यह अध्याय पुनः संयोजक डीएनए (rDNA) प्रौद्योगिकी का एक अवलोकन प्रस्तुत करता है कि किस प्रकार आण्विक जीव विज्ञान, सूक्ष्म जीव विज्ञान, आनुवंशिकी, जैव रसायन आदि की मूलभूत अवधारणाओं के प्रयोग से rDNA प्रौद्योगिकी का प्रारंभिक विकास हुआ। चिकित्सा और कृषि में rDNA प्रौद्योगिकी की संभावित अनुप्रयोगों की भी अवधारणात्मक ढंग से चर्चा की गई है, साथ ही कुछ उल्लेखनीय उत्पादों के उदाहरण दिए गए हैं जो rDNA प्रौद्योगिकी के माध्यम से विकसित किए गए हैं।

1.1 पुनः संयोजक डीएनए प्रौद्योगिकी का अवलोकन

पिछली सदी में जब वैज्ञानिकों ने खोजा कि न्यूक्लिक अम्ल (DNA) मुख्य अणु है जो लक्षणों के अभिव्यक्ति के लिए उत्तरदायी है, तो वैज्ञानिकों ने न्यूक्लिक अम्ल को सीधे हेरफेर करके किसी जीव की आनुवंशिक संरचना को बदलने के प्रयास किए। किसी जीव के न्यूक्लिक अम्ल/जीनोम (DNA) को सीधे हेरफेर करने के लिए प्रयुक्त विभिन्न विधियों को सामूहिक रूप से पुनः संयोजक डीएनए (rDNA) प्रौद्योगिकी या आनुवंशिक अभियांत्रिकी कहा जाता है।

rDNA प्रौद्योगिकी विभिन्न जीवविज्ञान क्षेत्रों—जिनमें जैव-रसायन, आनुवंशिकी, कोशिका-विज्ञान, सूक्ष्म जीव विज्ञान, आण्विक जीव विज्ञान आदि सम्मिलित हैं—में तीव्र प्रगति के कारण संभव हो सकी है। पिछली सदी में न्यूक्लिक अम्लों के पृथक्करण और शुद्धिकरण के बाद उनकी संरचना, गुणधर्म, कार्य और अंततः अनुक्रमण को समझना सबसे महत्वपूर्ण योगदान रहे, जिन्होंने rDNA प्रौद्योगिकी के विकास की नींव रखी। इस यात्रा में पहला बड़ा कदम यह स्थापित करना था कि किसी जीव का DNA न केवल उसकी आनुवंशिक सूचना वहन करता है, बल्कि उसे एक पीढ़ी से दूसरी पीढ़ी तक भी प्रसारित करता है। अगली मील का पत्थर DNA अणु की रासायनिक और भौतिक संरचना तथा इसके द्विकुंडलाकार स्वरूप का निर्धारण था। आगे चलकर वैज्ञानिकों ने DNA की प्रतिकृतिकरण, प्रतिलेखन और अनुवाद को विस्तार से समझा। वैज्ञानिक विभिन्न जीवों से DNA को पृथक् और शुद्ध करने की विविध विधियाँ और तकनीकें भी विकसित करने में सफल रहे। समानांतर रूप से कई ऐसे एंजाइमों की खोज हुई जिनके द्वारा DNA अणु को सटीकता से परिवर्तित किया जा सकता है। इस प्रकार, वर्नर अर्बर, हैमिल्टन स्मिथ और डैनियल नाथन (1960 के दशक के अंत और 1970 के दशक के प्रारंभ में) द्वारा प्रतिबंधन एंजाइम (जो DNA अणुओं को कैंची की तरह काटते हैं) और गेलर्ट, लेहमान, रिचर्डसन तथा हरविट्ज़ द्वारा वर्ष 1967 में लाइगेज़ (जो दो DNA खंडों को जोड़ता है) जैसे नए एंजाइमों की खोज हुई। इसी अवधि में वैज्ञानिकों ने यह भी देखा कि विदेशी DNA खंड बैक्टीरिया अपने परिवेश से ग्रहण कर सकता है और उसे अपने जीनोम में सम्मिलित कर सकता है। इन सब जानकारियों के साथ वैज्ञानिकों ने प्रश्न किया: क्या किसी रुचिकर जीन को एक जीव से दूसरे जीव में स्थानांतरित कर उसका उत्पाद प्राप्त करना संभव है? स्टैनली कोहेन को प्लाज्मिड DNA को एस्चेरिचिया कोलाई (E. coli) में प्रवेश कराने और तत्पश्चात् बैक्टीरिया में प्लाज्मिडों के प्रसार व क्लोनिंग में निपुणता थी। दूसरी ओर, बॉयर को प्रतिबंधन एंजाइमों का उपयोग कर डबल-स्ट्रैंड DNA को काटकर समान सिरों वाले सिंगल-स्ट्रैंड सिरे उत्पन्न करने की विशेषज्ञता प्राप्त थी। दोनों ने इन दो खोजों को संयोजित करने की संभावना को देखा, जो बाद में rDNA प्रौद्योगिकी या आनुवंशिक अभियांत्रिकी बन गई।

