जैव-प्रौद्योगिकी व उसके अनुप्रयोग — GM फसलें, जीन चिकित्सा व जैव-सुरक्षा

यह अध्याय पिछले के उपकरणों को वास्तविक उत्पादों में बदलता, व वह अधिकांशतः प्रमुख उदाहरणों का समुच्चय जिन्हें आपको नाम लेकर प्रत्येक एक पंक्ति में समझाने योग्य होना चाहिए: Bt कपास, सूत्रकृमि के विरुद्ध RNAi, गोल्डन राइस, जीवाणुओं से मानव इंसुलिन, जीन चिकित्सा, व आणविक निदान। परीक्षक का प्रिय आनुवंशिक रूप से अभियांत्रित मानव इंसुलिन कैसे बनता है — दो श्रृंखलाएँ अलग बनाकर जोड़ने की युक्ति — अतः उसे ठीक से समझें। अध्याय जैव-सुरक्षा व नैतिकता (जैव-चोरी, GEAC, पेटेंट) से समाप्त होता, जो प्रत्यक्ष स्मरण हैं। प्रत्येक अनुप्रयोग को छोटी कहानी रूप में सीखें — समस्या, आनुवंशिक समाधान, लाभ — व उत्तर स्वयं लिखे जाते।

कृषि में जैव-प्रौद्योगिकी

  • Bt कपास बैसिलस थुरिंजिएंसिस से एक जीन (cry) ले जाता जो बॉलवर्म हेतु विषैला प्रोटीन बनाता। विष निष्क्रिय प्रोविष रूप में बनता, कीट की क्षारीय आंत उसे सक्रिय करने तक हानिरहित — इसीलिए वह पीड़क मारता परंतु पादप या हमें नहीं।
  • RNA व्यतिकरण (RNAi) पादपों को सूत्रकृमियों से बचाता: द्विरज्जुक RNA बनाने वाला जीन प्रवेश कराना सूत्रकृमि का एक महत्वपूर्ण जीन मौन करता, अतः परजीवी पादप में जीवित नहीं रह सकता। यह जीन मौनन पर आधारित रक्षा है।
  • गोल्डन राइस दाने में बीटा-कैरोटीन (प्रो-विटामिन A) बनाने अभियांत्रित है, विटामिन-A न्यूनता से लड़ने। GM फसलें सामान्यतः पीड़क प्रतिरोध, बेहतर पोषण, व घटी फसलोत्तर हानि लक्षित करती।
🎯 Bt विष पीड़क क्यों मारता परंतु पादप व हमारे लिए सुरक्षित
यह चिंताजनक लगता कि पादप को अपने ऊतक में कीट विष बनाने बनाया जाता — निश्चय ही वह पादप को, या खाने पर हमें, हानि पहुँचाएगा? सुंदर सुरक्षा युक्ति यह कि विष अपने सक्रिय रूप में नहीं बनता। cry जीन विष को निष्क्रिय प्रोविष रूप में बनाता, एक क्रिस्टल प्रोटीन जो स्वयं कुछ नहीं करता। वह केवल लक्ष्य कीट की आंत में साथ पाई दो विशिष्ट स्थितियों के अंतर्गत सक्रिय होता: उच्च (क्षारीय) pH व विशिष्ट आंत एंज़ाइम। जब बॉलवर्म पादप खाता, उसकी क्षारीय मध्यांत्र प्रोविष को सक्रिय विष में बदलती, जो फिर कीट की आंत परत से बँधता व उसे मारता। पादप की अपनी कोशिकाएँ इस प्रकार क्षारीय नहीं, अतः प्रोविष हानिरहित बैठा रहता; व मानव आमाशय प्रबल रूप से अम्लीय, क्षारीय नहीं, अतः हम प्रोटीन को उसे कभी सक्रिय किए बिना साधारण भोजन रूप में पचाते। यह सशर्त सक्रियण ही पूरा कारण कि Bt फसलें वरणात्मक व सुरक्षित मानी जातीं: विष केवल विशिष्ट पीड़क के भीतर विष बनता। जब प्रश्न पूछे Bt प्रोटीन पादप को हानि क्यों नहीं पहुँचाता, उत्तर यह कि वह कीट की क्षारीय आंत उसे चालू करने तक निष्क्रिय प्रोविष रहता।

