Biotechnology and its Applications

जैव प्रौद्योगिकी प्राकृतिक विज्ञान और जीवों, कोशिकाओं, उनके भागों एवं आणविक समरूपों का उत्पादों और सेवाओं के लिए समायोजन है।

यूरोपीय जैव प्रौद्योगिकी संघ (European Federation of Biotechnology - EFB) ने पारंपरिक विचारों और आधुनिक आणविक जैव प्रौद्योगिकी को समाहित करते हुए एक सर्वमान्य परिभाषा दी है:

आधुनिक जैव प्रौद्योगिकी के दो प्रमुख मूल आधार हैं:

1. आनुवंशिक अभियांत्रिकी (Genetic Engineering / rDNA Technology): वह तकनीक जिसके द्वारा आनुवंशिक पदार्थ (डीएनए और आरएनए) के रसायन में कृत्रिम परिवर्तन कर उसे परपोषी जीव में प्रविष्ट कराया जाता है और इसके द्वारा परपोषी के लक्षणप्ररूप (Phenotype) में वांछित परिवर्तन लाया जाता है।
2. रासायनिक या बायोप्रक्रिया अभियांत्रिकी (Bioprocess Engineering): बड़े पैमाने पर रासायनिक प्रक्रियाओं में संदूषणरहित (रोगाणुरहित) वातावरण बनाए रखना, जिससे केवल वांछित सूक्ष्मजीव या सुकेंद्रकी कोशिका की ही वृद्धि हो सके और एंटीबायोटिक, टीके, एंजाइम तथा चिकित्सीय प्रोटीनों का औद्योगिक उत्पादन किया जा सके।

वर्ष 1963 में स्टीवर्ट लिन और वर्नर आर्बर ने Escherichia coli से दो एंजाइम अलग किए जो जीवाणुभोजी (बैक्टीरियोफेज) की वृद्धि को रोकते थे: एक डीएनए में मिथाइल समूह जोड़ता था (मिथाइलेज) और दूसरा डीएनए को विशिष्ट स्थानों पर काटता था (प्रतिबंधन एंडोन्यूक्लिएज)। इसके उपरांत हैमिल्टन स्मिथ और डैनियल नाथन्स ने पहले विशिष्ट स्थल-पहचान प्रतिबंधन एंजाइम HindII को अलग किया।

नामकरण की वैज्ञानिक पद्धति: उदाहरण के लिए EcoRI का नामकरण निम्न प्रकार होता है:

• पहला अक्षर (तिरछा बड़ा अक्षर): जीवाणु का वंश (Genus) दर्शाता है—E का अर्थ Escherichia है।
• दूसरा व तीसरा अक्षर (तिरछे छोटे अक्षर): जीवाणु की जाति (Species) दर्शाते हैं—co का अर्थ coli है।
• चौथा अक्षर: जीवाणु का विशिष्ट प्रभेद (Strain) दर्शाता है—R प्रभेद RY13 को निरूपित करता है।
• रोमन संख्या: उस प्रभेद से एंजाइम के पृथक्करण के क्रम को दर्शाती है—I का अर्थ है कि यह उस प्रभेद से अलग किया गया पहला एंजाइम है।

प्रतिबंधन एंडोन्यूक्लिएज द्विरज्जुक डीएनए में एक विशिष्ट पैलिंड्रोमिक न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम (Palindromic sequence) की पहचान करते हैं। पैलिंड्रोम ऐसा क्षारक युग्म अनुक्रम है जो दोनों रज्जुकों पर 5' → 3' दिशा में पढ़ने पर समान होता है। जैसे EcoRI का पहचान स्थल:

EcoRI प्रतिसममिति केंद्र से थोड़ा हटकर दोनों रज्जुकों पर G और A क्षारकों के मध्य फॉस्फोडाइएस्टर बंध को काटता है। इसके फलस्वरूप सिरों पर एकरज्जुक लटके हुए हिस्से बन जाते हैं, जिन्हें चिपचिपे सिरे या आसंजी सिरे (Sticky / Cohesive ends) कहते हैं (5'-AATT-3')। जब वाहक और विजातीय डीएनए को एक ही प्रतिबंधन एंजाइम से काटा जाता है, तो उनके चिपचिपे सिरे एक-दूसरे के पूरक होते हैं और डीएनए लाइगेज द्वारा सरलता से जुड़ जाते हैं।

क्लोनिंग संवाहक (Vector) वह डीएनए अणु है जिसका उपयोग विजातीय वांछित जीन को परपोषी कोशिका में स्थानांतरित करने और उसकी प्रतिलिपियाँ बनाने हेतु किया जाता है।