मूल वैज्ञानिक प्रयास में इसके निर्विवाद योगदान के अलावा, rDNA प्रौद्योगिकी ने विभिन्न रोगों—जिनमें आनुवंशिक विकार भी शामिल हैं—के निदान और उपचार में अपार योगदान देकर तथा रोग-रहित उच्च उपज वाली फसलों को बेहतर बनाने और विकसित करने के द्वारा हमारे जीवन-स्तर को आकार देने में बड़ी भूमिका निभाई है। हमारे जीवन को आकार देने में rDNA प्रौद्योगिकी के योगदान का आकलन दिए गए उदाहरणों से किया जा सकता है। पहले मधुमेह के उपचार के लिए इंसुलिन के कुछ मिलीग्राम प्राप्त करने के लिए कई टन पशु अग्न्याशय ग्रंथियों की आवश्यकता होती थी, या बौनापन के उपचार के लिए वृद्धि-हार्मोन को पृथक करने हेतु हजारों पशु पीयूष ग्रंथियों की आवश्यकता होती थी। इसलिए ये उत्पाद सीमित मात्रा में तथा उच्च लागत पर उपलब्ध थे। फिर भी, पशु स्रोत से शुद्ध किए गए ऐसे चिकित्सीय प्रोटीन मानव में प्रतिरक्षीय प्रतिक्रियाएँ दिखाते थे। यह कहने की आवश्यकता नहीं कि वैज्ञानिकों ने उपरोक्त बाधाओं को पार करते हुए rDNA प्रौद्योगिकी का उपयोग करके जीवाणु प्रणाली में मानव इंसुलिन और वृद्धि-हार्मोन का उत्पादन किया। कैंसर के उपचार के लिए इंटरफेरॉन का उत्पादन, रक्त के थक्कों को घोलने के लिए प्लाज्मिनोजन सक्रियक और यूरोकाइनेज—ये सब rDNA प्रौद्योगिकी के मानव समाज में योगदान के कुछ उदाहरण हैं। पिछले कुछ दशकों में वैज्ञानिक rDNA प्रौद्योगिकी का उपयोग करके पादप जीनोम में विशिष्ट लक्षित संशोधन कर आनुवंशिक रूप से संशोधित फसलें प्राप्त करने में सफल रहे हैं। इस प्रकार, इस तरह ऐसी फसलें विकसित की गई हैं जो रोगों के प्रति प्रतिरोध प्रदान करती हैं, जिससे किसानों को अपनी फसलों के नुकसान की चिंता से मुक्ति मिलती है। इसी प्रकार सूखा-प्रतिरोधी या लवणता-सहिष्णु फसलें भी विकसित की गईं ताकि किसान प्रतिकूल वातावरण में उन्हें उगा सकें। पादपों या फसलों की आनुवंशिक प्रणाली में rDNA प्रौद्योगिकी द्वारा ऐसे संशोधन न केवल उत्पादन की गुणवत्ता में सुधार करते हैं, बल्कि उत्पादों के मूल्य को भी बढ़ाते हैं।

