Biotechnology and its Applications

বায়োটেকনোলজি হলো প্রাকৃতিক বিজ্ঞান ও জীবের কোষ বা আণবিক সমতুল্যের এমন এক মেলবন্ধন যার উদ্দেশ্য মানবজাতির জন্য প্রয়োজনীয় পণ্য ও সেবা উৎপাদন করা।

ইউরোপীয় জীবপ্রযুক্তি ফেডারেশন (EFB) জীবপ্রযুক্তির ঐতিহ্যবাহী প্রয়োগ ও আধুনিক আণবিক জীবপ্রযুক্তির সমন্বয়ে একটি আন্তর্জাতিক সার্বজনীন সংজ্ঞা প্রণয়ন করেছে:

আধুনিক বায়োটেকনোলজি প্রধানত দুটি অপরিহার্য ভিত্তির ওপর প্রতিষ্ঠিত:

1. জিন প্রকৌশল বা রিকম্বিন্যান্ট ডিএনএ প্রযুক্তি (Genetic Engineering): যে কৌশলের মাধ্যমে কোনো নির্দিষ্ট জীবের জিনোমে বহিরাগত কাঙ্ক্ষিত জিন প্রবেশ করিয়ে জীবটির বংশগত বৈশিষ্ট্য পরিবর্তন করা হয়।
2. রাসায়নিক বা বায়োপ্রসেস ইঞ্জিনিয়ারিং (Bioprocess Engineering): বৃহৎ আকারের শিল্প ফারমেন্টর বা বায়োরিয়েক্টরে সম্পূর্ণ জীবাণুমুক্ত বা সংদূষণহীন পরিবেশ বজায় রেখে কেবল নির্দিষ্ট অণুজীব বা কোষের বিপুল সংখ্যাবৃদ্ধি ঘটিয়ে বাণিজ্যিক অ্যান্টিবায়োটিক, উৎসেচক, টিকা ও প্রোটিন উৎপাদন করা।

১৯৬৩ সালে স্টুয়ার্ট লিন এবং ওয়ার্নার আরবার Escherichia coli ব্যাকটিরিয়া থেকে দুটি উৎসেচক পৃথক করেন যা ব্যাকটিরিওফাজ ভাইরাসের আক্রমণ প্রতিহত করত—একটি ডিএনএ-তে মিথাইল গ্রুপ যুক্ত করত (মিথাইলেজ) এবং অন্যটি ভাইরাল ডিএনএ-কে নির্দিষ্ট স্থানে কেটে টুকরো করে দিত (রেস্ট্রিকশন এন্ডোনিউক্লিয়েজ)। পরবর্তীকালে হ্যামিল্টন স্মিথ ও ড্যানিয়েল নাথান্স প্রথম নির্দিষ্ট সাইট-নির্দিষ্ট রেস্ট্রিকশন উৎসেচক HindII নিষ্কাশন করেন।

নামকরণের নিয়মাবলী: উদাহরণস্বরূপ EcoRI উৎসেচকের নামকরণ যেভাবে করা হয়:

• প্রথম বর্ণ (বড়ো হাতের ইটালিক্স): ব্যাকটিরিয়ার গণ (Genus) নির্দেশ করে—E এসেছে Escherichia থেকে।
• দ্বিতীয় ও তৃতীয় বর্ণ (ছোট হাতের ইটালিক্স): প্রজাতি (Species) নির্দেশ করে—co এসেছে coli থেকে।
• চতুর্থ বর্ণ: ব্যাকটিরিয়ার নির্দিষ্ট স্ট্রেন (Strain) নির্দেশ করে—R এসেছে স্ট্রেন RY13 থেকে।
• রোমান হরফ: ওই স্ট্রেন থেকে উৎসেচকটির আবিষ্কারের ক্রমিক সংখ্যা নির্দেশ করে—I নির্দেশ করে এটি প্রথম আবিষ্কৃত উৎসেচক।

রেস্ট্রিকশন এন্ডোনিউক্লিয়েজ দ্বিসূত্রক ডিএনএ-র মধ্যে একটি নির্দিষ্ট প্যালিনড্রোমিক নিউক্লিওটাইড ক্রম (Palindromic sequence) শনাক্ত করে। প্যালিনড্রোম হলো এমন ক্ষারক্রম যা উভয় তন্তুর ৫' → ৩' অভিমুখে হুবহু একই পাঠ প্রদান করে। যেমন EcoRI-এর প্যালিনড্রোম সাইট:

EcoRI প্রতিসাম্য কেন্দ্রের সামান্য বাইরে গিয়ে উভয় তন্তুর G এবং A ক্ষারকের মধ্যবর্তী ফসফোডাইএস্টার বন্ধন কেটে দেয়। এর ফলে প্রান্তদ্বয়ে ছোট একসূত্রী প্রলম্বিত অংশ সৃষ্টি হয়, যাদের স্টিকি প্রান্ত বা আঠালো প্রান্ত (Sticky / Cohesive ends) বলা হয় (5'-AATT-3')। একই রেস্ট্রিকশন উৎসেচক দিয়ে বাহক ডিএনএ ও বহিরাগত ডিএনএ কাটলে উৎপন্ন স্টিকি প্রান্তগুলি পরস্পরের পরিপূরক হয় এবং সহজেই হাইড্রোজেন বন্ধন গঠন করতে পারে।

