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जैव प्रौद्योगिकी (Biotechnology)

जैव प्रौद्योगिकी (Biotechnology) जीवों के जीवित एंजाइमों का उपयोग करके मनुष्यों के लिए उपयोगी उत्पादों और प्रक्रियाओं का उत्पादन करने की तकनीकों से संबंधित है। मुख्य रूप से दही, ब्रेड या वाइन बनाना, जो सभी सूक्ष्म जीव-मध्यस्थ प्रक्रियाएं हैं, को भी जैव प्रौद्योगिकी का एक रूप माना जा सकता है। हालाँकि, ये आनुवंशिक रूप से संशोधित जीवों का उपयोग करती हैं। इस महत्वपूर्ण प्रक्रिया को पुनः संयोजक डीएनए प्रौद्योगिकी (Recombinant DNA technology) या आनुवंशिक इंजीनियरिंग (Genetic Engineering) कहा जाता है। इस प्रक्रिया में विदेशी डीएनए को मेजबान जीवों में अलग करने के लिए प्रतिबंध एंडोन्यूक्लाइजेस (Restriction Endonuclease), डीएनए लिगेज (DNA ligase), उपयुक्त प्लास्मिड (Appropriate Plasmid) या वायरल वैक्टर (Viral Vectors) का उपयोग, विदेशी जीन की अभिव्यक्ति (expressions), जीन उत्पाद की शुद्धि, यानी कार्यात्मक प्रोटीन और अंत में एक उपयुक्त विपणन के लिए सूत्रीकरण बनाना शामिल है।

जैव प्रौद्योगिकी : एक नज़र में

·       पुनः संयोजक डीएनए तकनीक ने सूक्ष्म जीवों, पौधों और जानवरों को इस तरह से इंजीनियर करना संभव बना दिया है कि उनमें नई क्षमताएं हों

·       आनुवंशिक रूप से संशोधित जीवों को एक या एक से अधिक जीन को एक जीव से दूसरे जीव में स्थानांतरित करने के लिए प्राकृतिक तरीकों के अलावा अन्य तरीकों का उपयोग करके बनाया गया है, आमतौर पर पुनः संयोजक डीएनए तकनीक जैसी तकनीकों का उपयोग करके।

·       जीएम पौधे फसल की पैदावार बढ़ाने, कटाई के बाद के नुकसान को कम करने और फसलों को तनाव के प्रति अधिक सहिष्णु बनाने में उपयोगी रहे हैं।

·       खाद्य पदार्थों के बेहतर पोषण मूल्य के साथ कई जीएम फसल पौधे हैं और रासायनिक कीटनाशकों (कीट प्रतिरोधी फसलों) पर निर्भरता कम हो गई है।

·       पुनः संयोजक डीएनए तकनीकी प्रक्रियाओं ने सुरक्षित और अधिक प्रभावी चिकित्सा विज्ञान के बड़े पैमाने पर उत्पादन को सक्षम करके स्वास्थ्य सेवा के क्षेत्र में अत्यधिक प्रभाव डाला है।

·       चूंकि रिकॉम्बिनेंट थैरेप्यूटिक्स मानव प्रोटीन के समान हैं, वे अवांछित प्रतिरक्षाविज्ञानी प्रतिक्रियाओं को प्रेरित नहीं करते हैं और संक्रमण के जोखिम से मुक्त होते हैं जैसा कि गैर-मानव स्रोतों से पृथक समान उत्पादों के मामले में देखा गया था। मानव इंसुलिन बैक्टीरिया में बनता है, फिर भी इसकी संरचना प्राकृतिक अणु के समान होती है।

·       ट्रांसजेनिक जानवरों का उपयोग यह समझने के लिए भी किया जाता है कि कैसे जीन मानव रोगों, जैसे कैंसर, सिस्टिक फाइब्रोसिस, रुमेटीइड गठिया और अल्जाइमर के लिए मॉडल के रूप में सेवा करके किसी बीमारी के विकास में योगदान करते हैं।

·       जीन थेरेपी एक व्यक्ति की कोशिकाओं और ऊतकों में विशेष रूप से वंशानुगत बीमारियों के इलाज के लिए जीन का सम्मिलन है। यह एक दोषपूर्ण उत्परिवर्ती एलील को एक कार्यात्मक या जीन लक्ष्यीकरण के साथ बदलकर ऐसा करता है जिसमें जीन प्रवर्धन शामिल होता है।

जैव प्र्द्ध्योगिकी के प्रकार

बायोटेक रेनबो

बीटी के इस चहुमुखी विकास को ही कभी कभी बायोतेक रेनबो भी कह दिया जाता हैं

आनुवंशिक अभियांत्रिकी (Genetic Engineering)

