जैव प्रौद्योगिकी में जीवित जीवों या जीवों के एंजाइम्स का उपयोग करके उत्पादों और प्रक्रियाओं को उत्पन्न करने की तकनीकों पर चर्चा होती है जो मानवों के लिए उपयोगी होती हैं। इस अर्थ में, कुर्द, रोटी या वाइन बनाना, जो सभी माइक्रोब-मध्यस्थित प्रक्रियाएँ हैं, भी जैव प्रौद्योगिकी का एक रूप माना जा सकता है। हालाँकि, आज इसका उपयोग इतने प्रतिबंधित अर्थ में किया जाता है कि उन प्रक्रियाओं को जिनमें आनुवंशिक रूप से संशोधित जीवों का उपयोग बड़े पैमाने पर उन्हीं के लिए किया जाता है। इसके अतिरिक्त, जैव प्रौद्योगिकी के तहत कई अन्य प्रक्रियाएँ/तकनीकें भी शामिल हैं। उदाहरण के लिए, आंतरिक नियोजन के माध्यम से ‘टेस्ट-ट्यूब’ बच्चे का जन्म, एक जीन का सिंथेसिस करना और उसका उपयोग करना, एक डीएनए टीयोक्सीन विकसित करना या एक दोषपूर्ण जीन को सुधारना, ये सभी जैव प्रौद्योगिकी का हिस्सा हैं।

यूरोपीय जैव प्रौद्योगिकी संघ (EFB) ने जैव प्रौद्योगिकी की एक परिभाषा दी है जो पारंपरिक दृष्टिकोण और आधुनिक आणविक जैव प्रौद्योगिकी दोनों को शामिल करती है। EFB द्वारा दी गई परिभाषा इस प्रकार है: ‘उत्पादों और सेवाओं के लिए प्राकृतिक विज्ञान और जीव, कोशिकाओं, उनके अंशों और आणविक तुलनाओं का समाकलन’।

11.1 जैव प्रौद्योगिकी के सिद्धांत

बहुत से मध्यम तकनीकों में से, आधुनिक जैव प्रौद्योगिकी के जन्म को सक्षम करने वाली दो मुख्य तकनीकें हैं:

(अ) आनुवंशिक इंजीनियरिंग: आनुवंशिक पदार्थ (डीएनए और आरएनए) की रसायन विज्ञान को बदलने की तकनीकें, इन्हें आधार जीवों में प्रवेश कराने और इस प्रकार आधार जीव के शरीर रूप को बदलने की तकनीकें।

(ब) जैव प्रक्रिया इंजीनियरिंग: रासायनिक इंजीनियरिंग प्रक्रियाओं में स्वच्छ (माइक्रोबियल संकर्षण-मुक्त) वातावरण का बनाए रखना ताकि जैव प्रौद्योगिकी उत्पादों जैसे एंटीबायोटिक्स, टीयोक्सीन्स, एंजाइम्स आदि के उत्पादन के लिए केवल इच्छित माइक्रोब/यूकैरियोटिक कोशिका के बड़े पैमाने पर विकास कर सके।

चलिए अब आनुवंशिक इंजीनियरिंग के सिद्धांतों के अवधारणात्मक विकास को समझते हैं। शायद आप आनुवंशिक प्रजनन के असंक्रामिक प्रजनन की आगे के लाभों को समझते हैं। पहला दोनों के लिए भिन्नता और आनुवंशिक स्थापना के अद्वितीय संयोजन के अवसर प्रदान करता है, जिनमें से कुछ जीव के लिए और समूह के लिए भी लाभदायक हो सकते हैं। असंक्रामिक प्रजनन आनुवंशिक सूचना को बनाए रखता है, जबकि आनुवंशिक प्रजनन भिन्नता की अनुमति देता है। प्राचीन उत्परिवर्तन प्रक्रियाएँ पौधों और पशुओं की पालन-पोषण में उपयोग की जाती थीं, जो बहुत अक्सर इच्छित जीनों के साथ-साथ अनइच्छित जीनों को शामिल करने और गुणात्मक करने के लिए उपयोग की जाती थीं। आनुवंशिक इंजीनियरिंग की तकनीकें जिनमें संयुक्त डीएनए, जीन क्लोनिंग और जीन स्थानांतरण का उपयोग किया जाता है, इस सीमा को दूर करती हैं और इसे दूर करती हैं और केवल एक या एक सेट के इच्छित जीनों को अनइच्छित जीनों के बिना प्रवेश कराने की अनुमति देती हैं।