किसी डीएनए अणु को आदर्श क्लोनिंग संवाहक बनने के लिए चार प्रमुख विशेषताओं का होना आवश्यक है:

1. प्रतिकृतियन की उत्पत्ति (Origin of Replication বা ori): यह डीएनए का वह विशिष्ट अनुक्रम है जहाँ से प्रतिकृतियन प्रारंभ होता है। जब कोई बाहरी डीएनए खंड इस अनुक्रम से जुड़ता है, तो वह परपोषी कोशिका में स्वतः प्रतिकृति बना सकता है। ori स्थल संवाहक की प्रतिलिपि संख्या (Copy number) को भी नियंत्रित करता है (प्रति कोशिका 1-2 से 100+ प्रतियाँ)।
2. वरणयोग्य चिन्हक (Selectable Marker): वे जीन जो रूपांतरित (Transformant) और अरूपांतरित (Non-transformant) कोशिकाओं की पहचान करने और अरूपांतरित कोशिकाओं को समाप्त कर केवल रूपांतरित कोशिकाओं को चयनात्मक रूप से विकसित होने की अनुमति देते हैं। एंटीबायोटिक प्रतिरोधी जीन जैसे amp^R (एम्पीसिलीन प्रतिरोधी) और tet^R (टेट्रासाइक्लिन प्रतिरोधी) आदर्श वरणयोग्य चिन्हक हैं।
3. क्लोनिंग स्थल (Cloning Sites / Polylinker): संवाहक में प्रतिबंधन एंजाइमों के लिए अद्वितीय एवं एकल पहचान स्थल होने चाहिए। एक से अधिक पहचान स्थल होने पर संवाहक कई टुकड़ों में कट जाता है, जिससे जीन क्लोनिंग जटिल हो जाती है।
4. छोटा आकार एवं उच्च प्रतिलिपि संख्या: कोशिका भित्ति को सरलता से पार करने और आसानी से निष्कर्षण हेतु संवाहक का आणविक भार कम होना चाहिए।

बोलिवर और रोड्रिगेज (1977) द्वारा निर्मित pBR322 सबसे व्यापक रूप से प्रयुक्त कृत्रिम E. coli क्लोनिंग प्लाज्मिड है (4361 क्षारक युग्म):

• इसमें ori स्थल तथा प्रतिकृतियन हेतु आवश्यक प्रोटीन को कोड करने वाला जीन rop उपस्थित होता है।
• दो वरणयोग्य चिन्हक जीन होते हैं: एम्पीसिलीन प्रतिरोधी (amp^R) और टेट्रासाइक्लिन प्रतिरोधी (tet^R)।
• amp^R के भीतर PstI व PvuI स्थल होते हैं; tet^R के भीतर BamHI व SalI पहचान स्थल होते हैं।

निवेशन निष्क्रियीकरण द्वारा चयन (Recombinant Selection): यदि विजातीय डीएनए को tet^R जीन के BamHI स्थल पर जोड़ा जाता है, तो टेट्रासाइक्लिन प्रतिरोधी जीन की कोडिंग बाधित हो जाती है (निवेशन निष्क्रियीकरण)। परिणामस्वरूप पुनःसंयोजक प्लाज्मिड एम्पीसिलीन प्रतिरोधी तो रहता है परंतु टेट्रासाइक्लिन प्रतिरोधकता खो देता है। जब रूपांतरित कोशिकाओं को पहले एम्पीसिलीन युक्त माध्यम पर उगाया जाता है, तो सभी रूपांतरित कोशिकाएं कॉलोनी बनाती हैं। फिर रेप्लिका प्लेटिंग द्वारा इन्हें टेट्रासाइक्लिन माध्यम पर स्थानांतरित करने पर अरूपांतरित कोशिकाएं जीवित रहती हैं, जबकि पुनःसंयोजक कॉलोनियां टेट्रासाइक्लिन पर नष्ट हो जाती हैं।

नीला-सफेद चयन (Blue-White Screening): आधुनिक प्लाज्मिडों (जैसे pUC19) में lacZ जीन का निवेशन निष्क्रियीकरण किया जाता है। यह जीन β-गैलेक्टोसाइडेज एंजाइम का निर्माण करता है, जो क्रोमोजेनिक पदार्थ X-gal को जल-अपघटित कर नीले रंग की कॉलोनियां बनाता है। जब विजातीय डीएनए lacZ में प्रवेश करता है, तो एंजाइम निष्क्रिय हो जाता है और पुनःसंयोजक कोशिकाएं स्पष्ट सफेद कॉलोनियां बनाती हैं।

