जैव प्रौद्योगिकी - सिद्धांत व प्रक्रम (Biotechnology: Principles And Processes) कक्षा 12 जीव विज्ञान

जैव प्रौद्योगिकी (Biotechnology) वह विज्ञान है जिसमें जीवों, कोशिकाओं या उनके एंजाइमों का उपयोग करके मनुष्य के लिए उपयोगी उत्पाद बनाए जाते हैं।

जैव प्रौद्योगिकी के दो मुख्य आधार:

जीववैज्ञानिक आधार – सूक्ष्मजीव, पौधे, पशु कोशिकाएँ
तकनीकी आधार – DNA तकनीक, सेल कल्चर, किण्वन, आनुवंशिक अभियांत्रिकी

1. जैव प्रौद्योगिकी के प्रमुख सिद्धांत

A. सही जैव प्रौद्योगिकी के लिए आवश्यक शर्तें

जैविक स्रोत की शुद्धता
नियंत्रित परिस्थितियाँ
उपयुक्त वाहक (Vector)
जीनों का स्थानांतरण
लक्षित उत्पाद की अभिव्यक्ति

B. मुख्य सिद्धांत

जैव प्रौद्योगिकी के दो मूल सिद्धांत हैं:

1. वांछित DNA का पृथक्करण

किसी उपयोगी जीन को DNA से अलग करना

2. उस DNA का किसी दूसरे जीव में स्थानांतरण

अलग किए गए जीन को किसी उपयुक्त होस्ट जीव में डालना

2. पुनर्योगज DNA प्रौद्योगिकी (Recombinant DNA Technology)

A. परिभाषा

दो अलग-अलग जीवों के DNA को जोड़कर नया DNA बनाना पुनर्योगज DNA कहलाता है।

B. इस तकनीक के चरण

DNA का पृथक्करण
DNA का काटना
DNA खंडों का जोड़ना
पुनर्योगज DNA का होस्ट में प्रवेश
चयन और अभिव्यक्ति

3. जैव प्रौद्योगिकी के लिए उपयोगी उपकरण (Tools of Biotechnology)

A. प्रतिबंधन एंजाइम (Restriction Enzymes)

ये DNA को विशिष्ट स्थानों पर काटते हैं।

मुख्य विशेषताएँ:

आणविक कैंची की तरह काम करते हैं
विशिष्ट recognition sequence पहचानते हैं
अक्सर पालिंड्रोमिक अनुक्रम काटते हैं

उदाहरण:

EcoRI
HindIII
BamHI

B. DNA लाइगेज़ (DNA Ligase)

DNA खंडों को जोड़ता है
फॉस्फोडाइएस्टर बंध बनाता है

C. वेक्टर (Vector)

वेक्टर वह DNA अणु है जो वांछित जीन को होस्ट में पहुँचाता है।

वेक्टर के प्रकार:

प्लाज्मिड
बैक्टीरियोफेज
कॉसमिड
BAC
YAC

D. होस्ट कोशिका (Host Cell)

वह कोशिका जिसमें पुनर्योगज DNA डाला जाता है
सामान्यतः E. coli, यीस्ट, पौधे की कोशिकाएँ, पशु कोशिकाएँ

4. प्रतिबंधन एंजाइम

A. पहचान स्थल

प्रतिबंधन एंजाइम DNA के palindromic sequence को पहचानते हैं।

उदाहरण: EcoRI

5' GAATTC 3'3' CTTAAG 5'

यह अनुक्रम बीच में काटा जाता है।

B. चिपचिपे सिरे (Sticky ends)

कुछ एंजाइम DNA को इस तरह काटते हैं कि एकल-श्रृंखला छोर बनते हैं।

ये छोर आसानी से पूरक छोर से जुड़ जाते हैं।

C. कुंद सिरे (Blunt ends)

कुछ एंजाइम सीधे काटते हैं, जिससे समतल सिरा बनता है।

5. वेक्टर की विशेषताएँ

एक अच्छा वेक्टर:

Origin of replication (ori) रखता हो
Selectable marker हो
Multiple cloning site (MCS) हो
आकार में छोटा हो
होस्ट में आसानी से प्रवेश कर सके

Selectable markers

ऐसे जीन जो transformed कोशिकाओं को पहचानने में मदद करते हैं
उदाहरण: antibiotic resistance genes

6. जीन स्थानांतरण की विधियाँ

A. भौतिक विधियाँ

Microinjection
Biolistics / Gene gun
Electroporation

B. रासायनिक विधियाँ

CaCl₂ treatment
PEG treatment

C. जैविक विधियाँ

Agrobacterium tumefaciens का उपयोग
Viral vectors

7. PCR (Polymerase Chain Reaction)

A. परिभाषा

DNA के किसी विशेष खंड की बहुत सारी प्रतियाँ बनाने की तकनीक।

B. PCR के चरण

Denaturation – DNA की दो श्रृंखलाएँ अलग होती हैं
Annealing – primers DNA से जुड़ते हैं
Extension – DNA polymerase नया DNA बनाता है

C. उपयोग

DNA amplification
रोग निदान
फॉरेंसिक जाँच
जीन क्लोनिंग

8. जीन क्लोनिंग

परिभाषा

किसी जीन की अनेक समान प्रतियाँ बनाना जीन क्लोनिंग कहलाता है।

मुख्य चरण

लक्षित जीन अलग करना
वेक्टर में जोड़ना
होस्ट कोशिका में प्रवेश
चयन
बहुगुणन

9. जैव प्रौद्योगिकी में एंजाइमों की भूमिका

एंजाइम	कार्य
Restriction endonuclease	DNA को काटना
DNA ligase	DNA जोड़ना
DNA polymerase	DNA बनाना
Reverse transcriptase	RNA से DNA बनाना

10. क्लोनिंग वेक्टर: प्लाज्मिड pBR322

विशेषताएँ

ori
ampR और tetR जीन
restriction sites

महत्व

जीन क्लोनिंग में बहुत उपयोगी
चयन के लिए antibiotic resistance markers

11. मानव इंसुलिन का उत्पादन

प्रक्रिया

इंसुलिन जीन अलग करना
जीन को प्लाज्मिड में जोड़ना
प्लाज्मिड को बैक्टीरिया में प्रवेश कराना
बैक्टीरिया द्वारा इंसुलिन उत्पादन

महत्व

diabetes के इलाज में उपयोगी
पारंपरिक पशु-आधारित इंसुलिन से अधिक शुद्ध

12. महत्वपूर्ण अंतर

A. Restriction enzyme और ligase में अंतर

विशेषता	Restriction enzyme	Ligase
कार्य	काटना	जोड़ना
प्रकृति	endonuclease	joining enzyme

B. Sticky end और blunt end

विशेषता	Sticky end	Blunt end
छोर	single-stranded overhang	smooth, straight cut
जोड़ना	आसान	अपेक्षाकृत कठिन

13. महत्वपूर्ण प्रश्न और उत्तर

Q1. जैव प्रौद्योगिकी क्या है?

उत्तर: जीवों, कोशिकाओं या एंजाइमों का उपयोग करके मानव-उपयोगी उत्पाद बनाने की प्रक्रिया को जैव प्रौद्योगिकी कहते हैं।

Q2. प्रतिबंधन एंजाइम क्या हैं?

उत्तर: वे एंजाइम जो DNA को विशिष्ट recognition sites पर काटते हैं।

Q3. PCR का क्या उपयोग है?

उत्तर: DNA के विशेष खंड की अनेक प्रतियाँ बनाने के लिए PCR का उपयोग होता है।

Q4. वेक्टर की क्या भूमिका है?

उत्तर: वेक्टर वांछित जीन को होस्ट कोशिका तक पहुँचाता है।

Q5. इंसुलिन उत्पादन में जैव प्रौद्योगिकी कैसे काम करती है?

उत्तर: इंसुलिन जीन को प्लाज्मिड में जोड़कर बैक्टीरिया में डाला जाता है, जहाँ वह इंसुलिन बनाता है।