ক্লোনিং বাহক বা ভেক্টর হলো এমন একটি বাহক ডিএনএ অণু যার মাধ্যমে বহিরাগত কাঙ্ক্ষিত জিনকে উপযুক্ত পোষক কোষে প্রবেশ করানো হয় এবং তার বহু অনুলিপি সৃষ্টি করা যায়।

কোনো ডিএনএ অণুকে আদর্শ ক্লোনিং ভেক্টর হতে গেলে চারটি প্রধান বৈশিষ্ট্যের প্রয়োজন:

1. অনুলিপন সূচনা স্থান (Origin of Replication বা ori): এটি ডিএনএ-র একটি সুনির্দিষ্ট ক্ষারক্রম যেখান থেকে অনুলিপন প্রক্রিয়া শুরু হয়। যেকোনো বহিরাগত ডিএনএ এই অংশের সাথে যুক্ত হলে পোষক কোষে স্বয়ংক্রিয়ভাবে সংখ্যাবৃদ্ধি করতে পারে। এই ori স্থানটি বাহকের অনুলিপি সংখ্যা (Copy number) নিয়ন্ত্রণ করে (কোষপ্রতি ১–২ থেকে ১০০+ অনুলিপি)।
2. নির্বাচনযোগ্য মার্কার (Selectable Marker): যে জিনের উপস্থিতির ভিত্তিতে রূপান্তরিত (transformant) এবং অরূপান্তরিত (non-transformant) কোষের মধ্যে পার্থক্য করা যায় এবং কেবল রূপান্তরিত কোষগুলিকে বাঁচিয়ে রেখে অনাকাঙ্ক্ষিত কোষ ধ্বংস করা যায়। অ্যান্টিবায়োটিক প্রতিরোধী জিন (যেমন amp^R এবং tet^R) আদর্শ মার্কার হিসেবে কাজ করে।
3. ক্লোনিং সাইট বা স্বীকৃতি স্থান (Cloning Sites): ভেক্টরে রেস্ট্রিকশন উৎসেচকের জন্য নির্দিষ্ট ও অনন্য স্বীকৃতি স্থান থাকা উচিত। একাধিক স্বীকৃতি স্থান থাকলে ভেক্টরটি বহু টুকরোয় বিভক্ত হয়ে যায়, যা ক্লোনিং প্রক্রিয়াকে ব্যাহত করে।
4. ছোট আণবিক ভর ও উচ্চ অনুলিপি সংখ্যা: সহজে কোষ প্রাচীর ভেদ করা এবং কোষ থেকে বিশুদ্ধভাবে নিষ্কাশন করার জন্য ভেক্টরের আকার ছোট হওয়া কাম্য।

বলিভার ও রড্রিগেজ (১৯৭৭) কর্তৃক কৃত্রিমভাবে নির্মিত pBR322 হলো বহুল ব্যবহৃত একটি E. coli ক্লোনিং প্লাজমিড (৪৩৬১ বেস পেয়ার):

• এটিতে ori এবং প্লাজমিড অনুলিপনে সহায়ক প্রোটিন কোডিং জিন rop রয়েছে।
• দুটি নির্বাচনযোগ্য মার্কার জিন রয়েছে: অ্যাম্পিসিলিন প্রতিরোধী জিন (amp^R) এবং টেট্রাসাইক্লিন প্রতিরোধী জিন (tet^R)।
• amp^R জিনের ভেতরে PstI ও PvuI সাইট রয়েছে; tet^R জিনের ভেতরে BamHI ও SalI সাইট রয়েছে।

নিবেশিক নিষ্ক্রিয়করণ পদ্ধতি (Recombinant Selection): বহিরাগত কাঙ্ক্ষিত জিনটিকে যদি BamHI স্থানে যুক্ত করা হয়, তবে টেট্রাসাইক্লিন প্রতিরোধী (tet^R) জিনটির কার্যকারিতা নষ্ট হয়ে যায় (নিবেশিক নিষ্ক্রিয়করণ)। ফলে রিকম্বিন্যান্ট প্লাজমিডযুক্ত ব্যাকটিরিয়া অ্যাম্পিসিলিনে বেঁচে থাকে কিন্তু টেট্রাসাইক্লিনে মারা যায়। রেপ্লিকা প্লেটিং পদ্ধতিতে অ্যাম্পিসিলিন মাধ্যমে গজানো কলোনিগুলিকে টেট্রাসাইক্লিন মাধ্যমে স্থানান্তর করলে দেখা যায় যেগুলি টেট্রাসাইক্লিনে বাঁচতে পারল না, সেগুলিই হলো কাঙ্ক্ষিত রিকম্বিন্যান্ট কলোনি।

নীল-সাদা স্ক্রিনিং (Blue-White Screening): আধুনিক প্লাজমিডে (যেমন pUC19) lacZ জিনের নিবেশিক নিষ্ক্রিয়করণ ঘটানো হয়। এই জিনটি β-গ্যালাক্টোসিডেজ উৎসেচক তৈরি করে, যা কৃত্রিম ক্রোমোজেনিক সাবস্ট্রেট X-gal কে ভেঙে নীল বর্ণের কলোনি তৈরি করে। কিন্তু বহিরাগত জিন প্রবেশ করলে lacZ নিষ্ক্রিয় হয়ে যায় এবং রিকম্বিন্যান্ট কোষগুলি স্পষ্ট সাদা বর্ণের কলোনি তৈরি করে, যার ফলে রেপ্লিকা প্লেটিংয়ের ঝামেলা ছাড়াই সরাসরি রিকম্বিন্যান্ট চিহ্নিত করা যায়।