चिकित्सा में जैव-प्रौद्योगिकी

  • आनुवंशिक रूप से अभियांत्रित इंसुलिन (ह्यूमुलिन): मानव इंसुलिन की दो श्रृंखलाएँ, A व B, डाइसल्फाइड सेतुओं से जुड़ी। अभियांत्रित संस्करण दो श्रृंखलाएँ ई. कोलाई में अलग बनाकर, फिर उन्हें रासायनिक रूप से जोड़कर बनता — प्राकृतिक प्रो-इंसुलिन के अतिरिक्त C-पेप्टाइड से बचते।
  • जीन चिकित्सा रोगी की कोशिकाओं में सही जीन पहुँचाकर आनुवंशिक विकार का उपचार करती। पहले प्रकरण ने ADA न्यूनता (एडेनोसीन डीएमिनेज़, गंभीर प्रतिरक्षा विकार) का उपचार किया — परंतु चूँकि सुधारित कोशिकाएँ स्थायी नहीं थीं, उपचार दोहराना पड़ा।
  • आणविक निदान रोग जल्दी पहचानते, लक्षणों से पूर्व: PCR रोगजनक के अल्प न्यूक्लिक अम्ल को प्रवर्धित करता; ELISA प्रतिजन या प्रतिरक्षी पहचानता। दोनों संक्रमण उन स्तरों पर पाते जो पुरानी विधियों हेतु अति निम्न।
⚠️ अभियांत्रित इंसुलिन: पूरी युक्ति दो श्रृंखलाएँ अलग बनाना है
यह पूरे जैव-प्रौद्योगिकी खंड में सर्वाधिक विश्वसनीय रूप से पूछा विवरण है, व यह ठीक जानने पर प्रतिफल देता कि कठिनाई क्या थी व वह कैसे हल हुई। मानव इंसुलिन दो श्रृंखलाओं, A व B, का छोटा प्रोटीन है, डाइसल्फाइड बंधों से साथ रखी। शरीर में वह पहले एकल लंबी श्रृंखला, प्रो-इंसुलिन, रूप में बनता, जिसमें C-पेप्टाइड नामक अतिरिक्त खंड सम्मिलित; यह C-पेप्टाइड बाद में हटाया जाता ताकि परिपक्व, सक्रिय इंसुलिन मिले। जैव-प्रौद्योगिकीविदों की समस्या यह कि जीवाणुओं में केवल प्रो-इंसुलिन बनाना C-पेप्टाइड यथास्थान छोड़ेगा, निष्क्रिय रूप देते। 1983 में कंपनी एली लिली द्वारा उपयोग समाधान सुघड़ था: उन्होंने दो श्रृंखलाएँ (A व B) अलग तैयार कीं, प्रत्येक अपने DNA अनुक्रम से ई. कोलाई में, व फिर उन्हें उनके डाइसल्फाइड बंधों से रासायनिक रूप से जोड़ा ताकि तैयार इंसुलिन बने — C-पेप्टाइड समस्या पूर्णतः टालते। अतः परीक्षा-योग्य बिंदु अलग-श्रृंखलाएँ-फिर-जोड़ो रणनीति है, व जाल उत्तर यह कि अभियांत्रित इंसुलिन प्राकृतिक की भाँति एकल प्रो-इंसुलिन श्रृंखला रूप में बनता। वह नहीं है; पूरा नवाचार दो परिपक्व श्रृंखलाएँ अलग बनाना व उन्हें साथ सिलना था।