जनन विज्ञान अभियांत्रिकी या जेनेटिक इंजीनियरिंग में आनुवंशिक सामग्री (डीएनए और आरएनए) के रसायन विज्ञान को बदलने की तकनीक शामिल है और इस प्रकार समूह (Host) जीव के फेनोटाइप को बदल देता है। अलैंगिक प्रजनन (Asexual Reproduction) आनुवंशिक जानकारी को संरक्षित करता है, जबकि यौन प्रजनन (Sexual Reproduction) भिन्नता की अनुमति देता है। पौधों और पशुओं के प्रजनन में उपयोग की जाने वाली पारंपरिक संकरण प्रक्रियाएं, अक्सर वांछित जीन (Gene) के साथ अवांछनीय जीनों (Genes) को शामिल करने और प्रजनन (Multiplication) करने की ओर ले जाती हैं। इसमें पुनः संयोजक डीएनए का निर्माण, जीन क्लोनिंग और जीन स्थानांतरण का उपयोग शामिल है, इस सीमा को पार करती है और हमें लक्षित जीव में अवांछित जीन को शामिल किए बिना केवल एक या वांछनीय जीन के एक सेट को अलग करने और पेश करने की अनुमति देती है।

प्रतिरूपण (Cloning)

क्लोनिंग एक तकनीक है जिसका उपयोग वैज्ञानिक जीवित प्राणी (living thing) की सटीक आनुवंशिक प्रतियां बनाने के लिए करते हैं। जीन, कोशिकाएं, ऊतक और यहां तक ​​कि पूरे जानवर सभी का प्रतिरूप (Clone) बनाया जा सकता है। मनुष्यों में, समान जुड़वा प्रतिरूप के समान होते हैं। वे लगभग एक ही जीन साझा करते हैं। जब एक निषेचित अंडा दो भागों में विभाजित हो जाता है तो समान जुड़वा पैदा होते हैं।

लेकिन, जब यह प्राप्तकर्ता के जीनोम (Genome) में एकीकृत हो जाता है, तो यह कई गुना हो सकता है और युग्म (Host) डीएनए के साथ विरासत (inherited) में मिला हो सकता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि डीएनए का एलियन अंश (piece) एक क्रोमोसोम (chromosome) का हिस्सा बन गया है, जो दोहराने की क्षमता रखता है। एक गुणसूत्र में एक विशिष्ट डीएनए अनुक्रम होता है जिसे प्रतिकृति की उत्पत्ति कहा जाता है, जो प्रतिकृति शुरू करने के लिए जिम्मेदार होता है। इस प्रकार, एक विदेशी डीएनए प्रतिकृति की उत्पत्ति से जुड़ा हुआ है, ताकि, डीएनए का यह विदेशी टुकड़ा मेजबान जीव में खुद को दोहरा सके और गुणा कर सके। इसे क्लोनिंग या किसी टेम्प्लेट डीएनए की कई समान प्रतियां बनाना भी कहा जा सकता है।

डीएनए जो किसी तरह एक बाह्य जीव (Alien Organism) में स्थानांतरित हो जाता है, जीव की संतान कोशिकाओं में स्वयं को प्रजनन (Multiply) करने में सक्षम नहीं होगा। लेकिन, जब यह प्राप्तकर्ता के जीनोम में एकीकृत हो जाता है, तो यह कई गुना हो सकता है और मेजबान डीएनए के साथ विरासत में मिला हो सकता है। किसी जीव में डीएनए के किसी भी बाह्य अंश के गुणन के लिए इसे एक गुणसूत्र (ओं) का हिस्सा होना चाहिए, जिसमें एक विशिष्ट अनुक्रम होता है जिसे ‘प्रतिकृति की उत्पत्ति’ के रूप में जाना जाता है।

इस प्रकार, एक बाह्य डीएनए प्रतिकृति की उत्पत्ति से जुड़ा हुआ है, ताकि, डीएनए का यह बाह्य अंश समूह जीव में खुद को दोहरा सके और गुणा कर सके। इसे क्लोनिंग या किसी टेम्प्लेट डीएनए की कई समान प्रतियां बनाना भी कहा जा सकता है।

स्कॉटलैंड के एडिनबर्ग में रोसलिन इंस्टीट्यूट में इयान विल्मुट और उनके सहयोगियों द्वारा पहली बार किसी जानवर की क्लोनिंग सफलतापूर्वक की गई थी। उन्होंने डॉली नाम की भेड़ का सफलतापूर्वक क्लोन बनाया। डॉली का जन्म 1996 में हुआ था और वह क्लोन होने वाली पहली स्तनपायी थीं। डॉली फिन डोरसेट भेड़ का एक स्वस्थ क्लोन था और उसने सामान्य यौन माध्यमों से अपनी कई संतानें पैदा कीं। डॉली के बाद से, क्लोन स्तनधारियों के उत्पादन के लिए कई प्रयास किए गए हैं। हालांकि, कई जन्म से पहले मर जाते हैं या जन्म के तुरंत बाद मर जाते हैं। क्लोन किए गए जानवर कई बार गंभीर असामान्यताओं के साथ पैदा होते पाए जाते हैं।

