Biotechnology आणि rDNA ची साधने
मागील धड्यात पारंपरिक पद्धतींनी अन्न वाढवले; येथे जनुकांमध्ये थेट बदल करून नवे उपाय कसे शोधतात ते शिकतो.
दह्यापासून लोणी, ब्रेडसाठी यीस्ट — सजीवांचा वापर; आता जनुके जोडून नवे गुणही तयार करता येतात.
Biotechnology = सजीव किंवा त्यांच्या भागांचा वापर करून उत्पादने/सेवा तयार करणे. rDNA = दोन वेगळ्या स्रोतांच्या DNA ला जोडून बनलेला नवा DNA.
आकृतीत : rDNA ची साधने.
Biotechnology आणि rDNA ची साधने
ॲपमध्ये ही आकृती हाताने हलवून बघता येते.
ॲपमध्ये उघडानियम 1 : Restriction enzyme आणि ligase — Restriction endonuclease DNA ला विशिष्ट क्रमावर कापतो; क्रम palindrome — दोन्ही धाग्यांवर 5'→3' दिशेने सारखा. उदा. EcoRI : GAATTC; E. coli RY13 पासून. कापल्यावर sticky ends (जोडण्यास सोपे). Exonuclease टोकापासून, endonuclease आतून कापतो. DNA ligase तुकडे जोडतो. पहिला rDNA : Cohen आणि Boyer, 1973 (Salmonella प्लास्मिडला दुसरे जनुक).
- सोपे : EcoRI : GAATTC.
- मध्यम : Ligase = डिंक.
- परीक्षेसाठी (CET) : Restriction = कात्री.
नियम 2 : Vector आणि host — Vector = जनुक वाहून नेणारे DNA: plasmid (गोलाकार DNA; उदा. pBR322, ori + antibiotic marker), bacteriophage, Ti plasmid (Agrobacterium) वनस्पतींसाठी, retrovirus प्राण्यांसाठी. चांगल्या vector चे गुण : ori (प्रतिकृतीसाठी), selectable marker, cloning site, लहान आकार. Host : E. coli, Agrobacterium, यीस्ट, प्राणी-पेशी.
- सोपे : pBR322 = plasmid vector.
- मध्यम : Ti = Agrobacterium.
- परीक्षेसाठी (CET) : Ori = प्रतिकृती.
कात्री (restriction) + डिंक (ligase) + गाडी (vector) + घर (host).
‘Ligase DNA कापतो’ चूक (जोडतो). सापळा : ‘Palindrome फक्त एका धाग्यावर’ चूक.
आठवणीची युक्ती : "Restriction = Rip; Ligase = Link".
फरक ओळखा
| साधन | कार्य |
|---|---|
| Restriction enzyme | कापणे |
| DNA ligase | जोडणे |
| Vector | वाहून नेणे |
सरावासाठी प्रश्न
- 1EcoRI क्रम?
- 2पहिला rDNA?
- 3Sticky ends?
- 4Ligase?
- 5pBR322?
- 6वनस्पती vector?
- 7Ori कशासाठी?
- 8Exonuclease?
उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)
- 1GAATTC.
- 2Cohen आणि Boyer, 1973.
- 3कापल्यावर उरलेली एकधागी टोके.
- 4DNA तुकडे जोडते.
- 5Plasmid vector.
- 6Ti plasmid.
- 7प्रतिकृती सुरू करण्यास.
- 8DNA च्या टोकापासून.
जनुक-क्लोनिंग आणि PCR
फोटोकॉपी मशीन एका पानाच्या अनेक प्रती काढते — PCR एका DNA तुकड्याच्या लाखो प्रती.
Gene cloning = इष्ट जनुकाच्या अनेक समान प्रती तयार करणे. PCR = DNA च्या विशिष्ट भागाची परीक्षा-नलिकेत जलद वाढ.
आकृतीत : जनुक-क्लोनिंगच्या पायऱ्या.
जनुक-क्लोनिंग आणि PCR
ॲपमध्ये ही आकृती हाताने हलवून बघता येते.