जैव-सुरक्षा व नैतिकता

  • जैव-चोरी किसी देश के जैव-संसाधनों व पारंपरिक ज्ञान का अन्यों (प्रायः कंपनियों) द्वारा बिना प्राधिकार या उचित भुगतान उपयोग है। हल्दी, नीम व बासमती पर पेटेंटों को भारत की चुनौतियाँ मानक उदाहरण।
  • भारत में GEAC (आनुवंशिक अभियांत्रिकी मूल्यांकन समिति) GM अनुसंधान व सार्वजनिक उपयोग हेतु GM जीव छोड़ने की सुरक्षा अनुमोदित करती। नैतिक चिंताओं में जीवन रूप पेटेंट करना, व GM भोजन की सुरक्षा व लेबलिंग सम्मिलित।
ℹ️ जैव-चोरी वास्तविक समस्या क्यों, केवल कागज़ी कार्रवाई नहीं
जैव-चोरी शुष्क विधिक प्रकरण लग सकती, परंतु अंतर्निहित मुद्दा वास्तविक अन्याय है जिसे परीक्षा समझाना चाहती। सदियों से, समुदायों ने — विशेषकर भारत जैसे जैव-विविधता-समृद्ध देशों में — विकसित किया कि कौन-से पादप उपचार, पोषण या फसल रक्षा करते। यह ज्ञान, व जिन जीवों से संबंधित, साझा विरासत हैं। जैव-चोरी तब जब अन्यत्र की कंपनी वह संसाधन या ज्ञान लेती, पेटेंट करती, व फिर उससे लाभ का अनन्य अधिकार दावा करती — कभी मूल समुदाय से भी शुल्क लेते जो उन्होंने खोजा उसका उपयोग करने। चिरसम्मत भारतीय प्रकरण पैटर्न दिखाते: विदेश में पेटेंट दिए गए हल्दी के घाव-भरने उपयोग, नीम के कीटनाशी गुणों, व बासमती चावल पर, सभी भारत में लंबे समय से ज्ञात, व भारत को उन्हें पलटाने लड़ना पड़ा। अध्याय का व्यापक बिंदु यह कि जैव-प्रौद्योगिकी इतनी शक्तिशाली कि साझा जैविक विरासत को निजी संपत्ति में बदल सके, अतः अनुचित शोषण रोकने व संसाधन देने वाले देशों तथा समुदायों को लाभ में हिस्सा सुनिश्चित करने कानून व निकाय हैं। परीक्षा में, "जैव-चोरी" को जैव-संसाधनों या पारंपरिक ज्ञान का अनधिकृत उपयोग बिना उचित लाभ-साझाकरण का विचार प्रेरित करना चाहिए, हल्दी, नीम व बासमती से चित्रित।

मुख्य बिंदु

  • Bt कपास cry जीन से निष्क्रिय प्रोविष बनाता; कीट की क्षारीय आंत उसे सक्रिय करती, अतः वह पीड़क मारता परंतु पादप/हमें नहीं।
  • RNAi द्विरज्जुक RNA द्वारा सूत्रकृमि का एक महत्वपूर्ण जीन मौन करता — जीन-मौनन रक्षा।
  • गोल्डन राइस विटामिन-A न्यूनता से लड़ने दाने में बीटा-कैरोटीन (प्रो-विटामिन A) बनाता।
  • अभियांत्रित इंसुलिन: A व B श्रृंखलाएँ ई. कोलाई में अलग बनतीं, फिर रासायनिक रूप से जुड़तीं (कोई C-पेप्टाइड समस्या नहीं)।
  • जीन चिकित्सा रोगी की कोशिकाओं में सही जीन पहुँचाती; पहले प्रकरण ने ADA न्यूनता का उपचार किया।
  • आणविक निदान: PCR रोगजनक न्यूक्लिक अम्ल प्रवर्धित करता, ELISA प्रतिजन/प्रतिरक्षी पहचानता — दोनों रोग जल्दी पाते।
  • जैव-चोरी = जैव-संसाधनों / पारंपरिक ज्ञान का अनधिकृत उपयोग (हल्दी, नीम, बासमती भारतीय उदाहरण)।
  • भारत में GEAC GM अनुसंधान व GM जीवों के सुरक्षित छोड़ने को अनुमोदित करती।