पुनः संयोजक डीएनए (आरडीएनए) [Recombinant DNA (rDNA)]

पुनः संयोजक डीएनए (आरडीएनए) अणु डीएनए अणु होते हैं जो आनुवंशिक पुनर्संयोजन (जैसे आणविक क्लोनिंग) की प्रयोगशाला विधियों द्वारा कई स्रोतों से आनुवंशिक सामग्री को एक साथ लाने के लिए बनाए जाते हैं, ऐसे अनुक्रम बनाते हैं जो अन्यथा जीनोम में नहीं पाए जाते। पुनः संयोजक डीएनए संभव है क्योंकि सभी जीवों के डीएनए अणु समान रासायनिक संरचना साझा करते हैं। वे समान समग्र संरचना के भीतर केवल न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम में भिन्न होते हैं। ज्यादातर मामलों में, पुनः संयोजक डीएनए वाले जीवों में स्पष्ट रूप से सामान्य फेनोटाइप होते हैं। अर्थात्, उनका रूप, व्यवहार और चयापचय आमतौर पर अपरिवर्तित रहता है।

तथाकथित ‘आणविक कैंची’ – प्रतिबंध एंजाइम की खोज के साथ विशिष्ट स्थानों पर डीएनए की कटाई संभव हो गई। प्रतिबंध एंजाइम न्यूक्लियस नामक एंजाइमों के एक बड़े वर्ग से संबंधित हैं। ये दो प्रकार के होते हैं; एक्सोन्यूक्लिअस और एंडोन्यूक्लिअस। एक्सोन्यूक्लिअस डीएनए के सिरों से न्यूक्लियोटाइड को हटाते हैं जबकि एंडोन्यूक्लिअस डीएनए के भीतर विशिष्ट स्थिति में कटौती करते हैं। डीएनए के कटे हुए अंश को तब प्लास्मिड डीएनए से जोड़ा गया था। ये प्लास्मिड डीएनए इससे जुड़े डीएनए के अंश को स्थानांतरित करने के लिए वैक्टर के रूप में कार्य करते हैं। एक प्लास्मिड को डीएनए के एक बाह्य अंश को समूह जीव में पहुंचाने के लिए वेक्टर के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। प्लास्मिड वेक्टर के साथ एंटीबायोटिक प्रतिरोध जीन को जोड़ना एंजाइम डीएनए लिगेज के साथ संभव हो गया, जो कटे हुए डीएनए अणुओं पर कार्य करता है और उनके सिरों को जोड़ता है। यह इन विट्रो में निर्मित वृत्ताकार स्वायत्त रूप से प्रतिकृति डीएनए का एक नया संयोजन बनाता है और इसे पुनः संयोजक डीएनए के रूप में जाना जाता है।

जब इस डीएनए को एस्चेरिचिया कोलाई (Escherichia coli) में स्थानांतरित किया जाता है, जो साल्मोनेला (Salmonella) से निकटता से संबंधित एक जीवाणु है, तो यह नए समूह के डीएनए पोलीमरेज़ एंजाइम का उपयोग करके दोहरा सकता है और कई प्रतियां बना सकता है। ई. कोलाई में एंटीबायोटिक प्रतिरोध जीन की प्रतियों को प्रजनन करने की क्षमता को ई. कोलाई में एंटीबायोटिक प्रतिरोध जीन की क्लोनिंग कहा जाता है।

rDNA के अनुप्रयोग (Applications of rDNA Technology)

पुनः संयोजक डीएनए (आरडीएनए) का व्यापक रूप से जैव प्रौद्योगिकी, चिकित्सा और अनुसंधान में उपयोग किया जाता है। पुनः संयोजक डीएनए का उपयोग जीन की पहचान, मानचित्र और अनुक्रम करने और उनके कार्य को निर्धारित करने के लिए किया जाता है। पुनः संयोजक डीएनए का उत्पादन करने के लिए प्रयोग किया जाता है- पुनः संयोजक मानव इंसुलिन, पुनः संयोजक मानव विकास हार्मोन, पुनः संयोजक रक्त का थक्का जमना कारक VIII, पुनः संयोजक हेपेटाइटिस बी टीका, कीट प्रतिरोधी फसलें आदि।

सक्षम मेजबान – मेजबान कोशिकाओं में विदेशी डीएनए को प्रेरित करने के तरीके (Competent Host – Methods to Induce Alien DNA into Host Cells)