ॲपमध्ये उघडानियम 1 : क्लोनिंगच्या पायऱ्या — (1) DNA वेगळा करणे : पेशी फोडणे — lysozyme (जीवाणू), cellulase (वनस्पती), chitinase (बुरशी); RNase आणि protease ने RNA/प्रथिने काढणे; ethanol ने DNA साठवणे. (2) कापणे : restriction enzyme; agarose gel electrophoresis मध्ये तुकडे आकारानुसार; DNA ऋणभारित ⇒ anode कडे; ethidium bromide + UV ने दिसतात. (3) जोडणे : ligase ⇒ recombinant DNA. (4) Host मध्ये टाकणे : transformation (CaCl₂, heat shock), microinjection, gene gun. (5) निवड : antibiotic marker, blue-white screening (lacZ मध्ये insertion ⇒ पांढरी वसाहत).
- सोपे : DNA → anode.
- मध्यम : Lysozyme = जीवाणू.
- परीक्षेसाठी (CET) : पांढरी वसाहत = recombinant.
नियम 2 : PCR — Polymerase Chain Reaction (Kary Mullis, 1983). घटक : template DNA, दोन primers, Taq polymerase (Thermus aquaticus, उष्णता-स्थिर), dNTPs. चक्र : denaturation 94°C (धागे विलग) → annealing ~54°C (primers जुळतात) → extension 72°C (नवे धागे). प्रत्येक चक्रात प्रती दुप्पट; n चक्रांत 2ⁿ. उपयोग : रोग-निदान (HIV, TB), फॉरेन्सिक, जनुक-क्लोनिंग. पुढे : bioreactor मध्ये मोठ्या प्रमाणात उत्पादन (stirred-tank, sparged).
- सोपे : 94 → 54 → 72°C.
- मध्यम : Taq = उष्णता-स्थिर.
- परीक्षेसाठी (CET) : 2ⁿ प्रती.
D-A-E : Denature, Anneal, Extend.
‘PCR मध्ये ligase वापरतात’ चूक (Taq). सापळा : ‘DNA cathode कडे जातो’ चूक (anode).
आठवणीची युक्ती : "DNA = Negative → N → Anode (A) : N-A".
फरक ओळखा
| टप्पा | तापमान |
|---|---|
| Denaturation | 94°C |
| Annealing | ~54°C |
| Extension | 72°C |
सरावासाठी प्रश्न
- 1PCR जनक?
- 2Taq स्रोत?
- 3Denaturation तापमान?
- 45 चक्रांत प्रती?
- 5DNA कडे?
- 6Gene gun?
- 7पांढरी वसाहत?
- 8वनस्पती पेशी फोडण्यास?
उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)
- 1Kary Mullis.
- 2Thermus aquaticus.
- 394°C.
- 432 (2⁵).
- 5Anode.
- 6DNA-लेपित कण पेशींत.
- 7Recombinant.
- 8Cellulase.
औषध-क्षेत्रातील उपयोग
मधुमेहींसाठी insulin पूर्वी प्राण्यांपासून मिळे; आता जीवाणू ते बनवतात.
Recombinant protein = rDNA तंत्राने बनलेले प्रथिन. Gene therapy = सदोष जनुकाऐवजी निरोगी जनुक देणे.
आकृतीत : Insulin, लस, gene therapy.
नियम 1 : Insulin आणि लस — Insulin : 51 amino acids; दोन साखळ्या A (21) आणि B (30), disulphide बंधाने. प्राण्यांतून मिळणाऱ्यामुळे allergy; म्हणून Eli Lilly ने 1983 मध्ये A आणि B साखळ्यांचे जनुक E. coli मध्ये वेगवेगळे बनवून जोडले (Humulin). Pro-insulin मध्ये मधला C-peptide काढून परिपक्व insulin तयार होते. Recombinant vaccine : उदा. hepatitis B (यीस्टमध्ये surface antigen) — संसर्ग न करता प्रतिकारशक्ती. इतर : growth hormone, interferon, clotting factor VIII.
- सोपे : A 21 + B 30.