• উদ্ভিদের ভেক্টর — Agrobacterium tumefaciens: মাটির এই ব্যাকটিরিয়াকে "প্রকৃতির জিন প্রকৌশলী" বলা হয়। এর Ti প্লাজমিড (Tumor-inducing plasmid) উদ্ভিদের কোষে তার T-DNA অংশ প্রবেশ করিয়ে ক্রাউন গল টিউমার তৈরি করে। বৈজ্ঞানিকরা এই প্লাজমিডের ক্ষতিকারক টিউমার সৃষ্টিকারী অংশটিকে নিষ্ক্রিয় করে (Disarmed vector) তার স্থানে কাঙ্ক্ষিত উপকারী জিন বসিয়ে শস্য গাছে জিন স্থানান্তরের প্রধান বাহক হিসেবে ব্যবহার করেন।
• প্রাণীর ভেক্টর — নিষ্ক্রিয় রেট্রোভাইরাস (Disarmed Retroviruses): ক্ষতিকর ক্যান্সার সৃষ্টিকারী জিন অপসারিত করে রেট্রোভাইরাসকে স্তন্যপায়ী প্রাণীর কোষে উপকারী থেরাপিউটিক জিন স্থানান্তরের মাধ্যম হিসেবে ব্যবহার করা হয়।

রিকম্বিন্যান্ট ডিএনএ প্রযুক্তি হলো সুনির্দিষ্ট এনজাইম্যাটিক এবং ভৌত ধাপের সমষ্টি যার মাধ্যমে ডিএনএ নিষ্কাশন থেকে শুরু করে বাণিজ্যিক প্রোটিন নিষ্কাশন সম্পন্ন হয়।

কোষপ্রাচীর ভেঙে নিখুঁত ডিএনএ বের করার জন্য বিভিন্ন কোষে নির্দিষ্ট উৎসেচক প্রয়োগ করা হয়:

• ব্যাকটেরিয়া কোষ: লাইসোজাইম (Lysozyme) প্রয়োগ করা হয়।
• উদ্ভিদ কোষ: সেলুলেজ (Cellulase) ও পেকটিনেজ প্রয়োগ করা হয়।
• ছত্রাক কোষ: কাইটিনেজ (Chitinase) প্রয়োগ করা হয়।

কোষীয় আরএনএ দূর করতে রাইবোনিউক্লিয়েজ (RNase) এবং প্রোটিন দূর করতে প্রোটিয়েজ (Protease) প্রয়োগ করা হয়। অবশেষে শীতল ইথানল (Chilled Ethanol) যোগ করলে বিশুদ্ধ ডিএনএ কাঁচের দণ্ডের ওপর সাদা সুতোর মতো জমাট বাঁধে, যাকে স্পুলিং (Spooling) বলা হয়।

রেস্ট্রিকশন উৎসেচক দ্বারা কাটার পর উৎপন্ন ডিএনএ খণ্ডগুলিকে আকারের ভিত্তিতে পৃথক করতে অ্যাগারোজ জেল ইলেক্ট্রোফোরেসিস ব্যবহৃত হয়:

• ম্যাট্রিক্স: সামুদ্রিক শৈবাল থেকে প্রাপ্ত প্রাকৃতিক পলিস্যাকারাইড অ্যাগারোজ জেলের চালুনির মতো জালক (Molecular sieve) সৃষ্টি করে।
• আধানভিত্তিক গতি: ফসফেট মূলক থাকার কারণে ডিএনএ অণু ঋণাত্মক তড়িৎগ্রস্ত; বিদ্যুৎ ক্ষেত্রে এটি ক্যাথোড (-) থেকে অ্যানোড (+) অভিমুখে ধাবিত হয়। ছোট খণ্ডগুলি কম বাধার সম্মুখীন হয়ে দ্রুত এবং অনেক দূরে অগ্রসর হয়, আর বড় খণ্ডগুলি কাছেই থেকে যায়।
• স্টেইনিং ও ভিজ্যুয়ালাইজেশন: সাধারণ আলোতে ডিএনএ দৃশ্যমান হয় না। জেলটিকে ইথিডিয়াম ব্রোমাইড (EtBr) দ্বারা রঞ্জিত করে অতিবেগুনি রশ্মি (UV light)-র নিচে রাখলে ডিএনএ খণ্ডগুলি উজ্জ্বল কমলা রঙের প্রতিপ্রভ ব্যান্ড (Bright Orange Bands) হিসেবে জ্বলজ্বল করে ওঠে।
• ইলুশন (Elution): জেল থেকে কাঙ্ক্ষিত ডিএনএ ব্যান্ডটিকে স্ক্যালপেল দিয়ে কেটে আলাদা করে বাফার দ্রবণে নিষ্কাশন করাকে ইলুশন বলে।

১৯৮৩ সালে বিজ্ঞানী কেরি মুলিস (Kary Mullis) পিসিআর আবিষ্কার করেন (রসায়নে নোবেল ১৯৯৩)। এর মাধ্যমে পরীক্ষানলে কয়েক ঘণ্টার মধ্যে একটিমাত্র ডিএনএ অণু থেকে কোটি কোটি অনুলিপি তৈরি করা যায়। প্রতিটি চক্রে তিনটি পর্যায় থাকে:

1. বিপ্রকৃতিকরণ (Denaturation - ৯৪°-৯৬°C): উচ্চ তাপমাত্রায় হাইড্রোজেন বন্ধন ভেঙে দ্বিসূত্রক ডিএনএ দুটি একক সূত্রে বিভক্ত হয়ে যায়।
2. প্রাইমার সংযোজন (Annealing - ৫০°-৬০°C): তাপমাত্রা কমিয়ে আনলে দুটি কৃত্রিমভাবে প্রস্তুত একক সূত্রক ক্ষুদ্র অলিগোনিউক্লিওটাইড প্রাইমার উভয় ছাঁচ তন্তুর ৩' প্রান্তে পরিপূরকভাবে যুক্ত হয়।
3. প্রাইমার সম্প্রসারণ (Extension - ৭২°C): থার্মোফিলিক ব্যাকটিরিয়া Thermus aquaticus থেকে সংগৃহীত তাপসহনশীল উৎসেচক Taq পলিমারেজ $Mg^{2+}$ আয়নের উপস্থিতিতে মুক্ত dNTPs ব্যবহার করে প্রাইমারের ৩'-OH প্রান্তে নতুন পরিপূরক তন্তু তৈরি করে।

$n$ সংখ্যক চক্রের পর উৎপন্ন ডিএনএ অণুর সংখ্যা হয়: $N = N_0 imes 2^n$। ৩০টি চক্রের মাধ্যমে একটি ডিএনএ খণ্ড প্রায় ১০০ কোটি গুণ ($10^9$-fold) বৃদ্ধি পায়।

ল্যাবরেটরিতে টেস্টটিউবে কেবল সামান্য পরিমাণ প্রোটিন পাওয়া যায়। শিল্পক্ষেত্রে ১০০ থেকে ১০,০০০+ লিটার আয়তনে বাণিজ্যিক উৎপাদনের জন্য বায়োরিয়েক্টর ব্যবহৃত হয়:

• আলোড়িত ট্যাঙ্ক বায়োরিয়েক্টর (Simple Stirred-Tank): গোলাকার তলদেশযুক্ত নলাকার পাত্র যাতে মৃত কোণ না থাকে, মোটরচালিত আলোড়ক পাখা, জীবাণুমুক্ত বায়ু বুদবুদ প্রবেশ নল (Sparger), ফেনা নিরোধক এবং তাপমাত্রা-pH সংবেদক যন্ত্র থাকে।
• স্পার্জড বায়োরিয়েক্টর (Sparged Bioreactor): তরল মাধ্যমে জীবাণুমুক্ত বাতাস বুদবুদ আকারে প্রবেশ করিয়ে অক্সিজেন সংবহনের কার্যকর ক্ষেত্রফল বহুগুণ বৃদ্ধি করা হয়।
• কন্টিনিউয়াস কালচার: একদিকে নতুন জীবাণুমুক্ত পুষ্টি মাধ্যম যোগ করা হয় এবং অন্যদিকে ব্যবহৃত মাধ্যম নিষ্কাশন করা হয়, যার ফলে কোষগুলি সর্বদা দ্রুত বৃদ্ধিশীল লগ বা এক্সপোনেনশিয়াল দশায় অবস্থান করে।

ডাউনস্ট্রিম প্রসেসিং: বায়োরিয়েক্টরে জৈব সংশ্লেষের পর উৎপাদিত পণ্যকে বাজারজাত করার উপযোগী করতে পৃথকীকরণ, রাসায়নিক পরিশোধন, প্রিজারভেটিভ সংযোজন, কঠোর গুণমান পরীক্ষা এবং ক্লিনিক্যাল ট্রায়াল সম্পন্ন করার সামগ্রিক প্রক্রিয়াকে ডাউনস্ট্রিম প্রসেসিং বলা হয়।

কৃষি জীবপ্রযুক্তি শস্যের জিনগত রূপান্তরের মাধ্যমে উচ্চফলনশীল, অজৈব চাপ-সহনশীল এবং কীটপ্রতিরোধী জাত উদ্ভাবন করে রাসায়নিক কীটনাশকের ব্যবহার কমিয়ে এনেছে।

যেসব উদ্ভিদের জিনোমে বহিরাগত উপকারী জিন প্রবেশ করিয়ে নতুন বৈশিষ্ট্য সৃষ্টি করা হয়েছে, তাদের ট্রান্সজেনিক বা জেনেটিক্যালি মডিফায়েড (GM) উদ্ভিদ বলে। এর প্রধান পাঁচটি সুবিধা হলো:

• অজৈব পরিবেশগত প্রতিকূলতা (খরা, অতিরিক্ত ঠান্ডা, লবণাক্ততা, উচ্চ তাপমাত্রা) সহ্য করার ক্ষমতা বৃদ্ধি।
• রাসায়নিক কীটনাশকের ওপর নির্ভরশীলতা উল্লেখযোগ্য হারে হ্রাস।
• ফসল কাটার পর অপচয় ও পচনের ক্ষয়ক্ষতি রোধ।
• মাটি থেকে খনিজ পুষ্টি উপাদান শোষণের কার্যকারিতা বৃদ্ধি, যা মাটির দ্রুত উর্বরতা হ্রাস রোধ করে।
• খাদ্যশস্যে ভিটামিন ও মাইক্রোনিউট্রিয়েন্ট সমৃদ্ধকরণ (বায়োফরটিফিকেশন)।

মাটির ব্যাকটিরিয়া Bacillus thuringiensis রেণু তৈরির সময় এক প্রকার ক্রিস্টাল বা কেলাসাকার প্রোটিন তৈরি করে, যাকে ক্রাই এন্ডোটক্সিন (Cry protein) বলা হয়। এটি লেপিডোপ্টেরা (তুলা পোকা, শুঁয়োপোকা), কোলিওপ্টেরা (গুবরে পোকা) এবং ডিপ্টেরা (মাছি, মশা) বর্গের পতঙ্গদের ধ্বংস করে।

