पुनरावर्ती डीएनए: तकनीक, अनुप्रयोग और बुनियादी बातें - जीवविज्ञान - 2025

पुनः संयोजक डीएनए (rDNA या rDNA) प्रयोगशाला में बनाया है, ब्याज संगठनों के दो खंडों को एकीकृत करके एक कृत्रिम न्यूक्लिक एसिड अणु है। यह हाइब्रिड संपत्ति के लिए धन्यवाद, काइमेरिक डीएनए के रूप में भी जाना जाता है। इस प्रकार का डीएनए प्रकृति में नहीं पाया जाता है।

इसे उत्पन्न करने के लिए मूल पद्धति में शामिल हैं: (ए) एक लक्ष्य डीएनए का चयन, और एक अन्य डीएनए टुकड़ा (आमतौर पर एक जीवाणु प्लास्मिड) में इसका सम्मिलन; (b) इस प्लाज्मिड का एक जीवाणु में परिचय, (c) एंटीबायोटिक्स के माध्यम से बैक्टीरिया का चयन और अंत में (d) जीन की अभिव्यक्ति।

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तकनीक एंजाइम के एक सेट का लाभ उठाती है जो शोधकर्ता के फैसले के अनुसार विशिष्ट डीएनए अंशों को कॉपी और पेस्ट करना संभव बनाता है।

पुनः संयोजक प्रौद्योगिकी का लक्ष्य है, ज्यादातर मामलों में, एक प्रोटीन की अभिव्यक्ति (जिसे एक पुनः संयोजक प्रोटीन के रूप में जाना जाता है) भविष्य के शोध के लिए आणविक जीवविज्ञानी द्वारा वांछित या वाणिज्यिक और चिकित्सीय मूल्य का एक प्रोटीन बनाने के लिए - जैसे मानव इंसुलिन उदाहरण के लिए।

पुनः संयोजक डीएनए तकनीक की मूल बातें और आनुवंशिक इंजीनियरिंग में इसका उपयोग

आणविक जीव विज्ञान की केंद्रीय हठधर्मिता

सभी जैविक प्राणी जिन्हें हम जानते हैं, वे कई विशेषताओं को साझा करते हैं। उनमें से एक आनुवंशिक सामग्री की प्रकृति और प्रोटीन बनाने का तरीका है - आणविक जीव विज्ञान के केंद्रीय "हठधर्मिता" के रूप में जाना जाता है।

वायरस के एक जोड़े के अपवाद के साथ, सभी जीव डीएनए (डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक एसिड) में आनुवंशिक जानकारी संग्रहीत करते हैं, सेल के नाभिक में बहुत कॉम्पैक्ट और संगठित तरीके से एकत्र होते हैं।

जीन अभिव्यक्ति के लिए, डीएनए अणु को मैसेंजर आरएनए में स्थानांतरित किया जाता है, और बाद में प्रोटीन के निर्माण ब्लॉकों अमीनो एसिड की भाषा में अनुवाद किया जाता है।

एक पुनः संयोजक डीएनए क्या है?

1970 और 1980 के दशक के बीच, आणविक जीवविज्ञानी प्रक्रियाओं का लाभ उठाना शुरू कर दिया जो स्वाभाविक रूप से कोशिका के अंदर होते हैं और उन्हें प्रयोगशाला में अतिरिक्त रूप से स्थापित करने में सक्षम थे।

इस तरह, एक जानवर की उत्पत्ति (उदाहरण के लिए एक कशेरुक) के एक जीन को एक जीवाणु से डीएनए के एक खंड में डाला जा सकता है; या एक जीवाणु के डीएनए को एक वायरल डीएनए के साथ जोड़ा जा सकता है। इस प्रकार, हम एक पुनः संयोजक डीएनए को दो अलग-अलग जीवों के डीएनए से बने अणु के रूप में परिभाषित कर सकते हैं।

एक बार जब यह हाइब्रिड या पुनः संयोजक अणु बनाया गया है, तो ब्याज की जीन व्यक्त की जाती है। शब्द अभिव्यक्ति के साथ हम प्रोटीन में अनुवाद की प्रक्रिया को संदर्भित करना चाहते हैं।

प्रतिबंध एंजाइम और लिगेज: प्रक्रिया की कुंजी

पुनः संयोजक डीएनए प्रौद्योगिकी विकसित करने में एक प्रमुख तत्व प्रतिबंध एंजाइमों की खोज था।

ये प्रोटीन के अणु होते हैं जो डीएनए (nucleases) को विशिष्ट अनुक्रम में "आणविक कैंची" के रूप में परोसने की क्षमता प्रदर्शित करते हैं। इन एंजाइमों द्वारा उत्पन्न टुकड़ों को प्रतिबंध के टुकड़े कहा जाता है।

कहा एंजाइम लक्ष्य अनुक्रम (समान ऊंचाई पर दोनों श्रृंखलाओं में) या असममित कटौती में सममित कटौती का उत्पादन कर सकते हैं। प्रतिबंध एंजाइमों की कार्रवाई का एक प्रमुख पहलू यह है कि जंजीरों के दरार के बाद, एक "ढीली धार" प्राप्त की जाती है, उसी एंजाइम द्वारा काटे गए दूसरे किनारे के पूरक।

कुछ उदाहरण ECOR 1 और Sma 1. हैं। वर्तमान में 200 से अधिक प्रकार के प्रतिबंध एंजाइम ज्ञात और व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हैं।

उपयोगी होने के लिए, एक कैंची गोंद के साथ होनी चाहिए। डीएनए की यह सीलिंग कार्रवाई (पहले प्रतिबंध एंजाइमों के साथ इलाज) लिगिस द्वारा की जाती है।

तकनीक: किसी जीव के डीएनए को प्रयोगशाला में कृत्रिम रूप से कैसे संशोधित किया जाता है?

