जीवशास्त्र आणि तंत्रज्ञान यांच्या संयोजनातून तयार झालेली जैवतंत्रज्ञान ही एक विज्ञानाची शाखा आहे. यामध्ये मानवी आरोग्य सुधारण्यासाठी जैविक प्रक्रिया किंवा जैविक प्रणाली यांचा वापर केला जातो. तसेच विशिष्ट उद्दिष्टांसह उत्पादने विकसित करण्यासाठी सजीव, जीवंत पेशी किंवा त्यांच्या घटकांचा (उदा., डीएनए) उपयोग केला जातो. सदर नोंदीमध्ये जैवतंत्रज्ञानाच्या प्रचलित साधनांची थोडक्यात माहिती दिली आहे.
(१) निर्बंधन विकर (Restriction enzyme) : (रेण्वीय कातर). निर्बंधन विकर डीएनए रेणूचे विशिष्ट ठिकाणी किंवा विशिष्ट स्थानाजवळ तुकडे करते. अशा ज्या ठिकाणी डीएनए रेणूचे तुकडे होतात अशा ठिकाणास निर्बंधन स्थान (Restriction site) असे म्हणतात. बहुतेक निर्बंधन विकरे एन्डोन्यूक्लिएज (Endonuclease) गटातील आहेत. विकर ज्या ठिकाणी डीएनए रेणूचा तुकडा करते यावरून त्याचा प्रकार ठरतो. त्यांची रचना आणि कार्यद्रव्य (Substrate) यावर विकर कार्य करते. यावरून निर्बंधन विकराचा प्रकार ठरतो. ही विकरे शर्करा फॉस्फेट कणा असलेल्या डीएनएच्या दोन्ही धाग्याचे त्याच्या रचनेनुसार तुकडे करतात. जीवाणू स्वत:च्या पेशीमध्ये विषाणूची वाढ थांबवण्यासाठी अशा निर्बंधन विकरांची निर्मिती करतात.
(२) अगार जेल विद्युतभारित कणसंचलन (Agar gel electrophoresis) : पेशींच्या वृद्धी मिश्रणातून शुद्ध डीएनए मिळवण्यासाठी किंवा निर्बंधन विकर प्रक्रियेनंतर मिळवलेला डीएनए प्रत्यक्ष प्रयोगासाठी पाहून वेगळा करण्यासाठी विद्युत कण संचलन क्रियेचा वापर करावा लागतो. अशा क्रियेचा प्रारंभ कागद वर्णलेखन (Paper Chromatography) यापासून झाला आहे. या तंत्रात सुधारणा होत होत आता अधिक रेणूभार असलेले बहुवारीक (Polymer) रेणू वेगळे करणे व प्रत्यक्ष पाहणे यासाठी विद्युतभारीत कण संचलन पद्धत वापरण्यात येते. यासाठी अगार माध्यम विशिष्ट उभयरोधी द्रावणामध्ये ठेवून विद्युत प्रवाहाच्या साहाय्याने रेणूभारानुसार माध्यमावर रेणू विचलन करण्यात येते. रेणू दृश्यमान होण्यासाठी क्रिस्टल किंवा जेंशन व्हायोलेट (Crystal or gentian violet) या रंगद्रव्याचा वापर केला जातो. यामुळे आवश्यक डीएनए वेगळा करून त्यामध्ये क्रमनिर्धारणानुसार काय बदल झाला आहे हे शोधणे या प्रक्रियेत अचूकपणा येतो.
(३) डीएनएबंधी विकर (DNA ligases) : जनुकीय संशोधनामध्ये दोन किंवा त्याहून अधिक डीएनए क्रम परस्परांबरोबर जोडून पुन:संयोजी डीएनए (Recombinant DNA) बनवण्याची आवश्यकता असते. कधीकधी निर्बंधन विकरामुळे सुटी झालेली वर्तुळाकृती डीएनएची टोके पुन्हा जोडावी लागतात. डीएनएबंधी विकर अशा वेळी उपयोगी पडते. डीएनए बंधी विकर न्यूक्लिइक अम्ल साखळी सहसंयोजी बंध पुन:स्थापित करते. या क्रियेसाठी डीएनए बहुवारिकन विकरे आणि पॉलिन्यूक्लिओटाइड कायनेझ (Polynucleotide kinase) ही विकरे या दोन टोकामधील जागा भरण्याचे किंवा डीएनएच्या ५’ टोकाचे फॉस्फोरिलीकरण (Phosphorylation) करू शकतात.