কীটের অন্ত্রে টক্সিন সক্রিয়করণের জৈব রাসায়নিক ধাপ:

1. ব্যাকটিরিয়া এটিকে নিষ্ক্রিয় প্রোটোক্সিন (Protoxin) হিসেবে তৈরি করে, তাই ব্যাকটিরিয়ার নিজস্ব কোনো ক্ষতি হয় না।
2. যখন কোনো পোকার লার্ভা ট্রান্সজেনিক তুলা গাছের পাতা বা কুঁড়ি খায়, তখন প্রোটোক্সিন ক্রিস্টাল পোকার অন্ত্রে প্রবেশ করে।
3. কীটপতঙ্গের মধ্যান্ত্রের ক্ষারীয় পরিবেশ (pH > ৯.০) প্রোটোক্সিন কেলাসকে দ্রবীভূত করে এবং অন্ত্রের প্রোটিয়েজ উৎসেচক এটিকে সক্রিয় বিষাক্ত টক্সিনে পরিণত করে।
4. সক্রিয় ক্রাই টক্সিন মধ্যান্ত্রের আবরণী কোষের গ্রাহকের (Cadherin receptor) সাথে যুক্ত হয়ে কোশপর্দায় সূক্ষ্ম ছিদ্র বা রন্ধ্র সৃষ্টি করে।
5. এর ফলে ব্যাপক অভিস্রবণিক স্ফীতি ঘটে, কোষগুলি ফেটে যায় এবং পোকাটি অনাহারে ও অন্ত্রের ক্ষতে ৪৮-৭২ ঘণ্টার মধ্যে মারা যায়।

নির্দিষ্ট ক্রাই জিনের প্রয়োগ:

• cryIAc এবং cryIIAb: তুলার শুঁয়োপোকা বা বোলওয়ার্ম (Cotton bollworm) দমনে কার্যকর।
• cryIAb: ভুট্টার মাজরা পোকা বা কর্ন বোরার (Corn borer) নিয়ন্ত্রণে ব্যবহৃত হয়।

গোলকৃমি বা নেমাটোড Meloidogyne incognita তামাক গাছের শিকড় আক্রমণ করে নডিউল বা অর্বুদ তৈরি করে, যার ফলে গাছের বৃদ্ধি থমকে যায় এবং ফলন মারাত্মকভাবে হ্রাস পায়। একে প্রতিহত করতে আরএনএ ইন্টারফেয়ারেন্স (RNAi) পদ্ধতি প্রয়োগ করা হয়:

• প্রাকৃতিক ভিত্তি: RNAi হলো সমস্ত ইউক্যারিওটিক জীবের একটি প্রাকৃতিক কোশীয় প্রতিরক্ষা ব্যবস্থা, যা বহিরাগত ভাইরাস ও জাম্পিং জিনের (ট্রান্সপোজন) অনুপ্রবেশ রোধ করে।
• দ্বিসূত্রক আরএনএ তৈরি: Agrobacterium tumefaciens ভেক্টর ব্যবহার করে নেমাটোডের নির্দিষ্ট জিন তামাক কোষে এমনভাবে প্রবেশ করানো হয় যাতে কোষে সেন্স ও অ্যান্টিসেন্স উভয় প্রকার আরএনএ প্রতিলিপিত হয়।
• ডাইসার ও dsRNA: পরিপূরক সেন্স ও অ্যান্টিসেন্স আরএনএ পরস্পরের সাথে যুক্ত হয়ে দ্বিসূত্রক আরএনএ (dsRNA) গঠন করে। পোষক কোষের রাইবোনিউক্লিয়েজ উৎসেচক ডাইসার (Dicer) এই দীর্ঘ dsRNA-কে ২১-২৩ নিউক্লিওটাইড দীর্ঘ ক্ষুদ্র আরএনএ খণ্ডে পরিণত করে, যাদের siRNA (Small Interfering RNA) বলা হয়।
• RISC ও জিন নিস্তব্ধকরণ: কোশের RISC (RNA-induced Silencing Complex) প্রোটিন জটিল siRNA-র সহায়তায় নেমাটোডের পরিপূরক mRNA-কে চিনে নিয়ে কেটে টুকরো টুকরো করে দেয়। ফলে ক্ষতিকর প্রোটিন তৈরি না হওয়ায় পরজীবী নেমাটোডটি অনাহারে মারা যায় এবং তামাক গাছ সুরক্ষিত থাকে।

• গোল্ডেন রাইস (Golden Rice): ইঙ্গো পট্রিকাস ও পিটার বেয়ার উদ্ভাবিত এই চালের সস্যে β-ক্যারোটিন (প্রোভিটামিন এ) সংশ্লেষিত হয়। এতে ড্যাফোডিল ফুল (Narcissus pseudonarcissus) থেকে psy জিন এবং ব্যাকটিরিয়া Erwinia uredovora থেকে crtI জিন স্থানান্তর করা হয়েছে, যা শিশুদের রাতকানা রোগ দূর করতে সহায়ক।
• ফ্লেভার সেভার টমেটো (Flavr Savr Tomato): টমেটোর কোষপ্রাচীরের পেকটিন বিশ্লেষক উৎসেচক পলিগ্যালাক্টোরোনেজ (Polygalacturonase) কোডিং mRNA-র বিরুদ্ধে অ্যান্টিসেন্স আরএনএ প্রযুক্তি প্রয়োগ করে টমেটো নরম হওয়া ও পচন বিলম্বিত করা হয়েছে।