क्या आप जानते हैं कि किसी डीएनए के एक अंश का संभावित भाग्य क्या है, जो किसी अजन्मे जीव में किसी तरह स्थानांतरित किया जाता है? सबसे अधिक संभावित रूप से, इस डीएनए के अंश को जीव के उत्पत्ति कोशिकाओं में आपस में अपना अपना अनुक्रम नहीं बना सकता। लेकिन, जब इसे प्राप्तकर्ता के जीनोम में एकीकृत हो जाता है, तो इसे गुणात्मक हो सकता है और आधार डीएनए के साथ गुणोत्तर हो सकता है। यह इसलिए है कि अजन्मे डीएनए का अंश एक क्रोमोसोम का हिस्सा हो गया है, जिसकी एक प्रति प्रतिकृति करने की क्षमता है। इस क्रोमोसोम में एक विशिष्ट डीएनए अनुक्रम होता है जिसे प्रतिकृति की शुरुआत करने के लिए कहा जाता है। इसलिए, किसी अजन्मे डीएनए के एक जीव में गुणात्मक होने के लिए इसे एक क्रोमोसोम (क्रोमोसोमों) का हिस्सा होना चाहिए जिसके पास एक विशिष्ट अनुक्रम होता है जिसे ‘प्रतिकृति की शुरुआत’ कहा जाता है। इस प्रकार, अजन्मे डीएनए को प्रतिकृति की शुरुआत के साथ जोड़ा जाता है, ताकि इस अजन्मे डीएनए को आधार जीव में प्रतिकृति और गुणात्मक हो सके। इसे भी क्लोनिंग कहा जाता है या किसी भी टेम्पलेट डीएनए की बहुत संख्या में एक समान प्रतिलिपियाँ बनाना।

चलिए अब आर्टिफिशियल संयुक्त डीएनए आवर्ण के निर्माण के पहले उदाहरण पर ध्यान केंद्रित करते हैं। पहले संयुक्त डीएनए के निर्माण में एंटीबायोटिक प्रतिरोधक जीन को सल्मोनेला टाइफाइमुरियम के मूल प्लाज्मिड (स्वायत्त रूप से गुणात्मक चक्रात्मक बाह्य-क्रोमोसोम डीएनए) के साथ जोड़ने की संभावना से उत्पन्न हुआ। 1972 में स्टैनली कोएहन और हर्बर्ट बोयर ने एंटीबायोटिक प्रतिरोधक जीन को प्लाज्मिड से एक डीएनए के अंश को काटकर प्राप्त किया जो एंटीबायोटिक प्रतिरोधक देने वाला था। डीएनए को विशिष्ट स्थानों पर काटना संभव हो गया जब ‘आणविक काँचे’ – प्रतिबंध एंजाइम्स की खोज की गई। डीएनए के अंश को फिर प्लाज्मिड डीएनए के साथ जोड़ा गया। ये प्लाज्मिड डीएनए अंश को जोड़े गए डीएनए को स्थानांतरित करने के लिए आयाम के रूप में कार्य करते हैं। शायद आप जानते हैं कि कीट एक कीट आयाम के रूप में कार्य करता है जो मलेरिया के पैरासाइट को मानव शरीर में स्थानांतरित करता है। इसी तरह, प्लाज्मिड का उपयोग एक आयाम के रूप में किया जा सकता है जो एक अजन्मे डीएनए को आधार जीव में प्रवेश कराता है। एंटीबायोटिक प्रतिरोधक जीन को प्लाज्मिड आयाम के साथ जोड़ना संभव हो गया जब एंजाइम डीएनए लाइज, जो काटे गए डीएनए के अंशों के अंत को जोड़ता है। यह एक नई चक्रात्मक स्वायत्त रूप से गुणात्मक डीएनए का निर्माण करता है जो आगे कहा जाता है संयुक्त डीएनए। जब इस डीएनए को एस. कोलाइ में स्थानांतरित किया जाता है, जो एक बैक्टीरिया है जो सल्मोनेला के करिश्मा से जुड़ी है, तो यह उसके नए आधार के डीएनए पॉलिमरेज एंजाइम के माध्यम से प्रतिकृति कर सकता है और बहुत संख्या में प्रतिलिपियाँ बना सकता है। एस. कोलाइ में एंटीबायोटिक प्रतिरोधक जीन की प्रतिलिपियों की क्षमता को एस. कोलाइ में एंटीबायोटिक प्रतिरोधक जीन के क्लोनिंग कहा जाता है।