अभ्यास प्रश्न (8)

उत्तर खोलने से पहले प्रत्येक प्रश्न हल करें। हर व्याख्या सही विकल्प के साथ लुभावना गलत विकल्प भी बताती है, क्योंकि अंक वहीं जाते हैं।

  1. Bt कपास में बना Bt विष स्वयं पादप को हानि नहीं पहुँचाता क्योंकि वह है:

    1. निष्क्रिय प्रोविष, केवल कीट की क्षारीय आंत में सक्रिय
    2. केवल रात में बनता
    3. क्रिया से पूर्व सूर्यप्रकाश से नष्ट
    4. जड़ों तक सीमित
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — निष्क्रिय प्रोविष, केवल कीट की क्षारीय आंत में सक्रिय

    cry जीन निष्क्रिय प्रोविष बनाता जो केवल भोजन करते कीट की क्षारीय मध्यांत्र में विषैला होता, अतः वह पादप को व, हमारे अम्लीय आमाशय को देखते, हमें भी बचाता। अन्य विकल्प ऐसी क्रियाविधियाँ गढ़ते जो Bt वरणात्मकता का ढंग नहीं।

  2. आनुवंशिक रूप से अभियांत्रित मानव इंसुलिन (ह्यूमुलिन) किससे बनता है?

    1. A व B श्रृंखलाएँ ई. कोलाई में अलग बनाकर फिर उन्हें जोड़कर
    2. उसे सीधे मानव रुधिर से निकालकर
    3. जीवाणुओं में उसके C-पेप्टाइड सहित अखंड प्रो-इंसुलिन बनाकर
    4. बिना किसी कोशिका के उसे रासायनिक रूप से संश्लेषित करके
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — A व B श्रृंखलाएँ ई. कोलाई में अलग बनाकर फिर उन्हें जोड़कर

    दो श्रृंखलाएँ ई. कोलाई में अलग बनतीं व फिर डाइसल्फाइड बंधों से जुड़तीं, प्राकृतिक प्रो-इंसुलिन के C-पेप्टाइड से बचते। अखंड प्रो-इंसुलिन बनाना C-पेप्टाइड यथास्थान छोड़ेगा व निष्क्रिय रूप देगा, ठीक वह समस्या जिसे अलग-श्रृंखला विधि हल करती है।

  3. गोल्डन राइस को आनुवंशिक रूप से किससे समृद्ध होने अभियांत्रित किया गया है?

    1. बीटा-कैरोटीन (प्रो-विटामिन A)
    2. विटामिन C
    3. केवल लोहा
    4. केवल प्रोटीन
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — बीटा-कैरोटीन (प्रो-विटामिन A)

    गोल्डन राइस बीटा-कैरोटीन बनाता, विटामिन A का पूर्वगामी, चावल पर निर्भर जनसंख्याओं में विटामिन-A न्यूनता संबोधित करने। वह विटामिन C या प्रोटीन हेतु अभियांत्रित नहीं, अतः वे विकल्प गलत लक्ष्य पोषक नाम लेते हैं।

  4. जीन चिकित्सा का पहला नैदानिक उपयोग किसकी न्यूनता वाले रोगी हेतु था?