• पादप संवाहक — Agrobacterium tumefaciens: मृदा के इस जीवाणु को "प्रकृति का आनुवंशिक अभियंता" कहा जाता है। इसका Ti प्लाज्मिड (Tumor-inducing) द्विबीजपत्री पौधों में अपने T-DNA भाग को स्थानांतरित कर क्राउन गॉल ट्यूमर उत्पन्न करता है। वैज्ञानिकों ने इसके ट्यूमर पैदा करने वाले हानिकारक जीनों को हटाकर (Disarmed vector) वांछित जीन को फसलों में प्रविष्ट कराने का सबसे उपयुक्त संवाहक बना दिया है।
• जंतु संवाहक — अहानिकर रेट्रोवायरस (Disarmed Retroviruses): कैंसरकारी जीनों को हटाकर रेट्रोवायरस को स्तनधारियों की कोशिकाओं में उपयोगी चिकित्सीय जीन पहुंचाने के लिए संवाहक के रूप में प्रयोग किया जाता है।

पुनःसंयोजक डीएनए तकनीक एक क्रमबद्ध बहु-चरणीय वैज्ञानिक प्रक्रिया है, जिसके अंतर्गत डीएनए विलगन से लेकर बायो-रिएक्टर में अभिव्यक्ति तक के चरण आते हैं।

कोशिका भित्ति को तोड़कर शुद्ध डीएनए प्राप्त करने हेतु विशिष्ट एंजाइमों का उपयोग किया जाता है:

• जीवाणु कोशिकाएं: लाइसोजाइम (Lysozyme) द्वारा पाचित होती हैं।
• पादप कोशिकाएं: सेल्युलेज (Cellulase) एवं पेक्टिनेज द्वारा पाचित होती हैं।
• कवक कोशिकाएं: काइटिनेज (Chitinase) द्वारा पाचित होती हैं।

आरएनए को हटाने हेतु राइबोन्यूक्लिएज (RNase) तथा प्रोटीनों को हटाने हेतु प्रोटीएज (Protease) मिलाया जाता है। अंत में अतिशीतित इथेनॉल (Chilled Ethanol) मिलाने पर शुद्ध डीएनए महीन सफेद धागों के रूप में अवक्षेपित हो जाता है, जिसे कांच की छड़ पर लपेटकर अलग करना स्पूलिंग (Spooling) कहलाता है।

प्रतिबंधन एंजाइम द्वारा काटे गए डीएनए खंडों को उनके आकार के आधार पर पृथक करने हेतु अगारोज़ जेल इलेक्ट्रोफोरेसिस का उपयोग होता है:

• मैट्रिक्स: समुद्री घास से प्राप्त प्राकृतिक बहुलक अगारोज़ आणविक छलनी (Molecular sieve) का कार्य करता है।
• आवेश आधारित गमन: फॉस्फेट समूहों के कारण डीएनए अणु ऋणायन (-) होते हैं; विद्युत क्षेत्र में ये कैथोड (-) से एनोड (+) की ओर गति करते हैं। छोटे डीएनए खंड कम अवरोध के कारण तेजी से दूर चले जाते हैं, जबकि बड़े खंड पीछे रह जाते हैं।
• अभिरंजन एवं दृश्यीकरण: डीएनए सामान्य प्रकाश में दिखाई नहीं देता। जेल को एथिडियम ब्रोमाइड (EtBr) से अभिरंजित कर पराबैंगनी (UV) प्रकाश में देखने पर डीएनए के चमकीले नारंगी रंग के बैंड (Bright Orange Bands) दिखाई देते हैं।
• क्षालन (Elution): अगारोज़ जेल से वांछित डीएनए बैंड को काटकर अलग करना और बफर घोल में निष्कर्षित करना क्षालन कहलाता है।

वर्ष 1983 में कैरी मुलिस (Kary Mullis) ने पीसीआर का आविष्कार किया (रसायन नोबेल 1993)। इसके द्वारा परखनली में कुछ ही घंटों में एक डीएनए खंड की अरबों प्रतियां बनाई जा सकती हैं। प्रत्येक चक्र में तीन तापीय चरण होते हैं:

1. निष्क्रियीकरण / विप्रकृतिकरण (Denaturation - 94°-96°C): उच्च तापमान पर हाइड्रोजन बंध टूट जाते हैं और द्विरज्जुक डीएनए दो पृथक एकल रज्जुकों में खुल जाता है।
2. तापानुशीलन (Annealing - 50°-60°C): तापमान कम करने पर दो कृत्रिम रूप से संश्लेषित एकल रज्जुक ओलिगोन्यूक्लियोटाइड प्राइमर दोनों सांचे रज्जुकों के 3' सिरों से पूरक रूप से जुड़ जाते हैं।
3. विस्तार (Extension - 72°C): गर्म गंधक के झरनों में पाए जाने वाले तापस्थायी जीवाणु Thermus aquaticus से प्राप्त Taq पॉलीमरेज़ एंजाइम $Mg^{2+}$ की उपस्थिति में मुक्त dNTPs का उपयोग कर 3'-OH सिरे से नए डीएनए रज्जुक का संश्लेषण करता है।

$n$ चक्रों के बाद डीएनए अणुओं की कुल संख्या $N = N_0 imes 2^n$ होती है। 30 चक्रों में डीएनए लगभग 1 अरब गुना (10^9-fold) प्रवर्धित हो जाता है।

प्रयोगशाला की परखनली से केवल सूक्ष्म मात्रा में प्रोटीन प्राप्त होता है। औद्योगिक पैमाने पर (100 से 10,000+ लीटर) बड़े बर्तनों का उपयोग किया जाता है जिन्हें बायो-रिएक्टर (Bioreactor) कहते हैं:

• विलोडित हौज बायो-रिएक्टर (Simple Stirred-Tank): गोल पेंदी वाला बेलनाकार बर्तन ताकि कोई मृत कोना न रहे, मोटरचालित विलोडक पंखुड़ियां, जीवाणुरहित वायु का फुहारा (Sparger), झाग नियंत्रक तथा तापमान व pH नियंत्रक संवेदक होते हैं।
• स्पार्जड विलोडित हौज (Sparged Bioreactor): इसमें जीवाणुरहित वायु के बुलबुले द्रवित माध्यम में छोड़े जाते हैं जिससे ऑक्सीजन स्थानांतरण हेतु अत्यधिक पृष्ठ क्षेत्रफल उपलब्ध होता है।
• सतत संवर्धन (Continuous Culture): इसमें एक तरफ से ताजा माध्यम डाला जाता है और दूसरी तरफ से प्रयुक्त माध्यम निकाला जाता है, जिससे कोशिकाएं सदैव अपनी सर्वाधिक सक्रिय लॉग या चरघातांकी प्रावस्था में बनी रहती हैं।

अनुप्रवाह संसाधन (Downstream Processing): जैव-संश्लेषण के उपरांत उत्पाद को बाजार में भेजने योग्य बनाने हेतु पृथक्करण, रासायनिक शुद्धिकरण, परिरक्षकों का मिश्रण, कठोर गुणवत्ता नियंत्रण तथा नैदानिक परीक्षणों की समग्र श्रृंखला को अनुप्रवाह संसाधन कहते हैं।

कृषि जैव प्रौद्योगिकी आनुवंशिक रूपांतरण के द्वारा उच्च उत्पादक, अजैव प्रतिबल-सहिष्णु तथा कीट प्रतिरोधी फसलें विकसित कर रासायनिक कीटनाशकों पर निर्भरता घटाती है।

वे पौधे जिनके जीनोम में बाह्य उपयोगी जीन प्रविष्ट कराकर नए लक्षण उत्पन्न किए गए हैं, उन्हें आनुवंशिकतः रूपांतरित (GM) पौधे कहते हैं। इनके प्रमुख पांच लाभ हैं:

• अजैव प्रतिबलों (सूखा, पाला, लवणता, अत्यधिक ताप) के प्रति सहिष्णुता में वृद्धि।
• रासायनिक कीटनाशकों पर निर्भरता में भारी कमी।
• फसल कटाई के उपरांत होने वाले नुकसान एवं सड़न में कमी।
• पौधों द्वारा मृदा से खनिज अवशोषण की क्षमता में सुधार, जिससे मृदा की उर्वरता शीघ्र समाप्त नहीं होती।
• खाद्य पदार्थों के पोषण स्तर में सुधार (जैव-प्रबलीकरण या Biofortification)।

मृदा का जीवाणु Bacillus thuringiensis बीजाणु निर्माण के समय प्रोटीन के क्रिस्टल बनाता है, जिन्हें क्राई एंडोटॉक्सिन (Cry protein) कहते हैं। यह लेपिडॉप्टेरा (तंबाकू की कली का कीड़ा, बॉलवर्म), कोलियोप्टेरा (भृंग) एवं डिप्टेरा (मक्खी, मच्छर) को नष्ट करता है।