आप इसलिए अनुमान लगा सकते हैं कि एक जीव को आनुवंशिक रूप से संशोधित करने के तीन मूल चरण हैं—

(अ) इच्छित जीनों वाले डीएनए की पहचान;

(ब) पहचाने गए डीएनए को आधार में प्रवेश कराना;

(ग) प्रवेश किए गए डीएनए को आधार में बनाए रखना और डीएनए को उसके उत्पत्ति में स्थानांतरित करना।

11.2 संयुक्त डीएनए प्रौद्योगिकी के उपकरण

अब हम पहले की चर्चा से जानते हैं कि आनुवंशिक इंजीनियरिंग या संयुक्त डीएनए प्रौद्योगिकी केवल तभी संभव हो सकती है जब हमारे पास मुख्य उपकरण, अर्थात् प्रतिबंध एंजाइम्स, पॉलिमरेज एंजाइम्स, लाइजेज, आयाम और आधार जीव हों। चलिए अब इनमें से कुछ को विस्तार से समझते हैं।

11.2.1 प्रतिबंध एंजाइम्स

1963 में, एस. कोलाइ में बैक्टीरिया फाइज की वृद्धि को प्रतिबंधित करने वाले दो एंजाइम्स को प्राप्त किया गया। इनमें से एक ने डीएनए में मिथिल समूह जोड़ा, जबकि दूसरा डीएनए को काटा। उसको प्रतिबंध एंडोन्यक्लीज कहा जाता है।

पहला प्रतिबंध एंडोन्यक्लीज–Hind II, जिसका कार्य एक विशिष्ट डीएनए न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम पर निर्भर था, पांच वर्ष बाद प्राप्त और विश्लेषण किया गया। पाया गया कि Hind II हमेशा एक विशिष्ट छह आधार जोड़ों के अनुक्रम को पहचानकर डीएनए अवर्णों पर एक विशिष्ट बिंदु पर काटता है। यह विशिष्ट आधार अनुक्रम को Hind II के लिए पहचान अनुक्रम कहा जाता है। Hind II के अतिरिक्त, आज हमारे पास अधिक से अधिक 900 प्रतिबंध एंजाइम्स हैं जिन्हें 230 से अधिक बैक्टीरिया की उर्वरक प्रतिष्ठानों से प्राप्त किया गया है जिनमें से प्रत्येक का एक अलग पहचान अनुक्रम है।

इन एंजाइम्स के नामकरण की परंपरा है कि नाम का पहला अक्षर जात के नाम से आता है और दूसरे दो अक्षर उस उपकर्ष के नाम से आते हैं जिससे वे प्राप्त किए गए थे, उदाहरण के लिए, EcoRI एस. कोलाइ RY 13 से आता है। EcoRI में अक्षर ‘R’ उर्वरक के नाम से प्राप्त होता है। नामों के बाद रोमन अंक उस बैक्टीरिया की उर्वरक से जिस क्रम में एंजाइम्स प्राप्त किए गए थे, उसकी अंकित करते हैं।

प्रतिबंध एंजाइम्स एक बड़े एंजाइम्स क्लास के हैं जिन्हें न्यूक्लेएज कहा जाता