- मध्यम : C-peptide काढतात.
- परीक्षेसाठी (CET) : Humulin 1983.
नियम 2 : Gene therapy आणि निदान — Gene therapy : प्रथम 1990, ADA कमतरता (SCID) — adenosine deaminase नसल्याने प्रतिकारशक्ती कमी; निरोगी जनुक रुग्णाच्या लसीका पेशींत; स्टेम पेशींत दिले तर कायमचा उपाय. निदान : PCR (HIV, TB लवकर), ELISA, DNA probe (एकधागी DNA + किरणोत्सारी/fluorescent चिन्ह; पूरक क्रमाला जुळते). DNA fingerprinting, genetic counselling.
- सोपे : ADA = SCID.
- मध्यम : Probe = पूरक क्रम.
- परीक्षेसाठी (CET) : Stem पेशी = कायमचा.
Insulin = A + B (21 + 30).
‘Insulin एकच साखळी’ चूक (दोन). सापळा : ‘Gene therapy फक्त औषध’ चूक (जनुक).
आठवणीची युक्ती : "A-21, B-30: 51 = 21 + 30".
फरक ओळखा
| उत्पादन | स्रोत/माध्यम |
|---|---|
| Humulin | E. coli |
| Hepatitis B लस | यीस्ट |
| Gene therapy | ADA जनुक |
सरावासाठी प्रश्न
- 1Insulin अमिनो आम्ले?
- 2A साखळी?
- 3Humulin वर्ष?
- 4C-peptide?
- 5Hepatitis B लस माध्यम?
- 6ADA कमतरता?
- 7DNA probe?
- 8ELISA?
उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)
- 151.
- 221 amino acids.
- 31983.
- 4परिपक्व होताना काढला जातो.
- 5यीस्ट.
- 6SCID.
- 7चिन्हांकित एकधागी DNA.
- 8प्रतिपिंड/प्रतिजन शोध.
Transgenic वनस्पती
कापसाच्या बोंडअळीमुळे शेतकऱ्यांचे नुकसान होई; Bt कापसाने फवारणी कमी झाली.
Transgenic = दुसऱ्या प्रजातीचे जनुक असलेला सजीव (GMO). GM पीक = जनुकीय बदल केलेले पीक.
आकृतीत : Bt cotton, golden rice, Flavr Savr.
नियम 1 : Bt cotton — Bacillus thuringiensis चे cry जनुक (Cry1Ac, Cry1Ab) कापसात. जीवाणूत protoxin असते; अळीच्या क्षारीय आतड्यात सक्रिय विष बनते ⇒ आतड्याच्या पेशींना छिद्रे ⇒ अळी मरते. मानवासह इतर प्राण्यांत हे विष सक्रिय होत नाही. उपयोग : bollworm पासून संरक्षण; फवारणी कमी. वाहक : Agrobacterium Ti plasmid. भारतात Bt cotton ला 2002 मध्ये परवानगी.
- सोपे : Cry = अळी-विष.
- मध्यम : आतडे क्षारीय.
- परीक्षेसाठी (CET) : Ti plasmid = वाहक.
नियम 2 : Golden rice, Flavr Savr, RNAi — Golden rice : β-carotene (Vitamin A पूर्वरूप) असलेला भात; जनुके डॅफोडिल आणि जीवाणूतून; Vitamin A कमतरता आणि रातांधळेपणा कमी. Flavr Savr टोमॅटो : polygalacturonase (पेक्टिन-विघटक) बंद केल्याने उशिरा मऊ — जास्त टिकतो (1994). RNA interference (RNAi) : Meloidogyne incognita (nematode) च्या जनुकाला पूरक RNA ⇒ त्याचे mRNA निष्क्रिय ⇒ तंबाखूच्या मुळांचे संरक्षण. वनस्पतींत फायदे : उत्पादन वाढ, पोषण, कमी कीटकनाशक.
- सोपे : Golden = β-carotene.
- मध्यम : Flavr Savr = टिकाऊ.
- परीक्षेसाठी (CET) : RNAi = mRNA शांत.