कीट की आंत्र में विष के सक्रियण के चरण:

1. जीवाणु इसे निष्क्रिय प्रोटॉक्सिन (Protoxin) के रूप में बनाता है, अतः जीवाणु स्वयं इस विष से अप्रभावित रहता है।
2. जब कीट का लार्वा ट्रांसजेनिक कपास की पत्ती या कली को खाता है, तो यह क्रिस्टलीय प्रोटॉक्सिन कीट की आंत्र में पहुंचता है।
3. कीट की मध्यांत्र का क्षारीय pH (> 9.0) इन क्रिस्टलों को घोल देता है और मध्यांत्र के प्रोटीएज एंजाइम इसे सक्रिय विषैले रूप में बदल देते हैं।
4. सक्रिय क्राई टॉक्सिन मध्यांत्र की उपकला कोशिकाओं की सतह पर मौजूद रिसेप्टर (Cadherin) से बंधकर झिल्ली में सूक्ष्म छिद्र (Pores) बना देता है।
5. छिद्र बनने से कोशिकाओं में जल का परासरणी प्रवाह होता है, कोशिकाएं फूलकर फट जाती हैं और कीट आंत्र में छेद होने तथा भुखमरी से 48-72 घंटों में मर जाता है।

विशिष्ट क्राई जीन के उदाहरण:

• cryIAc एवं cryIIAb: कपास के बॉलवर्म (Cotton bollworm) को नियंत्रित करते हैं।
• cryIAb: मक्के के तना छेदक (Corn borer) को नियंत्रित करता है।

सूत्रकृमि Meloidogyne incognita तंबाकू के पौधों की जड़ों को संक्रमित कर गांठे बना देता है, जिससे फसल का उत्पादन अत्यधिक घट जाता है। इसे रोकने के लिए आरएनए अंतःक्षेप (RNAi) तकनीक का उपयोग किया गया:

• प्राकृतिक आधार: RNAi सभी सुकेंद्रकी जीवों में पाई जाने वाली एक प्राकृतिक कोशिकीय प्रतिरक्षा प्रणाली है, जो विषाणुओं और ट्रांसपोजोन (कूदने वाले जीनों) के संक्रमण को रोकती है।
• dsRNA का निर्माण: Agrobacterium tumefaciens संवाहक का उपयोग कर सूत्रकृमि-विशिष्ट जीनों को तंबाकू के पौधे में इस प्रकार प्रविष्ट कराया गया कि पौधे में सेंस (Sense) और एंटीसेंस (Antisense) दोनों प्रकार के आरएनए का अनुलेखन हो सके।
• डाइसर एवं साइलेंसिंग: दोनों पूरक आरएनए आपस में जुड़कर द्विरज्जुक आरएनए (dsRNA) बनाते हैं। परपोषी का राइबोन्यूक्लिएज एंजाइम डाइसर (Dicer) इस dsRNA को 21-23 न्यूक्लियोटाइड के छोटे टुकड़ों siRNA में काटता है।
• RISC एवं जीन साइलेंसिंग: कोशिका का RISC (RNA-induced Silencing Complex) एंजाइम कॉम्प्लेक्स इस siRNA की सहायता से सूत्रकृमि के पूरक mRNA को पहचानकर उसे नष्ट कर देता है। फलस्वरूप आवश्यक प्रोटीन न बनने से परजीवी सूत्रकृमि जीवित नहीं रह पाता और तंबाकू का पौधा पूरी तरह सुरक्षित रहता है।

• गोल्डन राइस (Golden Rice): इंगो पोट्रिकस और पीटर बेयर द्वारा विकसित इस चावल के भ्रूणपोष में β-कैरोटीन (विटामिन-ए का अग्रदूत) संश्लेषित होता है। इसमें डैफोडिल (Narcissus pseudonarcissus) का psy जीन तथा जीवाणु Erwinia uredovora का crtI जीन डाला गया है, जो बच्चों में रतौंधी की रोकथाम करता है।
• फ्लेवर सेवर टमाटर (Flavr Savr Tomato): टमाटर की भित्ति के पेक्टिन को गलाने वाले एंजाइम पॉलीगैलेक्टोयूरोनेज (Polygalacturonase) के विरुद्ध एंटीसेंस आरएनए तकनीक का प्रयोग कर टमाटर के पकने व मुलायम होने की गति को धीमा किया गया है, जिससे इसकी भंडारण आयु बढ़ जाती है।