नीचे हम मुख्य चरणों का वर्णन करेंगे जो पुनः संयोजक डीएनए तकनीक की आवश्यकता होती है। सभी को आणविक जीव विज्ञान प्रयोगशाला में पेशेवरों द्वारा किया जाता है।

एक "क्लोन" क्या है?

प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल के साथ जारी रखने से पहले, हमें ध्यान देना चाहिए कि आणविक जीव विज्ञान और जैव प्रौद्योगिकी में "क्लोन" और क्रिया "क्लोन" शब्द का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। इससे भ्रम पैदा हो सकता है।

इस संदर्भ में, हम एक संपूर्ण जीव के क्लोनिंग का उल्लेख नहीं कर रहे हैं (उदाहरण के लिए प्रसिद्ध डॉली भेड़ के मामले में), लेकिन डीएनए के एक टुकड़े की क्लोनिंग के लिए, जो एक जीन हो सकता है। यही है, अनुक्रम की - आनुवंशिक रूप से समान - कई प्रतियों का उत्पादन।

1. अलगाव और डीएनए की प्राप्ति

पहला कदम यह तय करना है कि आप किस क्रम का उपयोग करना चाहते हैं। यह पूरी तरह से शोधकर्ता और उसके काम के उद्देश्यों पर निर्भर करता है। इस डीएनए को तब अलग और शुद्ध किया जाना चाहिए। इसे प्राप्त करने के तरीके और प्रक्रियाएं शरीर और ऊतक पर निर्भर करती हैं।

आम तौर पर, ऊतक का एक टुकड़ा लिया जाता है और प्रोटीनस के (एक प्रोटियोलिटिक एंजाइम) के साथ एक लसीका बफर में उपचार के अधीन होता है और फिर डीएनए निकाला जाता है। इसके बाद, आनुवंशिक सामग्री को छोटे टुकड़ों में विभाजित किया जाता है।

2. क्लोनिंग वेक्टर

प्रारंभिक चरणों के बाद, शोधकर्ता ब्याज के डीएनए खंड को क्लोनिंग वेक्टर में पेश करना चाहता है। अब से हम डीएनए के इस खंड को सफेद डीएनए कहेंगे।

प्लास्मिड

बैक्टीरियल मूल के एक प्लाज्मिड में सबसे अधिक इस्तेमाल किया वैक्टर में से एक। एक प्लास्मिड एक डबल-असहाय, परिपत्र डीएनए अणु है जो स्वाभाविक रूप से बैक्टीरिया में पाया जाता है। वे बैक्टीरिया के गुणसूत्र के लिए विदेशी हैं - अर्थात, वे एक्स्ट्राक्रोमोसोमल हैं, और इन प्रोकैरियोट्स में स्वाभाविक रूप से पाए जाते हैं।

एक वेक्टर के मूल तत्व हैं: (ए) प्रतिकृति की उत्पत्ति, जो डीएनए संश्लेषण की अनुमति देता है; (b) चयन एजेंट, जो लक्ष्य डीएनए के साथ प्लास्मिड ले जाने वाले जीवों की पहचान करना संभव बनाता है, जैसे कि कुछ एंटीबायोटिक का प्रतिरोध; और (सी) बहुसंकेतन स्थल, जहां उन अनुक्रमों को मान्यता दी जाएगी जहां प्रतिबंध एंजाइम पाए जाते हैं।

प्रयोगशाला में पहले सफल पुनः संयोजक डीएनए को जीवाणु ई। कोलाई से प्लास्मिड pSC101 में क्लोन किया गया था। इसमें प्रतिबंध की उत्पत्ति के अलावा, प्रतिबंध एंजाइम EcoRI के लिए प्रतिबंध साइट और एंटीबायोटिक के प्रतिरोध के लिए एक जीन शामिल है।

प्लास्मिड में लक्ष्य डीएनए का सम्मिलन पिछले अनुभाग में वर्णित प्रतिबंध एंजाइमों और लिगेज के आणविक साधनों का उपयोग करके किया जाता है।

शेष वेक्टर प्रकार

प्लास्मिड के अलावा, डीएनए को अन्य वेक्टर में डाला जा सकता है, जैसे कि बैक्टीरियोफेज लैम्ब्डा, कोस्मिड्स, YAC (खमीर कृत्रिम गुणसूत्र), BACs (बैक्टीरियल कृत्रिम गुणसूत्र), और फेगेमिड्स।