Bt = अळीसाठी विष, आपल्यासाठी नाही.
‘Bt विष सर्व प्राण्यांना घातक’ चूक. सापळा : ‘Golden rice लोह देतो’ चूक (Vitamin A).
आठवणीची युक्ती : "Golden = Gajar-like (β-carotene)".
फरक ओळखा
| GM पीक | गुण |
|---|---|
| Bt cotton | कीड-रोधक |
| Golden rice | Vitamin A |
| Flavr Savr | जास्त टिकतो |
सरावासाठी प्रश्न
- 1Bt चे पूर्ण रूप?
- 2Cry प्रथिन?
- 3आतडे कसे?
- 4Golden rice?
- 5Flavr Savr?
- 6RNAi?
- 7Agrobacterium?
- 8Transgenic?
उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)
- 1Bacillus thuringiensis.
- 2कीटक-विष.
- 3क्षारीय.
- 4β-carotene.
- 5उशिरा पिकणारा टोमॅटो.
- 6mRNA निष्क्रिय करणे.
- 7Ti plasmid वाहक.
- 8परकीय जनुक असलेला.
Transgenic प्राणी आणि क्लोन
औषधी प्रथिन देणाऱ्या शेळीचे दूध — प्राणी ‘छोटा कारखाना’ बनतो.
Transgenic प्राणी = परकीय जनुक असलेला प्राणी. क्लोन = एकाच पेशीपासून तयार, जनुकीयदृष्ट्या समान प्राणी.
आकृतीत : Transgenic प्राणी.
नियम 1 : उपयोग — (1) रोग-मॉडेल : कर्करोग, मधुमेह, Alzheimer साठी transgenic उंदीर. (2) लस आणि औषध-सुरक्षा चाचणी : उदा. पोलिओ लस चाचणी — माकडांऐवजी उंदीर. (3) जैविक उत्पादने : Rosie गाय (1997) — मानवी α-lactalbumin युक्त दूध; शेळीचे दूध — antithrombin. (4) रासायनिक सुरक्षा चाचणी. (5) पोषण : transgenic मासे — जलद वाढ. Knock-out उंदीर : एखादे जनुक बंद करून त्याचे कार्य समजते. Dolly (1996) मेंढी : केंद्रक-स्थानांतराने क्लोन — transgenic नव्हे.
- सोपे : Rosie = α-lactalbumin.
- मध्यम : Dolly = क्लोन.
- परीक्षेसाठी (CET) : Knock-out = जनुक बंद.
नियम 2 : नीतिमत्ता — प्रश्न : प्राण्यांना त्रास (animal welfare), निसर्गात जनुक-प्रवाह, परिसंस्थेवर परिणाम, मानवी आरोग्य, धार्मिक/नैतिक आक्षेप. म्हणून नियामक समित्या आणि कायदे; प्रयोगांना परवानगी आणि निरीक्षण; पर्यायी पद्धतींचा (कॉम्प्युटर-मॉडेल, पेशी-संवर्धन) शोध; ‘3R’ तत्त्व — Replace, Reduce, Refine. जबाबदारीने वापर आवश्यक.
- सोपे : 3R : Replace, Reduce, Refine.
- मध्यम : नियामक समिती.
- परीक्षेसाठी (CET) : जनुक-प्रवाह धोका.
Dolly = Duplicate (क्लोन), Rosie = Rich milk.
‘Dolly transgenic आहे’ चूक (क्लोन). सापळा : ‘Transgenic प्राण्यांना नियम नाहीत’ चूक.
आठवणीची युक्ती : "Rosie → Rich protein milk".
फरक ओळखा
| प्राणी | विशेष |
|---|---|
| Rosie | मानवी दूध-प्रथिन |
| Dolly | क्लोन |
| Knock-out उंदीर | जनुक बंद |
सरावासाठी प्रश्न
- 1Rosie कोण?
- 2Rosie दूध?
- 3Dolly?
- 4Knock-out?
- 5Transgenic मासे?
- 63R?
- 7एक नैतिक प्रश्न?