चिकित्सा जैव प्रौद्योगिकी ने सुरक्षित पुनःसंयोजक प्रोटीनों का उत्पादन, जन्मजात आनुवंशिक रोगों का जीन प्रतिस्थापन तथा प्रारंभिक आणविक निदान संभव बनाया है।

पूर्व में मधुमेह रोगियों के लिए इंसुलिन बूचड़खाने में मारे गए मवेशियों (गौजातीय) और सूअरों (शूकरजातीय) के अग्न्याशय से निकाला जाता था। यद्यपि यह इंसुलिन मानव इंसुलिन जैसा था, परंतु अमीनो अम्ल संरचना में थोड़े अंतर के कारण रोगियों में गंभीर एलर्जी एवं प्रतिरक्षा संबंधी प्रतिक्रियाएं उत्पन्न करता था।

प्रोइंसुलिन की आणविक संरचना: मानव अग्न्याशय में इंसुलिन एक निष्क्रिय अग्रदूत के रूप में संश्लेषित होता है जिसे प्रोइंसुलिन कहते हैं। इसमें तीन पॉलीपेप्टाइड शृंखलाएं होती हैं:

• A-शृंखला: 21 अमीनो अम्ल।
• B-शृंखला: 30 अमीनो अम्ल।
• C-पेप्टाइड (संयोजक खंड): 33 अमीनो अम्ल जो A और B शृंखला को जोड़े रखता है।

स्वाभाविक परिपक्वन के दौरान C-पेप्टाइड कटकर अलग हो जाता है। सक्रिय वयस्क मानव इंसुलिन में केवल A और B शृंखलाएं होती हैं, जो सिस्टीन अवशेषों के मध्य दो डाइसल्फाइड बंधों (-S-S-) द्वारा परस्पर जुड़ी रहती हैं।

एली लिली कंपनी का ऐतिहासिक अनुसंधान (1983): अमेरिकी दवा कंपनी Eli Lilly ने पुनःसंयोजक डीएनए तकनीक द्वारा सक्रिय इंसुलिन तैयार किया:

1. मानव इंसुलिन की A और B शृंखलाओं के संगत दो पृथक कृत्रिम डीएनए अनुक्रम तैयार किए गए।
2. इन डीएनए खंडों को प्लाज्मिड pBR322 में β-गैलेक्टोसाइडेज जीन के पीछे जोड़कर E. coli की दो अलग-अलग संस्कृतियों में प्रविष्ट कराया गया।
3. दोनों संस्कृतियों से A और B पेप्टाइड शृंखलाओं का पृथक-पृथक निष्कर्षण एवं शुद्धिकरण किया गया।
4. अंत में परखनली में रासायनिक रूप से दोनों शृंखलाओं के मध्य डाइसल्फाइड बंध स्थापित कर पूर्णतः शुद्ध, एलर्जी-मुक्त सक्रिय ह्युमुलिन का निर्माण किया गया। इसमें कोई C-पेप्टाइड नहीं होता।

किसी बच्चे या भ्रूण में पहचाने गए आनुवंशिक दोष को सुधारने हेतु सामान्य एवं क्रियाशील जीन को कोशिकाओं में प्रविष्ट कराने की नैदानिक विधि को जीन थेरेपी (Gene Therapy) कहते हैं।

प्रथम नैदानिक जीन थेरेपी (1990): डॉ. डब्ल्यू. फ्रेंच एंडरसन ने एडीनोसीन डीऐमिनेज (ADA) एंजाइम की कमी से पीड़ित 4 वर्षीय बालिका पर पहला सफल नैदानिक प्रयोग किया:

• रोग का कारण: ADA प्यूरीन उपापचय का आवश्यक एंजाइम है जो विषैले डीऑक्सीएडीनोसीन को निष्क्रिय डीऑक्सीइनोसीन में बदलता है। इस एंजाइम के अभाव में डीऑक्सीएडीनोसीन जमा होकर टी-लिम्फोसाइट्स को नष्ट कर देता है, जिससे गंभीर संयुक्त प्रतिरक्षा न्यूनता (SCID) हो जाती है।
• उपचार की प्रक्रिया:
  1. रोगी के रक्त से टी-लिम्फोसाइट्स को अलग कर प्रयोगशाला में संवर्धित किया गया।
  2. एक अहानिकर रेट्रोवाइरस संवाहक के माध्यम से सामान्य मानव ADA cDNA को लिम्फोसाइट्स में प्रविष्ट कराया गया।
  3. इन आनुवंशिक रूप से रूपांतरित सक्रिय लिम्फोसाइट्स को पुनः रोगी के शरीर में अंतःक्षेपित किया गया।
• स्थायी बनाम अस्थायी उपचार: चूंकि परिपक्व लिम्फोसाइट्स की आयु सीमित होती है, इसलिए रोगी को समय-समय पर इन रूपांतरित कोशिकाओं का आधान कराना पड़ता है। परंतु यदि प्रारंभिक भ्रूणीय अवस्था या नवजात अवस्था में अस्थिमज्जा की स्टेम कोशिकाओं (Bone marrow stem cells) में क्रियाशील ADA जीन प्रविष्ट करा दिया जाए, तो यह रोग स्थायी रूप से ठीक हो सकता है।

