Biotechnology and its Applications

कृषि में उत्पादन बढ़ाने हेतु हरित क्रांति ने रासायनिक खादों व कीटनाशकों का अत्यधिक उपयोग किया, जिसके गंभीर पर्यावरणीय दुष्परिणाम हुए। इसके विकल्प के रूप में आनुवंशिकतः रूपांतरित (GM) फसलें विकसित की गईं, जिनके पौधे, कवक या जीवाणु के जीनों को आनुवंशिक इंजीनियरिंग द्वारा बदल दिया गया है।

GM पादपों के प्रमुख लाभ:

• अजैविक प्रतिबलों (ठंड, सूखा, लवणता, अत्यधिक ताप) के प्रति अधिक सहनशीलता।
• रासायनिक पीड़कनाशकों पर निर्भरता में भारी कमी (कीट-प्रतिरोधी फसलें)।
• फसल कटाई के बाद होने वाले नुकसान (Post-harvest losses) में कमी।
• पौधों द्वारा मृदा से खनिज उपयोग की क्षमता में वृद्धि (मृदा की उर्वरा शक्ति का ह्रास रुकता है)।
• पोषण स्तर में वृद्धि: उदाहरण—स्वर्णिम धान (Golden Rice), जो विटामिन 'ए' ($\beta$-कैरोटीन) से प्रचुर आनुवंशिकतः रूपांतरित चावल है।

बीटी-कपास (Bt-Cotton) एवं बीटी-विष की क्रियाविधि:

मृदा जीवाणु Bacillus thuringiensis (Bt) एक विशेष विषैला प्रोटीन बनाता है जो विशिष्ट कीटों—जैसे लेपिडॉप्टेरा (तम्बाकू की कली का कीड़ा, सैनिक कीड़ा), कोलियोप्टेरा (भृंग), तथा डिप्टेरा (मक्खी, मच्छर) को मार देता है।

• निष्क्रिय प्रोविषक (Inactive Protoxin): बीटी जीवाणु स्वयं इस विष से नहीं मरता क्योंकि जीवाणु के भीतर यह विष प्रोटीन रवे (Crystals) के रूप में निष्क्रिय प्राकविष (Inactive Protoxin) अवस्था में रहता है।
• सक्रियण की क्रियाविधि: जब कोई कीट इस पादप ऊतक को खाता है, तो कीट की मध्य आंत (Midgut) के क्षारीय pH (Alkaline pH) के कारण यह अघुलनशील रवा घुल जाता है और सक्रिय विष में बदल जाता है।
• सक्रिय विष मध्य आंत की उपकला कोशिकाओं (Epithelial cells) की सतह से जुड़कर उनमें छिद्र (Pores) बना देता है। कोशिकाओं में जल भरने से वे फूलकर फट जाती हैं और कीट की आंत में लयन होने से कीट की मृत्यु हो जाती है।
• क्राई जीन (Cry Genes): यह विष cry नामक जीन द्वारा कूटबद्ध होता है:
  • $cryIAc$ तथा $cryIIAb$: कपास के मुकुल कृमि (Cotton Bollworms) को नियंत्रित करते हैं।
  • $cryIAb$: मक्का छेदक (Corn Borer) को नियंत्रित करता है।

पीड़क-प्रतिरोधी पौधे एवं आरएनए अंतरक्षेप (RNA Interference - RNAi):

सूत्रकृमि (नेमाटोड) Meloidogyne incognita तम्बाकू के पौधों की जड़ों को संक्रमित करके पौधों में 'गांठें' (Root-knots) बना देता है, जिससे पैदावार में भारी कमी आती है। इसकी रोकथाम हेतु आरएनए अंतरक्षेप (RNAi) तकनीक का उपयोग किया गया:

1. सिद्धांत: RNAi सभी यूकेरियोटिक जीवों में कोशिकीय सुरक्षा (Cellular Defense) की एक प्राकृतिक विधि है। इसमें एक विशिष्ट mRNA के साथ पूरक द्विरज्जुक आरएनए (dsRNA) के जुड़ जाने से उस mRNA का अनुवाद संदमित (साइलेंस / मौन) हो जाता है, जिससे प्रोटीन नहीं बन पाता।
2. तकनीक: Agrobacterium संवाहकों का उपयोग करके सूत्रकृमि-विशिष्ट जीनों को तम्बाकू के पौधे में इस प्रकार प्रविष्ट कराया गया कि वे पोषी पौधे के भीतर अर्थ (Sense) तथा प्रति-अर्थ (Anti-sense) दोनों प्रकार के आरएनए बनाते हैं।
3. ये दोनों आरएनए परस्पर पूरक होने के कारण जुड़कर द्विरज्जुक आरएनए (dsRNA) बना लेते हैं, जो RNAi प्रक्रिया प्रारंभ करता है।
4. जब सूत्रकृमि पौधे की जड़ों को खाता है, तो यह dsRNA सूत्रकृमि के शरीर में पहुंचकर उसके महत्वपूर्ण mRNA को मौन (Silence) कर देता है। परिणामस्वरूप सूत्रकृमि अपनी आवश्यक प्रोटीन नहीं बना पाता और ट्रांसजेनिक पौधे में जीवित नहीं रह पाता। इस प्रकार पौधा सुरक्षित रहता है।

पुनर्योगज डीएनए प्रौद्योगिकी ने सुरक्षित एवं अत्यधिक प्रभावी चिकित्सीय औषधियों के उत्पादन को संभव बनाया है जो अवांछित प्रतिरक्षा प्रतिक्रियाएं उत्पन्न नहीं करतीं।

1. आनुवंशिक रूप से निर्मित इंसुलिन (Genetically Engineered Insulin):

मानव इंसुलिन 51 अमीनो अम्लों का बना एक प्रोटीन हार्मोन है जो रक्त में शर्करा स्तर को नियंत्रित करता है।

• प्रो-इंसुलिन (Pro-insulin): मानव में इंसुलिन एक प्राक-हार्मोन (Pro-hormone) के रूप में संश्लेषित होता है, जिसमें तीन पेप्टाइड शृंखलाएं होती हैं:
  • A-शृंखला: 21 अमीनो अम्ल
  • B-शृंखला: 30 अमीनो अम्ल
  • C-पेप्टाइड (C-peptide): 33 अमीनो अम्ल लंबा एक अतिरिक्त खंड।
  परिपक्व, कार्यात्मक इंसुलिन में C-पेप्टाइड अनुपस्थित होता है; परिपक्वन के दौरान C-पेप्टाइड को काटकर अलग कर दिया जाता है, तथा A और B शृंखलाएं आपस में डाइसल्फाइड बंधों ($-S-S-$) द्वारा जुड़ जाती हैं।
• एली लिली का ऐतिहासिक नवाचार (1983): अमेरिकी दवा कंपनी एली लिली (Eli Lilly) ने 1983 में इंसुलिन की A और B शृंखलाओं के अनुरूप दो अलग-अलग डीएनए अनुक्रम तैयार किए। इन्हें E. coli जीवाणु के प्लाज्मिड में प्रविष्ट कराकर A और B शृंखलाओं का अलग-अलग उत्पादन किया गया। फिर दोनों शृंखलाओं को निकालकर प्रयोगशाला में डाइसल्फाइड बंधों द्वारा जोड़कर शुद्ध मानव इंसुलिन (ह्यूमूलिन / Humulin) बनाया गया।

2. जीन चिकित्सा (Gene Therapy):

जीन थेरेपी उन विधियों का संग्रह है जिनके द्वारा किसी बच्चे या भ्रूण में निदान किए गए आनुवंशिक दोषों का सुधार किया जाता है। इसमें रोग के उपचार हेतु किसी व्यक्ति की कोशिकाओं या ऊतकों में एक सामान्य, स्वस्थ कार्यात्मक जीन को प्रविष्ट कराया जाता है जो दोषपूर्ण या निष्क्रिय जीन के कार्य की भरपाई करता है।

एडीनोसीन डीएमीनेज (ADA) न्यूनता का ऐतिहासिक उपचार (1990):