चूंकि डीएनए एक हाइड्रोफिलिक अणु है, यह कोशिका झिल्ली से नहीं गुजर सकता है। बैक्टीरिया को प्लास्मिड लेने के लिए मजबूर करने के लिए, बैक्टीरिया कोशिकाओं को पहले डीएनए लेने के लिए ‘सक्षम’ बनाया जाना चाहिए। पुनः संयोजक डीएनए को बर्फ पर पुनः संयोजक डीएनए के साथ कोशिकाओं को इनक्यूबेट करके ऐसी कोशिकाओं में मजबूर किया जा सकता है, इसके बाद उन्हें 42⁰C (हीट शॉक) पर रखा जा सकता है, और फिर उन्हें वापस बर्फ पर रखा जा सकता है। यह बैक्टीरिया को पुनः संयोजक डीएनए लेने में सक्षम बनाता है। समूह कोशिकाओं में बाह्य डीएनए को पेश करने का यह एकमात्र तरीका नहीं है। सूक्ष्म इंजेक्शन के रूप में जानी जाने वाली विधि में, पुनः संयोजक डीएनए को सीधे एक पशु कोशिका के केंद्रक में अंतःक्षिप्त किया जाता है।

सूक्ष्म इंजेक्शन के रूप में जानी जाने वाली विधि में, पुनः संयोजक डीएनए को सीधे एक पशु कोशिका के केंद्रक में अंतःक्षिप्त (Inject) किया जाता है। एक अन्य विधि में, पौधों के लिए उपयुक्त, कोशिकाओं पर बायोलिस्टिक्स (Biolistics) या जीन गन (Gene Gun) नामक विधि में डीएनए के साथ लेपित सोने या टंगस्टन के उच्च वेग सूक्ष्म कणों के साथ बमबारी की जाती है। और अंतिम विधि ‘निषेध रोगज़नक़’ (disarmed pathogen) वैक्टर का उपयोग करती है, जो जब कोशिका को संक्रमित करने की अनुमति देती है, तो पुनः संयोजक डीएनए को मेजबान में स्थानांतरित कर देती है।

जैव प्रौद्योगिकी और इसके अनुप्रयोग (Biotechnology And Its Applications)

जैव प्रौद्योगिकी अनिवार्य रूप से आनुवंशिक रूप से संशोधित रोगाणुओं, कवक, पौधों और जानवरों का उपयोग करके बायोफर्मासिटिकल और जैविक के औद्योगिक पैमाने पर उत्पादन से संबंधित है। इसमें चिकित्सा विज्ञान, निदान, कृषि के लिए आनुवंशिक रूप से संशोधित फसलें, प्रसंस्कृत भोजन, जैव उपचार, अपशिष्ट उपचार और ऊर्जा उत्पादन शामिल हैं।

कृषि में जैव प्रौद्योगिकी अनुप्रयोग (Biotechnological applications in agriculture)

खाद्य उत्पादन बढ़ाने के 3 प्रमुख अवयवों में कृषि-रसायन आधारित कृषि; कार्बनिक कृषि; तथा आनुवंशिक रूप से इंजीनियर फसल आधारित कृषि है। आनुवंशिक रूप से संशोधित जीव (जीएमओ) कहलाते हैं। जीएम पौधे कई तरह से उपयोगी रहे हैं। आनुवंशिक संशोधन में है:

·       फसलों को अजैविक दबावों (ठंड, सूखा, गर्मी) के प्रति अधिक उदार बनाया।

·       रासायनिक कीटनाशकों (कीट प्रतिरोधी फसलों) पर कम निर्भरता।

·       फसल कटाई के बाद के नुकसान को कम करने में मदद की।

·       पौधों द्वारा खनिज उपयोग की दक्षता में वृद्धि (यह मिट्टी की उर्वरता की शीघ्र समाप्ति को रोकता है)।

·       भोजन के पोषण मूल्य में वृद्धि, उदाहरण के लिए, विटामिन ‘ए’ समृद्ध चावल।

इन उपयोगों के अलावा, जीएम का उपयोग स्टार्च, ईंधन और फार्मास्यूटिकल्स के रूप में उद्योगों को वैकल्पिक संसाधनों की आपूर्ति करने के लिए दर्जी संयंत्र बनाने के लिए किया गया है। बीटी टॉक्सिन बैसिलस थुरिंगिनेसिस (बीटी फॉर शॉर्ट) नामक जीवाणु द्वारा निर्मित होता है। बैसिलस थुरिंजिनेसिस के कुछ उपभेद प्रोटीन उत्पन्न करते हैं जो कुछ कीड़ों को मारते हैं जैसे कि तम्बाकू बडवर्म, आर्मीवर्म, बीटल और डिप्टेरान मक्खियाँ, मच्छर। बीटी टॉक्सिन जीन को बैक्टीरिया से क्लोन किया गया है और कीटनाशकों की आवश्यकता के बिना कीड़ों को प्रतिरोध प्रदान करने के लिए पौधों में एक जैव कीटनाशक बनाया।