वे दिन दूर नहीं हैं जब विभिन्न प्रकार के महत्वपूर्ण चिकित्सीय प्रोटीन, पेप्टाइड और हार्मोन पौधों से rDNA तकनीक का उपयोग करके उत्पादित किए जाएंगे। ऐसे उत्पादों की लागत और संदूषण के मामले में पशु-आधारित उत्पादों की तुलना में कई फायदे होंगे। सामान्यतः, पशु-आधारित उत्पाद अधिक महंगे होते हैं और वायरस तथा अन्य पशु प्रोटीन संदूषणों से मुक्त रखने के लिए अतिरिक्त सावधानी की आवश्यकता होती है।

ऐतिहासिक खोजें जिन्होंने आधुनिक जैवप्रौद्योगिकी (rDNA तकनीक पर आधारित) के विकास को जन्म दिया, बॉक्स 1 में दी गई हैं।

बॉक्स 1

जैवप्रौद्योगिकी के इतिहास में चयनित विकास

1917	कार्ल एरेकी ने ‘बायोटेक्नोलॉजी’ शब्द गढ़ा
1944	एवरी, मैकलियोड और मैककार्टी ने दिखाया कि ‘DNA आनुवंशिक पदार्थ है’
1952	जोशुआ लेडरबर्ग ने ‘प्लाज्मिड्स’ की खोज की
1953	वाटसन और क्रिक ने ‘DNA की द्विकुंडलित संरचना’ प्रस्तावित की
1960s	वर्नर अर्बर, मैथ्यू मेसेलसन ने ‘प्रकार-I प्रतिबंधन एंजाइमों’ की खोज की
1967	गेलर्ट, लेहमान, रिचर्डसन और हरविट्ज़ ने ‘लाइगेस एंजाइमों’ की खोज की
1970	हैमिल्टन ओ. स्मिथ और थॉमस जे. केली ने ‘प्रकार-II प्रतिबंधन एंजाइमों’ की खोज की
1972	पॉल बर्ग ने पहला ‘पुनःसंयोजी DNA’ एक जीवाणु से वायरस में जोड़ा
1973	स्टैनली एन. कोहेन और हर्बर्ट बॉयर ने ‘DNA क्लोनिंग और rDNA तकनीक’ विकसित की
1975	जॉर्जेस जे.एफ. कोहलर और सेज़ार मिलस्टीन ने ‘हाइब्रिडोमा तकनीक’ का वर्णन किया, जिससे एकल प्रतिरक्षी बनाए जा सकते हैं
1982	FDA ने दुनिया का पहला पुनःसंयोजी DNA चिकित्सीय उत्पाद ‘ह्यूमुलिन’ को मंज़ूरी दी, जिसे एली लिली और जेनेनटेक ने विकसित किया
1983	केरी मुलिस ने ‘पॉलिमरेज़ चेन रिएक्शन’ विकसित किया
1984	सर एलेक जेफ्रीज़ ने ‘DNA फिंगरप्रिंटिंग’ का आविष्कार किया
1986	पहला पुनःसंयोजी टीका ‘रिकॉम्बिवैक्स HB’ हेपेटाइटिस B के लिए मानव उपयोग के लिए मंज़ूर हुआ
1990	‘मानव जीनोम परियोजना’ औपचारिक रूप से शुरू हुई, जिसे अमेरिकी ऊर्जा विभाग (DOE) और नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ हेल्थ (NIH) ने समन्वित किया
1994	पहली आनुवंशिक रूप से इंजीनियर की गई फसल ‘फ्लेवर सेवर’ टमाटर पेश की गई, जिसे कैलजीन ने 1992 में उत्पादित किया था
199	कीथ कैंपबेल और इयान विल्मट ने वयस्क सोमाटिक कोशिका से नाभिकीय स्थानांतरण द्वारा पहले स्तनधारी ‘डॉली’ (भेड़) को क्लोन किया
1996	मोनसैंटो के शोधकर्ताओं ने ‘Bt कपास’ विकसित किया और पहली बार 1996 में चीन और संयुक्त राज्य अमेरिका में वाणिज्यिक रूप से जारी किया, बाद में 2003 में भारत में पेश किया गया
2000	इंगो पोट्रीकस और पीटर बेयर ने ‘गोल्डन राइस’ विकसित किया
2003	मानव जीनोम परियोजना (HGP) पूरी हुई
2004	‘एवास्टिन’, कैंसर उपचार के लिए एक एंटी-VEGF एकल प्रतिरक्षी की खोज हुई
2006	मानव पैपिलोमावायरस (HPV) के खिलाफ एक पुनःसंयोजी टीका ‘गार्डासिल’ को FDA की मंज़ूरी मिली
2006	RNA हस्तक्षेप ‘जीन शांति’ की खोज हुई, जो द्विकुंडलित RNA द्वारा होती है
2010	रॉबर्ट एडवर्ड्स को मानव ‘इन विट्रो फर्टिलाइज़ेशन’ (IVF) चिकित्सा के विकास के लिए नोबेल पुरस्कार मिला
2012	शिन्या यामानाका और जॉन बी. गर्डन ने खोजा कि परिपक्व विभेदित कोशिकाओं को ‘प्रेरित बहुपोटेंशियल स्टेम कोशिकाओं’ में पुनःप्रोग्राम किया जा सकता है
2019	‘CRISPR-Cas9’ जीनोम संपादन उपकरण में हालिया प्रगति
2020	COVID-19 के खिलाफ टीके विकसित किए गए।