চিকিৎসা জীবপ্রযুক্তি নিরাপদ রিকম্বিন্যান্ট থেরাপিউটিক প্রোটিন, বংশগত রোগ নিরাময়ে ত্রুটিপূর্ণ জিন প্রতিস্থাপন এবং অতিসংবেদনশীল আণবিক রোগ নির্ণয় পদ্ধতি উপহার দিয়েছে।

পূর্বে ডায়াবেটিস রোগীদের জন্য জবাই করা গরু (bovine) ও শূকরের (porcine) অগ্ন্যাশয় থেকে ইনসুলিন নিষ্কাশন করা হতো। তবে মানুষের ইনসুলিনের সাথে অ্যামিনো অ্যাসিডের সামান্য পার্থক্য থাকায় এটি রোগীর দেহে মারাত্মক ইমিউনোলজিক্যাল অ্যালার্জি সৃষ্টি করত।

প্রোইনসুলিনের গঠন: মানুষের অগ্ন্যাশয়ে ইনসুলিন প্রথমে একটি নিষ্ক্রিয় অগ্রদূত হিসেবে সংশ্লেষিত হয়, যাকে প্রোইনসুলিন বলে। এটি তিনটি শৃঙ্খল নিয়ে গঠিত:

• A-শৃঙ্খল: ২১টি অ্যামিনো অ্যাসিড।
• B-শৃঙ্খল: ৩০টি অ্যামিনো অ্যাসিড।
• C-পেপটাইড (সংযোজক অংশ): ৩৩টি অ্যামিনো অ্যাসিড যা A ও B শৃঙ্খলকে যুক্ত রাখে।

স্বাভাবিক শারীরবৃত্তীয় প্রক্রিয়ায় প্রোইনসুলিনের পরিপক্কতার সময় C-পেপটাইডটি বিচ্ছিন্ন হয়ে বেরিয়ে যায়। সক্রিয় পরিণত ইনসুলিনে কেবল A ও B শৃঙ্খল দুটি আন্তঃশৃঙ্খল ডাইসালফাইড বন্ধন (-S-S-) দ্বারা যুক্ত থাকে।

এলি লিলি কোম্পানির ঐতিহাসিক উদ্ভাবন (১৯৮৩): আমেরিকান ফার্মাসিউটিক্যাল কোম্পানি Eli Lilly রিকম্বিন্যান্ট ডিএনএ প্রযুক্তির মাধ্যমে কৃত্রিম উপায়ে ইনসুলিন তৈরি করে:

1. তারা মানুষের ইনসুলিনের A ও B শৃঙ্খলের জন্য দুটি পৃথক কৃত্রিম ডিএনএ ক্ষারক্রম সংশ্লেষ করেন।
2. এই ডিএনএ দুটিকে পৃথকভাবে প্লাজমিড pBR322-তে β-গ্যালাক্টোসিডেজ জিনের পেছনে যুক্ত করে দুটি পৃথক E. coli কালচারে প্রবেশ করান।
3. উভয় ব্যাকটিরিয়া কালচার থেকে A ও B পেপটাইড শৃঙ্খল দুটি আলাদাভাবে নিষ্কাশন ও পরিশোধন করা হয়।
4. অবশেষে টেস্টটিউবে রাসায়নিকভাবে তাদের মধ্যে ডাইসালফাইড বন্ধন সৃষ্টি করে সম্পূর্ণ খাঁটি, অ্যালার্জিমুক্ত সক্রিয় হিউমুলিন প্রস্তুত করা হয়। এতে কোনো C-পেপটাইড থাকে না।

বংশগত জিনঘটিত ত্রুটি সংশোধনের লক্ষ্যে কোনো ব্যক্তির কোষে বা কলাতে স্বাভাবিক কার্যকরী জিন প্রবেশ করানোর ক্লিনিক্যাল পদ্ধতিকে জিন থেরাপি (Gene Therapy) বলে।

প্রথম ক্লিনিক্যাল জিন থেরাপির ইতিহাস (১৯৯০): চার বছর বয়সী এক আমেরিকান বালিকার ওপর প্রথম সফল জিন থেরাপি প্রয়োগ করেন ডব্লিউ. ফ্রেঞ্চ অ্যান্ডারসন। বালিকাটি অ্যাডিনোসিন ডিঅ্যামিনেজ (ADA) উৎসেচকের ঘাটতিজনিত মারাত্মক রোগ SCID-তে আক্রান্ত ছিল:

• রোগের কারণ: ADA জিনের মিউটেশনের ফলে কোষে বিষাক্ত ডিঅক্সিঅ্যাডিনোসিন জমা হয়, যা বিভাজনরত T-লিম্ফোসাইট ধ্বংস করে সামগ্রিক অনাক্রম্যতাতন্ত্রকে অকেজো করে দেয়।
• চিকিৎসা পদ্ধতি:
  1. রোগীর রক্ত থেকে T-লিম্ফোসাইট কোষ পৃথক করে ল্যাবরেটরিতে সংবর্ধন করা হয়।
  2. একটি নিষ্ক্রিয় রেট্রোভাইরাস ভেক্টরের মাধ্যমে স্বাভাবিক মানব ADA cDNA লিম্ফোসাইট কোষে প্রবেশ করানো হয়।
  3. জিনগতভাবে রূপান্তরিত এই সক্রিয় লিম্ফোসাইটগুলিকে পুনরায় রোগীর রক্তে সঞ্চালিত করা হয়।
• স্থায়ী বনাম অস্থায়ী নিরাময়: লিম্ফোসাইট কোষগুলির জীবনকাল সীমিত হওয়ায় রোগীকে নির্দিষ্ট সময় অন্তর নিয়মিত এই রূপান্তরিত কোষ গ্রহণ করতে হয়। কিন্তু ভ্রূণাবস্থায় অথবা প্রারম্ভিক শৈশবে অস্থিমজ্জার স্টেম কোষে (Bone marrow stem cells) কার্যকরী ADA জিন প্রবেশ করাতে পারলে রোগটি স্থায়ীভাবে নিরাময় করা সম্ভব।