1. रोग का कारण: 1990 में 4-वर्षीय बालिका को ADA (Adenosine Deaminase) न्यूनता हेतु प्रथम नैदानिक जीन थेरेपी दी गई। यह एंजाइम प्रतिरक्षा तंत्र (T-लिम्फोसाइट्स) के सामान्य कार्य हेतु अनिवार्य होता है। इस जीन के विलोपन से गंभीर संयुक्त प्रतिरक्षा न्यूनता (SCID) हो जाती है।
2. उपचार के चरण:
   • रोगी के रक्त से लसिकाणुओं (Lymphocytes) को निकालकर शरीर से बाहर प्रयोगशाला में संवर्धित किया गया।
   • एक पश्चविषाणु (Retroviral vector) का उपयोग करके कार्यात्मक ADA cDNA को इन लसिकाणुओं में प्रविष्ट कराया गया।
   • इन आनुवंशिक रूप से रूपांतरित लसिकाणुओं को पुनः रोगी के शरीर में वापस चढ़ा दिया गया।
3. सीमा एवं स्थायी उपचार: चूंकि ये कोशिकाएं अमर नहीं होतीं (मरणशील हैं), अतः रोगी को समय-समय पर इन रूपांतरित लसिकाणुओं को शरीर में चढ़ाने की आवश्यकता होती है। स्थायी उपचार: यदि अस्थि मज्जा की कोशिकाओं से पृथक किए गए स्वस्थ ADA जीन को प्रारंभिक भ्रूणीय अवस्था (Early embryonic stages) में कोशिकाओं में प्रविष्ट करा दिया जाए, तो यह रोग हमेशा के लिए पूर्णतः ठीक हो सकता है।

3. आणविक निदान (Molecular Diagnosis):

पारंपरिक विधियों (सीरम/मूत्र विश्लेषण) द्वारा रोग का पता तब चलता है जब रोगाणुओं की संख्या शरीर में बहुत बढ़ चुकी होती है। जैव प्रौद्योगिकी की तीन विधियां प्रारंभिक निदान करती हैं:

• पुनर्योगज डीएनए प्रौद्योगिकी।
• पॉलीमरेज शृंखला अभिक्रिया (PCR): संदिग्ध एड्स रोगियों में HIV की पहचान तथा कैंसर रोगियों में उत्परिवर्तित जीनों का पता लगाने हेतु अत्यंत कम सांद्रता में भी रोगाणु डीएनए का प्रवर्धन करता है।
• एलिसा (ELISA): एंटीजन-एंटीबॉडी परस्पर क्रिया के सिद्धांत पर आधारित त्वरित परीक्षण।

वे जंतु जिनके डीएनए में परिचालन (हेरफेर) द्वारा एक अतिरिक्त विजातीय (विदेशी) जीन प्रविष्ट कराया गया हो और जो उस जीन को अभिव्यक्त करते हों, पारजीवी जंतु (Transgenic Animals) कहलाते हैं। पारजीवी चूहे, खरगोश, सूअर, भेड़, गाय तथा मछलियां बनाई जा चुकी हैं, किंतु विद्यमान सभी पारजीवी जंतुओं में 95% से अधिक चूहे (Mice) हैं।

पारजीवी जंतुओं के 5 प्रमुख अनुप्रयोग:

1. सामान्य कार्यिकी एवं विकास का अध्ययन: विजातीय जीन प्रविष्ट कराकर यह अध्ययन करना कि जीनों का नियमन कैसे होता है तथा वे शरीर के सामान्य कार्यों व विकास (जैसे इंसुलिन सदृश वृद्धि कारक - IGF) को कैसे प्रभावित करते हैं।
2. मानव रोगों का अध्ययन (Disease Models): अनेक पारजीवी जंतु मानव रोगों के प्रतिरूप (Models) के रूप में विशेष रूप से तैयार किए जाते हैं, ताकि रोगों के नए उपचारों की जांच की जा सके। उदा. कैंसर, सिस्टिक फाइब्रोसिस, रूमेटॉइड आर्थराइटिस तथा अल्जाइमर रोग हेतु विशेष पारजीवी मॉडल उपलब्ध हैं।
3. जैविक उत्पाद प्राप्त करना (Biological Products):
   • मानव रोगों के उपचार हेतु आवश्यक दवाइयां अक्सर जटिल प्रोटीन्स होती हैं जिन्हें प्रयोगशाला में संश्लेषित करना अत्यधिक महंगा होता है। पारजीवी जंतुओं में विशिष्ट जीन डालकर उपयोगी जैविक उत्पाद प्राप्त किए जाते हैं।
   • उदाहरण 1: वातस्फीति (एम्फाइसीमा / Emphysema) के उपचार हेतु $\alpha$-1-एंटीट्रिप्सिन ($\alpha$-1-antitrypsin) प्रोटीन का उत्पादन।
   • उदाहरण 2: 1997 में प्रथम पारजीवी गाय 'रोजी' (Rosie) उत्पन्न की गई। इसके दूध में मानव प्रोटीन $\alpha$-लैक्टलब्यूमिन ($\alpha$-lactalbumin) 2.4 ग्राम प्रति लीटर पाई गई। यह दूध प्राकृतिक गाय के दूध की तुलना में मानव शिशुओं हेतु कहीं अधिक संतुलित और सुपाच्य पोषक आहार सिद्ध हुआ।
4. टीका सुरक्षा परीक्षण (Vaccine Safety Testing): टीकों का मानव पर प्रयोग करने से पूर्व उनकी सुरक्षा जांच हेतु पारजीवी चूहों का उपयोग किया जाता है। उदा. पोलियो टीके की सुरक्षा जांच चूहों पर सफलतापूर्वक की गई है।
5. रासायनिक सुरक्षा परीक्षण (विषाक्तता परीक्षण): पारजीवी जंतुओं में ऐसे जीन डाले जाते हैं जो उन्हें विषैले पदार्थों के प्रति अधिक संवेदनशील बनाते हैं, जिससे रसायनों व दवाओं के विषाक्त प्रभावों का कम समय में सटीक पता चल जाता है।