इस यूनिट के अगले अध्यायों में, rDNA प्रौद्योगिकी के विभिन्न घटकों और अनुप्रयोगों की विस्तार से चर्चा की गई है।

सारांश

• किसी जीव के न्यूक्लिक अम्ल/जीनोम (DNA) में हेरफेर के लिए प्रयुक्त विधियों को सामूहिक रूप से पुनःसंयोजी DNA (rDNA) प्रौद्यो​गिकी या आनुवंशिक इंजीनियरिंग कहा जाता है।
• rDNA प्रौद्योगिकी का मूलभूत विषय किसी स्रोत से वांछित DNA अणु (जीन) को पृथक कर उसे प्रचुर मात्रा में प्राप्त करना है। इस तकनीक को जीन क्लोनिंग कहा जाता है।

अभ्यास

1. संक्षेप में चर्चा कीजिए कि पुनःसंयोजी DNA प्रौद्योगिकी का प्रारंभिक विकास कैसे हुआ?

2. संक्षेप में चर्चा कीजिए कि rDNA प्रौद्योगिकी का उपयोग फसल सुधार और चिकित्सीय क्षेत्र में कैसे होता है?

3. प्लाज्मिड की खोज किसने की?

(a) पॉल बर्ग

(b) सर एलेक जेफ्रीज़

(c) जोशुआ लेडरबर्ग

(d) केरी मुलिस

4. प्लाज़्मिनोजन एक्टिवेटर और यूरोकाइनेज़ का उपयोग किस रूप में होता है:

(a) प्रतिविषाक्त एजेंट

(b) रक्त के थक्के को घोलने वाली दवा

(c) शर्करा घटाने वाला एजेंट

(d) कोलेस्ट्रॉल घटाने वाला एजेंट

5. अभिकथन: प्रतिबंध एंडोन्यूक्लिएस DNA को काटता है और यह मुख्यतः जीवाणुओं से पृथक किया जाता है।

कारण: प्रतिबंध एंडोन्यूक्लिएस एक प्रकार का न्यूक्लिएस होता है।

(a) अभिकथन और कारण दोनों सत्य हैं और कारण अभिकथन का सही स्पष्टीकरण है।

(b) अभिकथन और कारण दोनों सत्य हैं परंतु कारण अभिकथन का सही स्पष्टीकरण नहीं है।

(c) अभिकथन सत्य है परंतु कारण असत्य है।

(d) अभिकथन और कारण दोनों असत्य हैं।

6. अभिकथन: E.coli 20 मिनट में विभाजित होता है जबकि अपना DNA लगभग 60 मिनट में प्रतिकृत करता है।

कारण: E.coli बहु-कांटा प्रतिकृति तंत्र का अनुसरण करता है।

(a) अभिकथन और कारण दोनों सत्य हैं और कारण अभिकथन का सही स्पष्टीकरण है।

(b) अभिकथन और कारण दोनों सत्य हैं लेकिन कारण अभिकथन का सही स्पष्टीकरण नहीं है।

(c) अभिकथन सत्य है लेकिन कारण असत्य है।

(d) अभिकथन और कारण दोनों असत्य हैं।