمڈ ڈی این اے اور کروموسومل ڈی این اے
(ب) آر این اے اور ڈی این اے
(ج) ایکسونوکلئیز اور اینڈونوکلئیز
Show Answer
جواب
(الف) پلازمڈ ڈی این اے اور کروموسومل ڈی این اے
| پلازمڈ ڈی این اے | کروموسومل ڈی این اے |
|---|---|
| پلازمڈ ڈی این اے بیکٹیریا میں کروموسومل ڈی این اے سے آزادانہ طور پر نقل کرنے کی صلاحیت رکھنے والا ایک اضافی کروموسومل ڈی این اے مالیکیول ہے۔ | کروموسومل ڈی این اے کروموسومز کے اندر موجود کسی جاندار کا پورا ڈی این اے ہے۔ |
(ب) آر این اے اور ڈی این اے
| آر این اے | ڈی این اے | |
|---|---|---|
| 1. | آر این اے ایک سنگل سٹرینڈڈ مالیکیول ہے۔ | ڈی این اے ایک ڈبل سٹرینڈڈ مالیکیول ہے۔ |
| 2. | اس میں رائبوز شوگر ہوتی ہے۔ | اس میں ڈی آکسی رائبوز شوگر ہوتی ہے۔ |
| 3. | آر این اے میں پایرمیڈینز ایڈینین اور یوراسل ہیں۔ | ڈی این اے میں پایرمیڈینز ایڈینین اور تھائیمین ہیں۔ |
| 4 | آر این اے خود اپنی نقل نہیں بنا سکتا۔ | ڈی این اے مالیکیولز میں نقل کرنے کی صلاحیت ہوتی ہے۔ |
| 5 | یہ رائبوسومز کا ایک جزو ہے۔ | یہ کروموسومز کا ایک جزو ہے۔ |
(ج) ایکسونوکلئیز اور اینڈونوکلئیز
| ایکسونوکلئیز | اینڈونوکلئیز |
|---|---|
| یہ ریزٹریکشن انزائم کی ایک قسم ہے جو ڈی این اے مالیکیول کے 5 یا 3 سرے سے نیوکلیوٹائیڈ ہٹاتی ہے۔ | یہ ریزٹریکشن انزائم کی ایک قسم ہے جو اسٹکی اینڈز پیدا کرنے کے لیے ڈی این اے کے اندر ایک مخصوص مقام پر کٹ لگاتی ہے۔ |
BETA