- 8लस चाचणी?
उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)
- 1Transgenic गाय (1997).
- 2α-lactalbumin.
- 3क्लोन केलेली मेंढी.
- 4जनुक बंद केलेला उंदीर.
- 5जलद वाढ.
- 6Replace, Reduce, Refine.
- 7प्राणी-कल्याण.
- 8लस-सुरक्षा चाचणी.
Biosafety आणि GEAC
नवे औषध बाजारात येण्याआधी चाचण्या आणि मंजुरी लागते — GM पिकांनाही तसेच.
Biosafety = जैव-तंत्रज्ञानाच्या उत्पादनांपासून आरोग्य आणि पर्यावरणाचे संरक्षण. GEAC = Genetic Engineering Appraisal Committee.
आकृतीत : Biosafety आणि GEAC.
नियम 1 : चिंता आणि GEAC — चिंता : allergy, विषारीपणा, इतर प्रजातींवर परिणाम (उदा. फुलपाखरे), जनुक-प्रवाह (GM पिकातून तणांत), प्रतिजैविक-रोधाचे प्रसारण, जैवविविधता-नुकसान. भारतात GEAC (पर्यावरण मंत्रालय) : GM पिके/उत्पादने सार्वजनिक वापराआधी सुरक्षा तपासते, क्षेत्र-चाचण्या मंजूर करते. आंतरराष्ट्रीय : Cartagena Protocol (2000). तत्त्व : लाभ आणि धोका यांचा तोल.
- सोपे : GEAC = सुरक्षा मंजुरी.
- मध्यम : Gene flow धोका.
- परीक्षेसाठी (CET) : Cartagena 2000.
नियम 2 : Biopatent आणि biopiracy — Patent = शोधावरचा मर्यादित काळाचा विशेष अधिकार. Biopatent = जैविक उत्पादन/प्रक्रियेवरील पेटंट. Biopiracy = संबंधित देश/समुदायाची परवानगी आणि लाभवाटप न करता त्यांचे जैविक संसाधन किंवा पारंपरिक ज्ञान वापरणे. वाद : बासमती (अमेरिकेत), हळद (जखम भरण्यासाठी), कडुनिंब (बुरशीनाशक) — भारताने पारंपरिक ज्ञान दाखवून पेटंट रद्द करवले. भारतात Biological Diversity Act, 2002; TKDL (पारंपरिक ज्ञान डिजिटल ग्रंथालय).
- सोपे : Biopiracy = विना-परवानगी.
- मध्यम : TKDL = डिजिटल ग्रंथालय.
- परीक्षेसाठी (CET) : बासमती, हळद, कडुनिंब.
GEAC = Guard; Biopiracy = Borrowing without asking.
‘GEAC पेटंट देते’ चूक (सुरक्षा मंजुरी). सापळा : ‘Biopiracy कायदेशीर व्यापार’ चूक.
आठवणीची युक्ती : "Basmati–Turmeric–Neem = B-T-N".
फरक ओळखा
| संज्ञा | अर्थ |
|---|---|
| GEAC | सुरक्षा तपासणी |
| Biopatent | जैविक पेटंट |
| Biopiracy | विना-परवानगी वापर |
सरावासाठी प्रश्न
- 1GEAC पूर्ण रूप?
- 2GEAC काम?
- 3Gene flow?
- 4Biopatent?
- 5Biopiracy?
- 6वादग्रस्त पेटंट?
- 7भारताचा कायदा?
- 8TKDL?
उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)
- 1Genetic Engineering Appraisal Committee.
- 2GM उत्पादनांची सुरक्षा तपासणे.
- 3GM जनुक तणांत पसरणे.
- 4जैविक उत्पादनावरचा पेटंट अधिकार.
- 5परवानगीशिवाय संसाधनाचा वापर.
- 6बासमती / हळद / कडुनिंब.
- 7Biological Diversity Act, 2002.
- 8पारंपरिक ज्ञान डिजिटल ग्रंथालय.