पारंपरिक सीरम या मूत्र परीक्षणों द्वारा रोग तब पकड़ में आता है जब रोगाणु शरीर में अत्यधिक संख्या में बढ़ चुके होते हैं। जैव प्रौद्योगिकी के आणविक साधन प्रारंभिक अवस्था में ही रोग का सटीक पता लगा लेते हैं:

• पॉलीमरेज़ श्रृंखला अभिक्रिया (PCR): रक्त में सूक्ष्म मात्रा में उपस्थित वायरल या बैक्टीरियल न्यूक्लिक अम्ल को लाखों गुना प्रवर्धित कर एड्स (HIV) के प्रारंभिक संक्रमण तथा कैंसरकारी उत्परिवर्तनों की पहचान लक्षण प्रकट होने से पहले कर लेता है।
• डीएनए प्रोब एवं ऑटोरेडियोग्राफी: रेडियोधर्मी समस्थानिक ($^{32}P$) या प्रतिदीप्त रंजक युक्त एकल रज्जुक डीएनए/आरएनए प्रोब विशिष्ट जीन से संकरण करता है। जीन में उत्परिवर्तन होने पर प्रोब पूरक रूप से नहीं जुड़ पाता और एक्स-रे फिल्म पर कोई बैंड नहीं दिखता।
• एलाइजा (ELISA): यह तकनीक विशिष्ट एंटीजन-एंटीबॉडी पारस्परिक क्रिया के सिद्धांत पर आधारित है। रोगी के नमूने में रोगाणु के एंटीजन या उसके विरुद्ध बने एंटीबॉडी की पहचान एंजाइम-सब्सट्रेट के रंग परिवर्तन द्वारा की जाती है।

पारजीवी जंतुओं का निर्माण वैज्ञानिक प्रगति का उत्कृष्ट उदाहरण है, परंतु इसके अनियंत्रित प्रसार को रोकने हेतु कड़े विधिक एवं नैतिक नियमों की आवश्यकता है।

वे जंतु जिनके डीएनए में परिचालन द्वारा एक अतिरिक्त विजातीय जीन प्रविष्ट कराया गया है और वह अभिव्यक्त हो रहा है, पारजीवी जंतु (Transgenic Animals) कहलाते हैं। प्रयोगशाला में विद्यमान 95% से अधिक पारजीवी जंतु चूहे (Mice) हैं; इनके अतिरिक्त खरगोश, सूअर, भेड़, गाय और मछलियां भी बनाई गई हैं। प्रमुख पांच अनुप्रयोग:

1. सामान्य शरीर क्रिया एवं विकास का अध्ययन: यह समझना कि विशिष्ट जीन कैसे नियंत्रित होते हैं और शरीर के सामान्य विकास को कैसे प्रभावित करते हैं (जैसे इंसुलिन-समान वृद्धि कारक या IGF की क्रिया का अध्ययन)।
2. मानव रोगों के मॉडल के रूप में उपयोग: मानव रोगों के विकास और नए इलाजों के परीक्षण हेतु विशेष मॉडल तैयार किए गए हैं—जैसे कैंसर, सिस्टिक फाइब्रोसिस, रूमेटॉइड गठिया और अल्जाइमर रोग।
3. जैविक उत्पादों का निर्माण (Biopharming): चिकित्सीय रूप से उपयोगी मानव प्रोटीनों को जंतुओं के दूध में संश्लेषित कराना:
   • मानव प्रोटीन α-1-एंटीट्रिप्सिन युक्त भेड़ का दूध, जिसका उपयोग फेफड़ों के गंभीर रोग वातस्फीति (Emphysema) के उपचार में होता है।
   • प्रथम पारजीवी गाय रोजी (Rosie - 1997): प्रथम पारजीवी गाय 'रोजी' ने मानव प्रोटीन से भरपूर दूध दिया, जिसमें प्रति लीटर 2.4 ग्राम मानव प्रोटीन था। यह दूध मानव α-लैक्टाल्ब्यूमिन से समृद्ध था और साधारण गाय के दूध की तुलना में मानव शिशुओं के लिए अधिक संतुलित और पौष्टिक आहार था।
4. टीका सुरक्षा परीक्षण (Vaccine Safety): पोलियो टीके की सुरक्षा और विषाक्तता का परीक्षण करने के लिए बंदरों के स्थान पर मानव पोलियो रिसेप्टर जीन वाले पारजीवी चूहों का उपयोग किया जाता है।
5. रासायनिक सुरक्षा एवं विषाक्तता परीक्षण: पारजीवी जंतुओं को विषैले पदार्थों के प्रति अतिसंवेदनशील बनाया जाता है, जिससे पारंपरिक विधियों की तुलना में बहुत कम समय में विषाक्तता का सटीक ज्ञान हो जाता है।