चिकित्सा में जैव प्रौद्योगिकी अनुप्रयोग (Biotechnological applications in medicine)

पुनः संयोजक डीएनए तकनीकी प्रक्रियाओं ने सुरक्षित और अधिक प्रभावी चिकित्सीय दवाओं के बड़े पैमाने पर उत्पादन को सक्षम करके स्वास्थ्य सेवा के क्षेत्र में अत्यधिक प्रभाव डाला है। इसके अलावा, पुनः संयोजक चिकित्सा विज्ञान अवांछित प्रतिरक्षाविज्ञानी प्रतिक्रियाओं को प्रेरित नहीं करता है। वर्तमान में, दुनिया भर में मानव-उपयोग के लिए लगभग 30 पुनः संयोजक चिकित्सा विज्ञान को मंजूरी दी गई है। भारत में वर्तमान में इनमें से 12 का विपणन किया जा रहा है।

आनुवंशिक रूप से इंजीनियर इंसुलिन (Genetically Engineered Insulin)

मधुमेह मेलिटस टाइप 2 – (गैर-इंसुलिन-निर्भर मधुमेह मेलिटस (NIDDM) या वयस्कता में शुरु होने वाला मधुमेह) का प्रबंधन नियमित समय अंतराल पर इंसुलिन लेने से संभव है। मधुमेह के लिए इस्तेमाल होने वाले इंसुलिन को पहले मारे गए मवेशियों और सूअरों के अग्न्याशय से निकाला जाता था। एक पशु स्रोत से इंसुलिन, हालांकि कुछ रोगियों को विदेशी प्रोटीन के लिए एलर्जी या अन्य प्रकार की प्रतिक्रियाओं का विकास हुआ। इंसुलिन में दो छोटी पॉलीपेप्टाइड श्रृंखलाएं होती हैं: चेन ए और चेन बी, जो एक साथ डाइसल्फ़ाइड से जुड़ी होती हैं।

स्तनधारियों में, मनुष्यों सहित, इंसुलिन को प्रो-हार्मोन के रूप में संश्लेषित किया जाता है। जिसमें सी पेप्टाइड नामक एक अतिरिक्त खिंचाव होता है। यह सी पेप्टाइड परिपक्व इंसुलिन में मौजूद नहीं है और परिपक्वता के दौरान इंसुलिन में हटा दिया जाता है। आरडीएनए तकनीकों का उपयोग करके इंसुलिन के उत्पादन के लिए मुख्य चुनौती इंसुलिन को एक परिपक्व रूप में इकट्ठा करना था।

1983 में, एली लिली एक अमेरिकी कंपनी ने मानव इंसुलिन की श्रृंखला ए और बी के अनुरूप दो डीएनए अनुक्रम तैयार किए और उन्हें इंसुलिन श्रृंखला बनाने के लिए ई. कोलाई के प्लास्मिड में पेश किया। चेन ए और बी को अलग-अलग उत्पादित किया गया और मानव इंसुलिन बनाने के लिए डाइसल्फ़ाइड बांड बनाकर संयुक्त (Combined) किया गया।

पित्रैक उपचार (Gene Therapy)

यदि कोई व्यक्ति या भ्रूण वंशानुगत बीमारी के साथ पैदा हुआ है, तो जीन थेरेपी ऐसी बीमारी के लिए सुधारात्मक चिकित्सा करने का एक प्रयास है। जीन थेरेपी विधियों का एक संग्रह है जो एक बच्चे/भ्रूण में निदान किए गए जीन दोष के सुधार की अनुमति देता है। यहां किसी बीमारी के इलाज के लिए किसी व्यक्ति की कोशिकाओं और ऊतकों में जीन डाले जाते हैं। एक आनुवंशिक दोष के सुधार में व्यक्ति या भ्रूण में एक सामान्य जीन का परिदान (Delivery) शामिल होता है ताकि गैर-कार्यात्मक जीन के कार्य को संभाला जा सके और क्षतिपूर्ति की जा सके।

पहली क्लिनिकल जीन थेरेपी 1990 में एडीनोसिन डेमिनेज (एडीए) वाली 4 साल की लड़की को दी गई थी। यह एंजाइम प्रतिरक्षा प्रणाली के कार्य करने के लिए महत्वपूर्ण है। यह विकार एडीनोसिन डेमिनमिनस (Adenosine Deaminase) के लिए जीन के विलोपन के कारण होता है।

जीन थेरेपी की दिशा में पहले कदम के रूप में, रोगी के रक्त से लिम्फोसाइट्स (टी-कोशिकाएं) शरीर के बाहर एक संस्कृति में उगाए जाते हैं। एक कार्यात्मक एडीए सीडीएनए (एक रेट्रोवायरल वेक्टर का उपयोग करके) को इन लिम्फोसाइटों में पेश किया जाता है, जो बाद में रोगी को वापस कर दिया जाता है।