3. पुनः संयोजक डीएनए का परिचय

एक बार पुनः संयोजक डीएनए अणु (प्लास्मिड या अन्य वेक्टर में रुचि का जीन) प्राप्त होने के बाद, इसे एक मेजबान या मेजबान जीव में पेश किया जाता है, जो एक जीवाणु हो सकता है।

एक जीवाणु में विदेशी डीएनए को पेश करने के लिए, जीवाणु परिवर्तन नामक एक तकनीक का उपयोग किया जाता है, जहां जीव को शिथिलीकरण के साथ उपचार के अधीन किया जाता है जो डीएनए को लेने के लिए अतिसंवेदनशील बनाता है।

विधिपूर्वक, हम गारंटी नहीं दे सकते हैं कि हमारी संस्कृति में 100% बैक्टीरिया ने प्रभावी रूप से हमारे पुनः संयोजक डीएनए अणु को ले लिया है। यह वह जगह है जहाँ प्लाज्मिड के जिस हिस्से में एंटीबायोटिक प्रतिरोध होता है वह खेलने में आता है।

इस प्रकार, बैक्टीरिया जिसने प्लास्मिड को लिया है, वह एक निश्चित एंटीबायोटिक के लिए प्रतिरोधी होगा। उन्हें चुनने के लिए, यह कहा जाता है कि एंटीबायोटिक लागू करने और बचे लोगों को लेने के लिए पर्याप्त होगा।

4. "हार्वेस्ट" प्रोटीन

हमारे पुनः संयोजक डीएनए के साथ बैक्टीरिया का चयन करने के बाद, हम ब्याज के प्रोटीन उत्पाद को उत्पन्न करने के लिए मेजबान के एंजाइमेटिक मशीनरी का उपयोग करने के लिए आगे बढ़ते हैं। जैसा कि बैक्टीरिया पुन: उत्पन्न करते हैं, प्लास्मिड को उनकी संतानों को पारित किया जाता है, इसलिए यह विभाजन के दौरान खो नहीं जाता है।

यह प्रक्रिया एक प्रकार के प्रोटीन "कारखाने" के रूप में बैक्टीरिया का उपयोग करती है। बाद में हम देखेंगे कि यह प्रभावी चिकित्सा उपचार के विकास में एक बहुत ही प्रासंगिक प्रक्रिया है।

एक बार जब संस्कृति तैयार हो जाती है और बैक्टीरिया ने बड़ी मात्रा में प्रोटीन का उत्पादन किया है, तो कोशिका को लाइसिन या बाधित किया जाता है। जैव रासायनिक तकनीकों की एक विस्तृत श्रृंखला है जो प्रोटीनों को उनके भौतिक रासायनिक विशेषताओं के अनुसार शुद्धिकरण की अनुमति देती है।

एक अन्य प्रायोगिक संदर्भ में, हम प्रोटीन बनाने में रुचि नहीं ले सकते हैं, लेकिन हम डीएनए अनुक्रम को प्रति प्राप्त करने में रुचि रखते हैं। यदि ऐसा होता है, तो प्लास्मिड का उपयोग संबंधित खंडों की पर्याप्त प्रतियां बनाने के लिए किया जाएगा ताकि प्रासंगिक प्रयोगों को पूरा करने के लिए लक्ष्य डीएनए के लिए पर्याप्त हो।

अनुप्रयोग

रिकॉम्बिनेंट डीएनए तकनीक ने आणविक जीव विज्ञान, जैव प्रौद्योगिकी, चिकित्सा और अन्य संबंधित क्षेत्रों में अनंत संभावनाओं को खोल दिया। इसके सबसे उत्कृष्ट अनुप्रयोग निम्नलिखित हैं।

आनुवंशिक विश्लेषण

पहला आवेदन सीधे आणविक जीव विज्ञान प्रयोगशालाओं से संबंधित है। पुनः संयोजक डीएनए तकनीक शोधकर्ताओं को जीन के सामान्य कार्य को समझने में सक्षम बनाती है, और उत्पन्न प्रोटीन का उपयोग आगे के शोध में किया जा सकता है।

दवाइयों की फैक्ट्री

पुनः संयोजक डीएनए प्रक्रिया का उपयोग करके उत्पादित प्रोटीन में दवा के अनुप्रयोग होते हैं। क्षेत्र में दो बहुत ही प्रासंगिक उदाहरण मानव इंसुलिन और वृद्धि हार्मोन हैं, जो उन रोगियों में लागू किया जाता है जिनके पास इस प्रोटीन की कमी है।

पुनः संयोजक डीएनए के लिए धन्यवाद, ये प्रोटीन उन्हें किसी अन्य मानव से निकालने की आवश्यकता के बिना उत्पन्न हो सकते हैं, जो अतिरिक्त कार्यप्रणाली जटिलताओं और स्वास्थ्य जोखिमों का प्रतिनिधित्व करता है। इसने अनगिनत रोगियों के लिए जीवन की गुणवत्ता में सुधार करने में मदद की है।

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