    1. एडेनोसीन डीएमिनेज़ (ADA)
    2. इंसुलिन
    3. हीमोग्लोबिन
    4. थायरॉक्सिन
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — एडेनोसीन डीएमिनेज़ (ADA)

    पहली जीन चिकित्सा ने ADA न्यूनता, गंभीर प्रतिरक्षा विकार, को रोगी की कोशिकाओं में क्रियाशील ADA जीन प्रवेश कराकर लक्ष्य किया। इंसुलिन व थायरॉक्सिन न्यूनताएँ हार्मोन देकर प्रबंधित होतीं, इस आरंभिक जीन-चिकित्सा प्रकरण से नहीं।

  5. RNA व्यतिकरण (RNAi) तंबाकू पादपों को सूत्रकृमि से किससे बचाने उपयोग होता है?

    1. द्विरज्जुक RNA से सूत्रकृमि का एक महत्वपूर्ण जीन मौन करके
    2. जड़ों के आसपास मृदा विषाक्त करके
    3. पादप को सूत्रकृमि से तेज़ बढ़ाकर
    4. सूत्रकृमि के परभक्षी आकर्षित करके
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — द्विरज्जुक RNA से सूत्रकृमि का एक महत्वपूर्ण जीन मौन करके

    पादप द्विरज्जुक RNA बनाने अभियांत्रित किया जाता जो सूत्रकृमि हेतु आवश्यक जीन मौन करता, अतः परजीवी उसमें जीवित नहीं रह सकता — जीन मौनन, विषाक्तता या वृद्धि प्रतिस्पर्धा नहीं। अन्य विकल्प ऐसी क्रियाविधियाँ वर्णित करते जो RNAi उपयोग नहीं करता।

  6. हल्दी, नीम व बासमती पर विदेशी पेटेंटों को भारत की चुनौतियाँ किसके प्रतिरोध के चिरसम्मत उदाहरण हैं?

    1. जैव-चोरी
    2. जीन चिकित्सा
    3. अंतर्वेशी निष्क्रियण
    4. किण्वन
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — जैव-चोरी

    लंबे समय से ज्ञात भारतीय जैव-संसाधनों व पारंपरिक ज्ञान को बिना प्राधिकार या लाभ-साझाकरण पेटेंट करना जैव-चोरी है, जिसका इन प्रकरणों ने प्रतिरोध किया। जीन चिकित्सा, अंतर्वेशी निष्क्रियण व किण्वन असंबंधित तकनीकें हैं, दांव पर लगा नैतिक मुद्दा नहीं।

  7. भारत में आनुवंशिक रूप से रूपांतरित अनुसंधान व GM जीवों के छोड़ने को अनुमोदित करने वाला निकाय है:

    1. GEAC (आनुवंशिक अभियांत्रिकी मूल्यांकन समिति)
    2. ICMR
    3. ISRO
    4. RBI
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — GEAC (आनुवंशिक अभियांत्रिकी मूल्यांकन समिति)

    GEAC GM अनुसंधान प्रस्तावों व सार्वजनिक उपयोग हेतु GM जीव छोड़ने की सुरक्षा का मूल्यांकन करती। ICMR, ISRO व RBI क्रमशः चिकित्सा अनुसंधान, अंतरिक्ष व बैंकिंग नियंत्रित करते, अतः इनमें कोई GM जैव-सुरक्षा नहीं देखता।

  8. PCR जैसी आणविक निदान विधियाँ मूल्यवान हैं क्योंकि वे रोगजनक पहचान सकती:

    1. बहुत जल्दी, तब भी जब अत्यंत निम्न मात्रा में उपस्थित
    2. केवल गंभीर लक्षण प्रकट होने के पश्चात्
    3. केवल मृत ऊतक में
    4. बिना कोई न्यूक्लिक अम्ल उपस्थित
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — बहुत जल्दी, तब भी जब अत्यंत निम्न मात्रा में उपस्थित

    PCR रोगजनक के न्यूक्लिक अम्ल की अल्प मात्रा भी प्रवर्धित करता, अतः संक्रमण बहुत जल्दी पहचाना जा सकता, लक्षणों से पूर्व व पुरानी विधियों के देखने से बहुत पहले। उसे प्रवर्धित करने न्यूक्लिक अम्ल चाहिए, अतः "बिना कोई न्यूक्लिक अम्ल" विकल्प PCR के कार्य ढंग का खंडन करता है।