প্রচলিত মূত্র বা সিরাম পরীক্ষায় রোগজীবাণু বা লক্ষণ যখন প্রকাশ পায়, তখন প্যাথোজেনের সংখ্যা শরীরে বহুগুণ বেড়ে যায়। বায়োটেকনোলজির আণবিক কৌশল রোগাক্রান্ত হওয়ার প্রারম্ভিক পর্যায়েই অত্যন্ত নির্ভুলভাবে রোগ শনাক্ত করতে পারে:

• পলিমারেজ শৃঙ্খল বিক্রিয়া (PCR): রক্তে অতি সামান্য পরিমাণ ভাইরাল ডিএনএ বা আরএনএ-কে কোটি কোটি গুণ বিবর্ধিত করে এইডস (HIV) রোগের প্রাথমিক সংক্রমণ বা ক্যান্সারের মিউটেশন শনাক্ত করা যায়।
• ডিএনএ প্রোব ও অটোরেডিওগ্রাফি: তেজস্ক্রিয় আইসোটোপ ($^{32}P$) বা ফ্লুরোসেন্ট ডাইযুক্ত একক তন্ত্রী ডিএনএ/আরএনএ প্রোব নির্দিষ্ট জিনের সাথে হাইব্রিডাইজেশন ঘটায়। জিনে মিউটেশন থাকলে প্রোব পরিপূরক বন্ধন গঠন করতে পারে না, ফলে এক্স-রে ফিল্মে কোনো রেডিওগ্রাফিক ব্যান্ড দেখা যায় না।
• এলাইজা (ELISA - Enzyme-Linked Immunosorbent Assay): এটি নির্দিষ্ট অ্যান্টিজেন-অ্যান্টিবডি মিথস্ক্রিয়ার ভিত্তিতে কাজ করে। রোগীর নমুনায় প্যাথোজেনের অ্যান্টিজেন অথবা তার বিরুদ্ধে তৈরি অ্যান্টিবডি উৎসেচকযুক্ত স্তরের সাথে বিক্রিয়া করে বর্ণ পরিবর্তনের মাধ্যমে রোগ নিশ্চিত করে।

ট্রান্সজেনিক প্রাণী আধুনিক বিজ্ঞানের এক বিস্ময়কর আবিষ্কার হলেও এর অনিয়ন্ত্রিত প্রয়োগ জীববৈচিত্র্য ও পরিবেশের জন্য মারাত্মক বিপর্যয় ডেকে আনতে পারে।

যেসব প্রাণীর জিনোমে বহিরাগত কার্যকর জিন স্থায়ীভাবে সংহত করা হয়েছে, তাদের ট্রান্সজেনিক প্রাণী (Transgenic Animals) বলে। বর্তমান গবেষণাগারের ৯৫% ট্রান্সজেনিক প্রাণীই হলো ইঁদুর (Mice); এছাড়াও খরগোশ, শূকর, ভেড়া, গরু ও মাছ তৈরি করা হয়েছে। প্রধান পাঁচটি প্রয়োগ:

1. স্বাভাবিক শারীরবৃত্ত ও বিকাশ অধ্যয়ন: কোনো নির্দিষ্ট জিন কীভাবে নিয়ন্ত্রিত হয় এবং দেহের বৃদ্ধিতে প্রভাব ফেলে (যেমন ইনসুলিন-লাইক গ্রোথ ফ্যাক্টর বা IGF-এর ক্রিয়া) তা ট্রান্সজেনিক মডেলের মাধ্যমে জানা যায়।
2. মানব রোগের মডেল হিসেবে ব্যবহার: মানুষের জটিল রোগসমূহ কীভাবে সৃষ্টি হয় এবং তাদের নতুন ওষুধ কতটা কার্যকর তা বোঝার জন্য মডেল তৈরি করা হয়েছে—যেমন ক্যান্সার, সিস্টিক ফাইব্রোসিস, রিউমাটয়েড আর্থ্রাইটিস ও অ্যালঝাইমার্স রোগ।
3. জৈবিক পণ্য উৎপাদন (Biopharming): মূল্যবান থেরাপিউটিক প্রোটিন প্রাণীর দুধ বা সিরামের মাধ্যমে উৎপাদন করা:
   • মানুষের প্রোটিন α-১-অ্যান্টিট্রিপসিন (α-1-antitrypsin) সমৃদ্ধ দুধ তৈরি করা হয়েছে, যা ফুসফুসের মারাত্মক রোগ এমফাইসিমা (Emphysema) নিরাময়ে ব্যবহৃত হয়।
   • প্রথম ট্রান্সজেনিক গাভী রোজি (Rosie - ১৯৯৭): বিজ্ঞানী আইয়ান উইলমুট ও গবেষক দল তৈরি করেন প্রথম ট্রান্সজেনিক গাভী 'রোজি'। এর দুধে প্রতি লিটারে ২.৪ গ্রাম মানব প্রোটিন ছিল, যা মানব α-ল্যাকটালবুমিন (α-lactalbumin) সমৃদ্ধ। এই দুধ সাধারণ গরুর দুধের চেয়ে মানব শিশুদের জন্য অনেক বেশি পুষ্টিকর ও ভারসাম্যপূর্ণ।
4. টিকার নিরাপত্তা পরীক্ষা (Vaccine Safety): বানরের পরিবর্তে মানব পোলিও গ্রাহক জিনযুক্ত ট্রান্সজেনিক ইঁদুরের ওপর পোলিও টিকার ব্যাচ পরীক্ষা করা হয়।
5. বিষাক্ততা পরীক্ষা (Chemical Toxicity Testing): নির্দিষ্ট বিষাক্ত রাসায়নিকের প্রতি ট্রান্সজেনিক প্রাণীকে অতিসংবেদনশীল করে কম সময়ে ওষুধের বিষাক্ততা যাচাই করা হয়।