सारांश : साधने, पायऱ्या आणि उपयोग
स्वयंपाकघरात कृती, साधने, शिजवणे आणि वाढणे — तसेच जैव-तंत्रज्ञानातही क्रम असतो.
rDNA तंत्र = कापणे + जोडणे + वाहकात टाकणे + hostमध्ये वाढवणे + उपयोग. जबाबदारीसह वापर महत्त्वाचा.
आकृतीत : साधने → पायऱ्या → उपयोग.
नियम 1 : पूर्ण क्रम — 1) EcoRI ने DNA कापा (GAATTC). 2) ligase ने pBR322/Ti मध्ये जोडा. 3) E. coli/Agrobacterium मध्ये टाका (transformation). 4) antibiotic marker / blue-white ने निवडा. 5) PCR (94-54-72°C, Taq) ने प्रती वाढवा; bioreactor मध्ये मोठे उत्पादन. 6) उपयोग : insulin, लस, gene therapy; Bt cotton, golden rice; transgenic प्राणी. 7) GEAC मंजुरी, biopatent आणि biopiracy चा विचार.
- सोपे : कट-जोड-टाक-निवड.
- मध्यम : PCR = प्रती.
- परीक्षेसाठी (CET) : GEAC = सुरक्षा.
नियम 2 : परीक्षेतील जोड्या — Cohen-Boyer 1973; Mullis PCR; Eli Lilly Humulin 1983; Taq = Thermus aquaticus; Cry1Ac = bollworm; Golden rice = β-carotene; Flavr Savr = polygalacturonase बंद; Rosie = α-lactalbumin; Dolly = क्लोन; GEAC = सुरक्षा; बासमती-हळद-कडुनिंब = biopiracy वाद.
- सोपे : जोड्या पाठ करा.
- मध्यम : नावांपेक्षा कार्य.
- परीक्षेसाठी (CET) : उपयोग + जबाबदारी.
C-J-I-S-P-A : Cut, Join, Insert, Select, PCR, Apply.
‘Ligase कापतो, enzyme जोडतो’ — उलट! सापळा : ‘Dolly transgenic’ चूक.
आठवणीची युक्ती : "CJISPA".
फरक ओळखा
| टप्पा | साधन |
|---|---|
| कापणे | EcoRI |
| जोडणे | Ligase |
| वाढवणे | PCR / Taq |
सरावासाठी प्रश्न
- 1पहिला rDNA वर्ष?
- 2कापणारे विकर?
- 3जोडणारे?
- 4Host?
- 5PCR विकर?
- 6Humulin?
- 7Bt cotton?
- 8GEAC?
उत्तरे पाहा (आधी स्वतः सोडवा)
- 11973.
- 2Restriction endonuclease.
- 3DNA ligase.
- 4E. coli.
- 5Taq polymerase.
- 6Recombinant insulin.
- 7Bollworm.
- 8GM उत्पादनांची सुरक्षा.
संपूर्ण धड्याची झटपट उजळणी
| संकल्पना | मुख्य तथ्य |
|---|---|
| rDNA साधने | EcoRI GAATTC; ligase; pBR322 |
| क्लोनिंग/PCR | 94-54-72°C; Taq; 2ⁿ |
| औषध | Insulin A21 + B30; ADA gene therapy |
| GM वनस्पती | Bt cotton; golden rice; Flavr Savr |
| GM प्राणी | Rosie; knock-out; Dolly = clone |
| Biosafety | GEAC; biopiracy; Biodiversity Act 2002 |
| क्रम | Cut → join → insert → select → apply |
🎯 परीक्षेसाठी सर्वाधिक महत्त्वाचे मुद्दे
- Biotechnology आणि rDNA साधने.
- जनुक-क्लोनिंग आणि PCR.
- औषध-क्षेत्रातील उपयोग.
- Transgenic वनस्पती.
- Transgenic प्राणी आणि क्लोन.
- Biosafety, GEAC, पेटंट.
- संपूर्ण सारांश.
आधी संकल्पना समजा → आकृती काढा → मुद्दे लक्षात ठेवा → स्वतः प्रश्न सोडवा.