आधुनिक जैवतंत्रज्ञान, जनुक अभियांत्रिकी, रीकॉम्बिनंट डीएनए, क्लोनिंग व स्टेम सेल्स (Biotechnology & Genetics Basics)

१. जैवतंत्रज्ञान संकल्पना (Introduction to Biotechnology)

मानवी कल्याणासाठी सजीव पेशी, सूक्ष्मजीव किंवा त्यांच्या घटकांचा वापर करून उपयुक्त उत्पादने तयार करण्याच्या तंत्रज्ञानाला जैवतंत्रज्ञान (Biotechnology) म्हणतात. १९१९ मध्ये हंगेरीयन शास्त्रज्ञ कार्ल एरेकी (Karl Ereky) यांनी 'बायोटेक्नॉलॉजी' हा शब्द सर्वप्रथम वापरला.

२. जनुक अभियांत्रिकी व रीकॉम्बिनंट डीएनए (Recombinant DNA Technology)

एका सजीवाचे इच्छित जनुक (Gene of Interest) दुसऱ्या सजीवाच्या DNA मध्ये जोडून नवीन गुणधर्म निर्माण करण्याचे तंत्रज्ञान:

• रेस्ट्रिक्शन एंडोन्यूक्लिॲज (Restriction Endonucleases): DNA ला विशिष्ट जागी कापतात, म्हणून यांना आण्विक कात्री (Molecular Scissors) म्हणतात.
• डीएनए लायगेज (DNA Ligase): कापलेल्या DNA चे तुकडे जोडण्याचे कार्य करते (आण्विक डिंक / Molecular Glue).
• वाहक (Vector): परकीय जनुक यजमान पेशीत नेण्यासाठी जिवाणूंमधील गोलाकार प्लॅस्मिड (Plasmid DNA) चा वापर केला जातो.
• मानवी इन्सुलिन (Humulin): १९८२ मध्ये एली लिली कंपनीने रीकॉम्बिनंट DNA तंत्रज्ञानाने E. coli जिवाणूचा वापर करून मानवी इन्सुलिन (ह्युम्युलिन) तयार केले.

३. आधुनिक जैवतंत्रज्ञानातील प्रमुख पद्धती (Modern Biotech Tools)

1. PCR (Polymerase Chain Reaction): १९८३ मध्ये कॅरी मुलीस (Kary Mullis - Nobel १९९३) यांनी शोधली. DNA च्या एका लहान तुकड्यापासून अत्यंत कमी वेळात प्रयोगशाळेत कोट्यवधी प्रती तयार करण्याचे हे तंत्रज्ञान आहे (कोविड RT-PCR टेस्ट याच तत्त्वावर आधारित आहे).
2. CRISPR-Cas9 जनुक संपादन (Gene Editing): इमॅन्युएल शार्पेंटियर (Emmanuelle Charpentier) आणि जेनिफर डौडना (Jennifer Doudna) यांनी शोधलेली ही अत्यंत अचूक जनुक संपादन पद्धती आहे (यासाठी त्यांना २०२० चे रसायनशास्त्रातील नोबेल पारितोषिक मिळाले).
3. डीएनए फिंगरप्रिंटिंग (DNA Fingerprinting): १९८४ मध्ये ब्रिटिश शास्त्रज्ञ ॲलेक जेफ्रीज (Alec Jeffreys) यांनी शोधून काढली; भारतात डॉ. लालजी सिंग (Lalji Singh) यांनी विकसित केली. गुन्हे अन्वेषण व पितृत्व चाचणीसाठी वापरली जाते.

४. जनुकीय सुधारित पिके व प्राणी (Genetically Modified Organisms - GMOs)

• बीटी कापूस (Bt Cotton): Bacillus thuringiensis या मातीतील जिवाणूचे Cry जनुक (Cry1Ac) कापसात टाकून बोंडअळीला (Bollworm) प्रतिकारक वाण तयार करण्यात आला. भारतात व्यावसायिक लागवडीसाठी मान्यता मिळालेले हे एकमेव GM पीक आहे.
• गोल्डन राईस (Golden Rice): इनगो पोट्रीकस यांनी विकसित केलेला भाताचा वाण, ज्यामध्ये बीटा-कॅरोटीन (Beta-carotene / Vitamin-A) चे प्रमाण वाढवण्यासाठी डॅफोडिल वनस्पतीचे जनुक टाकण्यात आले आहे.
• फ्लेवर सेव्हर टोमॅटो (Flavr Savr): टोमॅटो मऊ न पडता दीर्घकाळ टिकावा म्हणून पॉलीगॅलॅक्ट्युरोनेज विकर निष्क्रिय केलेले पहिले GM अन्न.
• क्लोनिंग (Cloning): १९९६ मध्ये स्कॉटलंडच्या रोसलिन इन्स्टिट्यूटमध्ये इयान विल्मुट (Ian Wilmut) यांनी 'डॉली' (Dolly) नावाच्या मेंढीचे जगातील पहिले सस्तन प्राण्याचे क्लोन तयार केले.

५. स्टेम सेल्स व जनुक थेरपी (Stem Cells & Gene Therapy)

• स्टेम सेल्स (मूलपेशी): शरीरातील कोणत्याही पेशीमध्ये रूपांतरित होण्याची क्षमता असणाऱ्या अविभेदित पेशी.
  • टोटीपोटंट (Totipotent): संपूर्ण जीव निर्माण करण्याची क्षमता (उदा. फलीत अंडपेशी - Zygote).
  • प्लुरीपोटंट (Pluripotent): शरीराचे सर्व अवयव तयार करू शकणाऱ्या पेशी (भ्रूणपेशी - Embryonic Stem Cells).
  • मल्टीपोटंट (Multipotent): विशिष्ट ऊतींच्या पेशी तयार करणाऱ्या (उदा. अस्थिमज्जेतील रक्तपेशी).
• जनुक थेरपी (Gene Therapy): सदोष जनुकाऐवजी निरोगी जनुक शरीरात प्रविष्ट करून अनुवंशिक आजार बरा करणे. १९९० मध्ये ४ वर्षांच्या मुलीवर ADA (Adenosine Deaminase Deficiency) आजारासाठी पहिली जनुक थेरपी यशस्वीपणे करण्यात आली.