জেনেটিক্যালি মডিফায়েড জীবের অনিয়ন্ত্রিত উন্মুক্ত ব্যবহার পরিবেশের খাদ্যশৃঙ্খলকে বিপন্ন করতে পারে এবং আগাছা প্রতিরোধক জিন বুনো উদ্ভিদে চলে গিয়ে নিয়ন্ত্রণহীন "সুপারউইড" তৈরি করতে পারে।

এই সমস্ত ঝুঁকি নিয়ন্ত্রণের জন্য ভারত সরকারের পরিবেশ, বন ও জলবায়ু পরিবর্তন মন্ত্রকের অধীনে জেনেটিক ইঞ্জিনিয়ারিং অ্যাপ্রাইজাল কমিটি (GEAC - Genetic Engineering Appraisal Committee) গঠিত হয়েছে। এর মূল দায়িত্ব হলো:

• জিএম সংক্রান্ত সমস্ত বৃহৎ বৈজ্ঞানিক গবেষণা প্রস্তাবের বৈধতা ও নিরাপত্তা মূল্যায়ন করা।
• জনসাধারণের ব্যবহারের জন্য পরিবেশে জেনেটিক্যালি পরিবর্তিত ফসল (যেমন বিটি-তুলা, বিটি-বেগুন) উন্মুক্ত করার অনুমোদন প্রদান।

বায়োপাইরেসি (Biopiracy): অনুন্নত বা উন্নয়নশীল দেশের অনুমতি না নিয়ে এবং সংশ্লিষ্ট স্থানীয় জনগণকে কোনো ক্ষতিপূরণ বা লভ্যাংশ না দিয়ে কোনো বহুজাতিক সংস্থা কর্তৃক তাদের চিরাচরিত জৈব সম্পদ ও ঐতিহ্যবাহী জ্ঞানকে অন্যায়ভাবে বাণিজ্যিকীকরণ বা পেটেন্ট করে নেওয়ার ঘটনাকে বায়োপাইরেসি বলে।

ঐতিহাসিক বায়োপাইরেসি কেলেঙ্কারি:

• বাসমতী চালের পেটেন্ট বিতর্ক (১৯৯৭): টেক্সাসের এক মার্কিন কোম্পানি RiceTec Inc. আমেরিকান পেটেন্ট অফিস (USPTO) থেকে 'বাসমতী চালের প্রজাতি ও শস্যের' ওপর পেটেন্ট লাভ করে। তারা দাবি করে এটি তাদের নিজস্ব উদ্ভাবিত নতুন সুগন্ধি চাল। কিন্তু প্রকৃতপক্ষে তারা ভারতীয় কৃষকদের ঐতিহ্যবাহী বাসমতী জাতের সাথে সেমি-ডোয়ার্ফ চালের সংকরায়ণ ঘটিয়েছিল। ভারত সরকার প্রাচীন বৈদিক সাহিত্য ও কৃষকদের হাজার বছরের ইতিহাস পেশ করে তীব্র আইনি লড়াই চালায় এবং পরিশেষে আমেরিকা এই পেটেন্ট প্রত্যাহার করতে বাধ্য হয়।
• নিম (Azadirachta indica) ও হলুদ (Curcuma longa): মার্কিন বহুজাতিক কোম্পানি নিমের ছত্রাকনাশক এবং হলুদের ক্ষত নিরাময়কারী বৈশিষ্ট্যের ওপর পেটেন্ট নিয়েছিল। ভারতীয় বৈজ্ঞানিক ও শিল্প গবেষণা পরিষদ (CSIR) সংস্কৃত আয়ুর্বেদ শাস্ত্রের নথিপত্র প্রমাণ হিসেবে দাখিল করে উভয় পেটেন্টই বাতিল করায়।
• ট্রেডিশনাল নলেজ ডিজিটাল লাইব্রেরি (TKDL): বায়োপাইরেসি রুখতে ভারত সরকার আয়ুর্বেদ, ইউনানি ও সিদ্ধা চিকিৎসার প্রাচীন জ্ঞানকে পাঁচটি আন্তর্জাতিক ভাষায় অনুবাদ করে ডিজিটাল ডেটাবেস গড়ে তুলেছে যাতে আন্তর্জাতিক স্তরে কোনো সংস্থা ভারতীয় জ্ঞানের ভুয়ো পেটেন্ট দাবি করতে না পারে।