जीएम जीवों के अनियंत्रित उपयोग से पर्यावरण के खाद्य जाल में व्यवधान आ सकता है और खरपतवार-रोधी जीन जंगली प्रजातियों में स्थानांतरित होकर "सुपरवीड" बना सकते हैं।

इन खतरों के नियमन हेतु भारत सरकार के पर्यावरण, वन एवं जलवायु परिवर्तन मंत्रालय के अंतर्गत आनुवंशिक इंजीनियरिंग मूल्यांकन समिति (GEAC - Genetic Engineering Appraisal Committee) गठित की गई है। इसके दो मुख्य कार्य हैं:

• जीएम जीवों से संबंधित अनुसंधान प्रस्तावों की सुरक्षा का मूल्यांकन करना।
• जनसेवा हेतु पर्यावरण में जीएम फसलों (जैसे बीटी-कपास, बीटी-बैंगन) के व्यावसायिक उपयोग की अनुमति देना।

जैव चोरी (Biopiracy): किसी बहुराष्ट्रीय कंपनी अथवा संगठन द्वारा किसी विकासशील देश की अनुमति लिए बिना और संबंधित मूल निवासियों को उचित मुआवजा दिए बिना उनके जैविक संसाधनों और पारंपरिक ज्ञान का अनैतिक पेटेंट या व्यावसायिक दोहन करना जैव चोरी कहलाता है।

ऐतिहासिक जैव चोरी के प्रमुख मामले:

• बासमती चावल पेटेंट विवाद (1997): अमेरिकी पेटेंट कार्यालय (USPTO) ने टेक्सास की कंपनी RiceTec Inc. को 'बासमती चावल की शृंखला एवं दानों' पर पेटेंट प्रदान कर दिया। कंपनी ने दावा किया कि यह उनकी नई खोजी गई सुगंधित किस्म है। वास्तव में उन्होंने भारतीय किसानों की पारंपरिक बासमती का अमेरिकी अर्ध-बौनी किस्म से संकरण कराया था। भारत सरकार ने प्राचीन वैदिक साहित्य और सदियों के कृषि प्रमाण प्रस्तुत कर जोरदार कानूनी लड़ाई लड़ी और अमेरिका को यह विवादास्पद पेटेंट वापस लेने पर विवश किया।
• नीम (Azadirachta indica) एवं हल्दी (Curcuma longa): बहुराष्ट्रीय कंपनियों ने नीम के कवकनाशी और हल्दी के घाव भरने के औषधीय गुणों पर अमेरिकी और यूरोपीय पेटेंट प्राप्त कर लिए थे। भारतीय वैज्ञानिक एवं औद्योगिक अनुसंधान परिषद (CSIR) ने संस्कृत के प्राचीन आयुर्वेदिक ग्रंथों के प्रमाण देकर सिद्ध किया कि यह भारत का सदियों पुराना पारंपरिक ज्ञान है, जिसके फलस्वरूप दोनों पेटेंट रद्द किए गए।
• पारंपरिक ज्ञान डिजिटल पुस्तकालय (TKDL): जैव चोरी को रोकने के लिए भारत सरकार ने आयुर्वेद, यूनानी और सिद्धा चिकित्सा के पारंपरिक ज्ञान को 5 अंतरराष्ट्रीय भाषाओं में डिजिटल रूप में संकलित किया है ताकि विदेशी पेटेंट कार्यालयों द्वारा भारतीय ज्ञान का गलत पेटेंट न दिया जा सके।