जीन थेरेपी में, रोग उपचार हेतु जीन को रोगी की कोशिकाओं या ऊतकों में प्रवेश कराया जाता है। आनुवांशिक दोष वाली कोशिकाओं के उपचार हेतु सामान्य जीन को व्यक्ति या भ्रूण में स्थानान्तरित करते हैं जो निष्क्रिय जीन की क्षतिपूर्ति कर उसके कार्यों को संपन्न करते हैं।

रोगी के रक्त से लिम्फोसाइट्स शरीर के बाहर एक जीवाणुओं की वृद्धि विकसित किया जाता है। एक कार्यात्मक एडीए सीडीएनए (एक रेट्रोवायरल वेक्टर का उपयोग करके) को इन लिम्फोसाइटों में पेश किया जाता है, जो बाद में रोगी को वापस कर दिया जाता है।

आणविक निदान (Molecular Diagnosis)

निदान के पारंपरिक तरीकों (सीरम और मूत्र विश्लेषण, आदि) का उपयोग करना जल्दी पता लगाना संभव नहीं है। पुनः संयोजक डीएनए प्रौद्योगिकी, पोलीमरेज़ चेन रिएक्शन (पीसीआर) और एंजाइम लिंक्ड इम्यूनो-सॉर्बेंट परख (एलिसा) कुछ ऐसी तकनीकें हैं जो शीघ्र निदान के उद्देश्य की पूर्ति करती हैं। एक रोगज़नक़ (बैक्टीरिया, वायरस, आदि) की उपस्थिति का सामान्य रूप से तभी संदेह किया जाता है जब रोगज़नक़ ने एक रोग लक्षण उत्पन्न किया हो। इस समय तक शरीर में रोगज़नक़ों की सांद्रता पहले से ही बहुत अधिक होती है। हालांकि, पीसीआर द्वारा उनके न्यूक्लिक एसिड के प्रवर्धन द्वारा बैक्टीरिया या वायरस की बहुत कम सांद्रता (ऐसे समय में जब बीमारी के लक्षण अभी तक दिखाई नहीं दे रहे हैं) का पता लगाया जा सकता है।

पीसीआर का उपयोग अब नियमित रूप से एड्स के संदिग्ध रोगियों में एचआईवी का पता लगाने के लिए किया जाता है। इसका उपयोग संदिग्ध कैंसर रोगियों में भी जीन में उत्परिवर्तन का पता लगाने के लिए किया जा रहा है। यह कई अन्य आनुवंशिक विकारों की पहचान करने की एक शक्तिशाली तकनीक है। एलिसा एंटीजन-एंटीबॉडी इंटरैक्शन के सिद्धांत पर आधारित है। रोगज़नक़ द्वारा संक्रमण का पता एंटीजन (प्रोटीन, ग्लाइकोप्रोटीन, आदि) की उपस्थिति से या रोगज़नक़ के खिलाफ संश्लेषित एंटीबॉडी का पता लगाकर लगाया जा सकता है।

संशोधित जीव/ ट्रांसजेनिक जानवर (Transgenic animals)

सामान्य शरीर क्रिया विज्ञान और विकास: ट्रांसजेनिक जानवरों को विशेष रूप से इस अध्ययन की अनुमति देने के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है कि जीन कैसे विनियमित होते हैं, और वे शरीर के सामान्य कार्यों और इसके विकास को कैसे प्रभावित करते हैं, उदाहरण के लिए, विकास में शामिल जटिल कारकों का अध्ययन जैसे कि इंसुलिन जैसी वृद्धि कारक।

रोग का अध्ययन: कई ट्रांसजेनिक जानवरों को हमारी समझ को बढ़ाने के लिए डिज़ाइन किया गया है कि कैसे जीन रोग के विकास में योगदान करते हैं। इन्हें विशेष रूप से मानव रोगों के मॉडल के रूप में काम करने के लिए बनाया गया है ताकि रोगों के लिए नए उपचारों की जांच संभव हो सके। आज ट्रांसजेनिक मॉडल कई मानव रोगों जैसे कैंसर, सिस्टिक फाइब्रोसिस, रुमेटीइड गठिया और अल्जाइमर के लिए मौजूद हैं।

रासायनिक सुरक्षा परीक्षण: इसे विषाक्तता/सुरक्षा परीक्षण के रूप में जाना जाता है। प्रक्रिया वही है जो दवाओं की विषाक्तता के परीक्षण के लिए उपयोग की जाती है। ट्रांसजेनिक जानवर बनाए जाते हैं जो जीन ले जाते हैं जो उन्हें गैर-ट्रांसजेनिक जानवरों की तुलना में जहरीले पदार्थों के प्रति अधिक संवेदनशील बनाते हैं। फिर वे विषाक्त पदार्थों और अध्ययन किए गए प्रभावों के संपर्क में आते हैं। ऐसे जानवरों में विषाक्तता परीक्षण हमें कम समय में परिणाम प्राप्त करने की अनुमति देगा।