मनुष्य द्वारा अन्य जीवों के आनुवंशिक हेरफेर से अनेक नैतिक, पारिस्थितिक तथा सुरक्षात्मक प्रश्न उत्पन्न होते हैं:

1. जीईएसी (GEAC - Genetic Engineering Appraisal Committee):

आनुवंशिक रूप से रूपांतरित जीवों के अंधाधुंध उपयोग और पर्यावरण में उनके अनियंत्रित प्रवेश से पारिस्थितिक असंतुलन का खतरा रहता है। अतः भारत सरकार के पर्यावरण एवं वन मंत्रालय ने GEAC (आनुवंशिक इंजीनियरिंग मूल्यांकन समिति) का गठन किया है। इसके दो मुख्य कार्य हैं:

• जीएम (आनुवंशिकतः रूपांतरित) अनुसंधानों की वैधानिकता एवं सुरक्षा की स्वीकृति देना।
• जनसेवाओं हेतु जीएम जीवों एवं उनके उत्पादों को पर्यावरण में प्रविष्ट कराने की अनुमति व सुरक्षा का मूल्यांकन करना।

2. जैव-दस्युता (Biopiracy):

बहुराष्ट्रीय कंपनियों तथा विकसित देशों के अन्य संगठनों द्वारा किसी राष्ट्र अथवा संबंधित जन-समुदायों की पूर्व-स्वीकृति (Prior consent) के बिना तथा उचित क्षतिपूर्ति भुगतान (Compensatory payment) किए बिना उनके जैविक संसाधनों एवं पारंपरिक ज्ञान (Traditional Knowledge) का अनधिकृत व्यावसायिक दोहन या पेटेंट कराना 'जैव-दस्युता' कहलाता है।

प्रमुख जैव-दस्युता विवाद:

• बासमती चावल पेटेंट विवाद (1997): भारत में बासमती चावल की 27 पहचानी गई किस्में सदियों से उगाई जा रही हैं। 1997 में एक अमेरिकी कंपनी (RiceTec) ने अमेरिकी पेटेंट एवं ट्रेडमार्क कार्यालय से 'बासमती चावल की नई किस्म' का पेटेंट अधिकार प्राप्त कर लिया। वास्तव में कंपनी ने भारतीय बासमती को अर्ध-बौनी किस्मों से संकरित करके अपनी 'नई खोज' का दावा किया था! भारत सरकार के कड़े विरोध और प्रमाणों के बाद कंपनी के अधिकांश पेटेंट दावों को रद्द कराया गया।
• नीम एवं हल्दी पेटेंट विवाद: भारत में सदियों से हल्दी का उपयोग घाव भरने (Antiseptic) तथा नीम का उपयोग कीटनाशक व औषधीय रूप में किया जाता रहा है। विदेशी संस्थाओं ने इनके औषधीय गुणों का पेटेंट कराने का प्रयास किया, जिसे भारतीय वैज्ञानिकों ने ऐतिहासिक ग्रंथों के साक्ष्य प्रस्तुत कर निरस्त कराया।
• भारतीय संसद का कदम: भारत की संसद ने ऐसे अनैतिक पेटेंटों से देश की जैव-संपदा की सुरक्षा हेतु 'भारतीय पेटेंट बिल' (Indian Patents Bill) का द्वितीय संशोधन पारित किया है, जिसमें पेटेंट नियमों, आपातकालीन प्रावधानों तथा अनुसंधान व विकास के अधिकारों को कड़ा बनाया गया है।