(४) बहुवारिकन विकरे (Polymerisation enzyme or polymerase) : केंद्रकाम्लाची निर्मिती करणाऱ्या विकरांना बहुवारिकन विकरे म्हणतात. ही विकरे ज्या केंद्रकाम्लाच्या साच्याप्रमाणे केंद्रकाम्ल बनवतात त्याच्या नावावरून ती ओळखली जातात. त्यांचे डीएनए बहुवारिकन विकरे (DNA Polymerases) व आरएनए बहुवारिकन विकरे (RNA Polymerases) असे दोन मुख्य प्रकार आहेत. हे एक महत्त्वाचे विकर असून ते न्यूक्लिओटाइड जोडून डीएनए किंवा आरएनएच्या लांब साखळ्या तयार करते. तसेच डीएनए प्रतिकृतिकरण (NA replication; डीएनएच्या प्रती बनवणे) आणि डीएनए संकेतअनुलेखी विकर (DNA transcriptase; डीएनएपासून आरएनए बनवणे) यांसारख्या जैविक प्रक्रियांसाठी ते मूलभूत यंत्रणा म्हणून काम करते.
(५) बहुवारिकन विकर साखळी प्रक्रिया (Polymerase Chain Reaction) : या प्रक्रियेमध्ये डीएनए साखळी अतिशय वेगाने पुन्हा पुन्हा तयार होते. एका वेळी हव्या त्या डीएनए क्रमाचे एकसारखे २५ ते ७५ तुकडे तयार करण्याची क्षमता या तंत्रात आहे. जो क्रम तयार करायचा त्याच्या पूर्वीच्या क्रमाप्रमाणे तंतोतंत नवा क्रम तयार व्हायला काही मिनिटांचाच अवधी लागतो. नवा रेणू त्यापासून तयार होणाऱ्या रेणू क्रमाचा साचा म्हणून उपयोग केल्याने मूळ रेणू व त्याची प्रत तंतोतंत एकसारखी असते.
(६) अकेंद्रकी आश्रयी (Prokaryotic Host) : सर्वप्रथम ई. कोलाय जीवाणूचा डीएनए तंत्रामध्ये वापर करण्यात आला. सद्यस्थितीतही संशोधनाकरिता ई. कोलाय हा पहिल्या पसंतीचा सजीव आहे. साधी रचना असलेला हा जीवाणू ग्राम ऋण लक्षणाचा असून मानवी व सस्तन प्राण्याच्या आतड्यामध्ये आढळतो. जैवतंत्रज्ञानात प्रतिनिधिक सजीव म्हणून याचा सतत वापर केला जातो. प्रयोगशाळेत त्याचे दर वीस मिनिटांत विभाजन करता येते. विभाजनाबरोबर जीवाणू पेशीतील प्लाझ्मिडचे (गुणसूत्र बाह्य डीएनए) देखील विभाजन होते. याप्रमाणे प्लाझ्मिडच्या लक्षावधी प्रती मिळवता येतात.
(७) केंद्रकी आश्रय (Eukaryotic Host) : जैवतंत्रज्ञान क्रियेतून मानवी प्रथिन निर्मितीसाठी केंद्रकी पेशी असलेला आश्रयी शोधावा लागतो. अशा पेशीमध्ये पेशी अंगके असल्यास किचकट प्रथिनांची निर्मिती सुरळीत होते. यासाठी सहज उपलब्ध असलेल्या व मानवी पेशीपासून फार वेगळा नसलेल्या पेशीच्या शोधातून किण्व पेशीची निवड करण्यात आली. या एकपेशीय सजीवाचे नाव सॅकॅरोमायसिस सेरेव्हिसी (Saccharomyces cerevisiae) असे असून तो पाव आणि मद्य उद्योगांत कित्येक वर्षे वापरात आहे. याचे एक वैशिष्ट्य म्हणजे हा सजीव निरुपद्रवी (Non-pathogenic) आहे. जनुकांचे क्लोन (Clone) तयार करण्यासाठी काही कवके सुद्धा वापरता येतात.