जैविक उत्पाद: कुछ मानव रोगों के इलाज के लिए आवश्यक दवाओं में जैविक उत्पाद हो सकते हैं, लेकिन ऐसे उत्पाद बनाना अक्सर महंगा होता है। उपयोगी जैविक उत्पादों का उत्पादन करने वाले ट्रांसजेनिक जानवरों को डीएनए (या जीन) के हिस्से की शुरूआत के द्वारा बनाया जा सकता है जो मानव प्रोटीन जैसे किसी विशेष उत्पाद के लिए कोड करता है। फेनिलकेटोनुरिया (पीकेयू) और सिस्टिक फाइब्रोसिस के इलाज के लिए इसी तरह के प्रयास किए जा रहे हैं। 1997 में, पहली ट्रांसजेनिक गाय, रोजी ने मानव प्रोटीन युक्त दूध (2.4 ग्राम प्रति लीटर) का उत्पादन किया। दूध में मानव अल्फा-लैक्टलबुमिन होता है और यह प्राकृतिक गाय के दूध की तुलना में मानव शिशुओं के लिए अधिक संतुलित उत्पाद था।

वैक्सीन सुरक्षा:

ट्रांसजेनिक चूहों को मनुष्यों पर इस्तेमाल करने से पहले टीकों की सुरक्षा के परीक्षण में उपयोग के लिए विकसित किया जा रहा है। पोलियो के टीके की सुरक्षा का परीक्षण करने के लिए ट्रांसजेनिक चूहों का उपयोग किया जा रहा है। यदि सफल और विश्वसनीय पाए जाते हैं, तो वे टीके के बैचों की सुरक्षा का परीक्षण करने के लिए बंदरों के उपयोग की जगह ले सकते हैं।

चिकित्सा में ट्रांसजेनिक जानवरों के मूल्यवान उपयोग है। साथ ही कई जानवरों को बदलने के लिए उन्हें मानव द्वारा आवश्यक कुछ का उत्पादन करने के लिए भी महत्वपूर्ण है। ट्रांसजेनेसिस के पहले उपयोगों में से एक, ई. कोलाई बैक्टीरिया मानव इंसुलिन का उत्पादन करने के लिए किया गया था। इसे तब सूअरों जैसे अधिक महंगे जानवरों से काटा जाने के बजाय सस्ते में इकट्ठा किया जा सकता था। एक और अधिक समकालीन उदाहरण ट्रांसजेनिक बकरियों के उपयोग के लिए उनके दूध में एक थक्का-रोधी उत्पाद को देखा जा सकता है। फिर दूध को ट्रांसजेनिक जानवरों से काटा जा सकता है, और एंटीकायगुलेंट, एट्रीन, को शल्य चिकित्सा जैसे स्थितियों में इस्तेमाल किया जा सकता है, जहां रक्त को थक्का नहीं जमने दिया जा सकता।

अनुसंधान में, ट्रांसजेनिक जानवर विशिष्ट अनुसंधान संभावनाओं के लिए भी अनुमति दे सकते हैं। उदाहरण के लिए, संशोधित चूहों का उपयोग अक्सर प्रयोगशाला परीक्षण में किया जाता है। उन्हें संशोधित किया जा सकता है ताकि शोधकर्ता उन विशिष्ट प्रतिक्रियाओं का निरीक्षण कर सकें जो उनके ऊतक रोगों के लिए हैं। इससे उन्हीं बीमारियों से पीड़ित मनुष्यों के लिए दवाओं और उपचारों का विकास हो सकता है।

जैव प्रौद्योगिकी: नैतिक विषय/मुद्दे

सभी मानवीय गतिविधियों की नैतिकता का मूल्यांकन करने के लिए कुछ नैतिक मानकों की आवश्यकता होती है जो जीवित जीवों को मदद या नुकसान पहुंचा सकते हैं। ऐसे विषयों/मुद्दों की नैतिकता से परे जाकर ऐसी चीजों का जैविक महत्व भी महत्वपूर्ण है। जीवों के आनुवंशिक संशोधन के अप्रत्याशित परिणाम हो सकते हैं जब ऐसे जीवों को पारिस्थितिकी तंत्र में पेश किया जाता है। इसलिए, भारत सरकार ने जीईएसी (जेनेटिक इंजीनियरिंग अनुमोदन समिति) जैसे संगठनों की स्थापना की है, जो जीएम अनुसंधान की वैधता और सार्वजनिक सेवाओं के लिए जीएम-जीवों को पेश करने की सुरक्षा के संबंध में निर्णय लेंगे।

सार्वजनिक सेवाओं (जैसे, भोजन और दवा स्रोतों के रूप में) के लिए जीवित जीवों के संशोधन / उपयोग ने उसी के लिए दिए गए पेटेंट के साथ भी समस्याएं पैदा की हैं। कुछ कंपनियों को ऐसे उत्पादों और प्रौद्योगिकियों के लिए पेटेंट दिया जा रहा है जो आनुवंशिक सामग्री, पौधों और अन्य जैविक संसाधनों का उपयोग करती हैं, जिन्हें लंबे समय से एक विशिष्ट क्षेत्र / देश के किसानों और स्वदेशी लोगों द्वारा पहचाना, विकसित और उपयोग किया जाता है। चावल एक महत्वपूर्ण खाद्यान्न है, जिसकी उपस्थिति एशिया के कृषि इतिहास में हजारों साल पहले की है। अकेले भारत में चावल की अनुमानित 200,000 किस्में हैं। भारत में चावल की विविधता दुनिया में सबसे अमीर में से एक है। बासमती चावल अपनी अनूठी सुगंध और स्वाद के लिए विशिष्ट है और बासमती की 27 प्रलेखित किस्में भारत में उगाई जाती हैं। प्राचीन ग्रंथों, लोककथाओं और काव्य में बासमती का उल्लेख मिलता है, क्योंकि इसे सदियों से उगाया जाता रहा है।

1997 में, एक अमेरिकी कंपनी को अमेरिकी पेटेंट और ट्रेडमार्क कार्यालय के माध्यम से बासमती चावल पर पेटेंट अधिकार मिला। इसने कंपनी को अमेरिका और विदेशों में बासमती की एक ‘नई’ किस्म बेचने की अनुमति दी। बासमती की यह ‘नई’ किस्म वास्तव में भारतीय किसान की किस्मों से ली गई थी। भारतीय बासमती को अर्ध-बौनी किस्मों (semi-dwarf varieties) के साथ पार किया गया और एक आविष्कार या नवीनता के रूप में दावा किया गया।

पेटेंट कार्यात्मक समकक्षों तक फैला हुआ है, जिसका अर्थ है कि बासमती चावल बेचने वाले अन्य लोगों को पेटेंट द्वारा प्रतिबंधित किया जा सकता है। भारतीय पारंपरिक जड़ी-बूटियों, जैसे हल्दी नीम पर आधारित उपयोगों, उत्पादों और प्रक्रियाओं के पेटेंट के लिए भी कई प्रयास किए गए हैं। यदि हम सतर्क नहीं हैं और हम इन पेटेंट आवेदनों का तुरंत विरोध नहीं करते हैं, तो अन्य देश/व्यक्ति हमारी समृद्ध विरासत को भुना सकते हैं और हम इसके बारे में कुछ भी करने में सक्षम नहीं हो सकते हैं।

बायोपाइरेसी (Biopiracy) बहुराष्ट्रीय कंपनियों और अन्य संगठनों द्वारा जैव-संसाधनों के उपयोग को संदर्भित करने के लिए इस्तेमाल किया जाने वाला शब्द है (बिना प्रतिपूरक भुगतान के देशों और संबंधित लोगों से उचित प्राधिकरण के बिना) । अधिकांश औद्योगिक राष्ट्र आर्थिक रूप से समृद्ध हैं लेकिन जैव विविधता और पारंपरिक ज्ञान में अल्प (Poor) हैं। इसके विपरीत विकासशील और अविकसित दुनिया जैव-संसाधनों और जैव-संसाधनों से संबंधित पारंपरिक ज्ञान से समृद्ध है। जैव-संसाधनों से संबंधित पारंपरिक ज्ञान का उपयोग आधुनिक अनुप्रयोगों को विकसित करने के लिए किया जा सकता है और इसका उपयोग उनके व्यावसायीकरण के दौरान समय, प्रयास और व्यय को बचाने के लिए भी किया जा सकता है। विकसित और विकासशील देशों के बीच अन्याय, अपर्याप्त मुआवजे और लाभ के बंटवारे का अहसास बढ़ रहा है। इसलिए, कुछ राष्ट्र अपने जैव-संसाधनों और पारंपरिक ज्ञान के ऐसे अनधिकृत दोहन को रोकने के लिए कानून विकसित कर रहे हैं।

भारतीय संसद ने हाल ही में भारतीय पेटेंट विधेयक के दूसरे संशोधन को मंजूरी दी है, जिसमें ऐसे मुद्दों को ध्यान में रखा गया है, जिसमें पेटेंट शर्तें (Patent Terms) आपातकालीन प्रावधान और अनुसंधान और विकास पहल (Development Initiative) शामिल हैं।