(८) स्वप्रतिनिर्मितीक्षम लघु डीएनएची निवड (Selection of Small Self-Replicating DNA) : जीवाणू पेशीमध्ये जीवाणूच्या गुणसूत्राबाहेर असलेले परंतु, विभाजनक्षम डीएनएचे क्रम असतात. असा गुणसूत्रबाह्य डीएनए प्लाझ्मिड (Plasmid) या नावाने ओळखला जातो. प्लाझ्मिडचा निवडलेला डीएनए क्रम इच्छित ठिकाणी वाहून नेण्यासाठी वापर करण्यात येतो. जैवतंत्रज्ञान प्रयोगात आवश्यक जनुकाच्या प्रती काढल्या म्हणजे जनुक आणि प्लाझ्मिड निर्बंधन विकराच्या साहाय्याने तुकडे करणे व बंधन विकराच्या साहाय्याने जोडता येते. याला जैवतंत्रज्ञान शाखेत पुन:संयोजित डीएनए (Recombinant DNA) म्हणतात. जीवाणुभक्षी (Bacteriophage) यासारख्या विषाणूच्या डीएनएचा वाहक (Vector) म्हणून वापर केल्यास त्याला प्लाझ्मिड ऐवजी कॉस्मिड (Cosmid) म्हणतात. कारण अशा मिश्रणात जीवाणुभक्षीची जनुके असतात.
(९) रचनांतरण (Transformation) : प्लाझ्मिडसारख्या वाहकात असलेला जनुकीय क्रम नव्या आश्रयी पेशीमध्ये स्थापित करण्याच्या क्रियेस रचनांतरण म्हणतात. या क्रियेमध्ये आश्रयी पेशी बाह्य बदलाबरोबर जुळल्या म्हणजे त्या रोगवाहकासाठी पारगम्य किंवा अर्धपार्य (Permeable) होतात. या तंत्रास विद्युत-छिद्रण (Electroporation) असे म्हणतात. पेशी विद्युत प्रभावाखाली ठेवल्यास पेशीआवरणातून रसायने, औषधी संयुगे किंवा डीएनए तात्पुरती पारगम्य होतात. प्लाझ्मिडचा आकार जेवढा अधिक मोठा असेल तेवढा मोठ्या डीएनए रेणूस सामावून घेणे पेशीस अवघड होते. त्यासाठी मोठ्या रेणूभाराचे डीएनए क्रम विषाणूबरोबर कॉझ्मिड करावे लागतात. असे डीएनएचे भाग गुणसूत्रामध्ये घालण्याचे प्रयत्न झाले आहेत. परंतु, यामुळे गुंतागुंत वाढते किंवा कर्करोग उद्भवल्याची उदाहरणे आढळली आहेत.
(१०) सुधारित जनुकीय सजीवांचा शोध (Methods to Select Transgenic Organisms) : मानवी आवश्यक जनुके मेंढी किंवा योग्य प्राण्यामध्ये अंतर्भूत करून त्या जनुकीय बदल केलेल्या प्राण्यामधून आवश्यक प्रथिने मिळवता येतात. मेंढीच्या क्लोनमधील दुधात मानवी वृद्धी संप्रेरक मिळवण्याचे यशस्वी प्रयोग झालेले आहेत. ज्या प्रायोगिक सजीवाची जनुकीय बदल करून निर्मिती करण्यात येते अशा सजीवास सुधारित जनुकीय सजीव असे म्हणतात. बहुधा प्लाझ्मिडमधील जनुके प्रतिजैविक विरोधी असतात. अशा प्रतिजैविक विरोधी पेशी वृद्धी माध्यमात वाढवून त्यांचे प्रतिजैविक रोधी तपासणी करता येते. अशा पेशी जनुक बदलून संशोधन करता येते. सध्या औषधे किंवा मानवी संप्रेरके जनुकीय बदल केलेल्या सजीवातून मिळवता येतात [उदा. नॉकडाऊन माऊस (Knockdown mouse)].
पहा : जैवतंत्रज्ञान साधने : प्लाझ्मिड, डीएनए बंधी विकरे, निर्बंधन विकर, प्रातिनिधिक सजीव : ई. कोलाय.
संदर्भ :
- https://explorebiotech.com/10-tools-for-genetic-engineering/
- https://www.biotech.wisc.edu/outreachold/resources/biotechnology-story/tools-of-biotechnology
समीक्षक : प्रमोद जोगळेकर
Discover more from मराठी विश्वकोश
Subscribe to get the latest posts sent to your email.
