जेनेटिक इंजीनियरिंग , किसी जीव या जीवों की आबादी को संशोधित करने के लिए डीएनए या अन्य न्यूक्लिक एसिड अणुओं का कृत्रिम हेरफेर, संशोधन और पुनर्संयोजन । जेनेटिक इंजीनियरिंग शब्द का प्रयोग आम तौर पर पुनः संयोजक डीएनए प्रौद्योगिकी के तरीकों को संदर्भित करने के लिए किया जाता है , जो माइक्रोबियल आनुवंशिकी में बुनियादी अनुसंधान से उभरा है । जेनेटिक इंजीनियरिंग में नियोजित तकनीकों ने मानव इंसुलिन , मानव विकास हार्मोन और हेपेटाइटिस बी वैक्सीन सहित चिकित्सकीय रूप से महत्वपूर्ण उत्पादों के उत्पादन के साथ -साथ रोग प्रतिरोधी पौधों जैसे आनुवंशिक रूप से संशोधित जीवों के विकास को जन्म दिया है ।

ऐतिहासिक घटनाक्रम

जेनेटिक इंजीनियरिंग शब्द शुरू में आनुवंशिकता और प्रजनन की प्रक्रियाओं के माध्यम से जीवों के संशोधन या हेरफेर के लिए उपयोग की जाने वाली विभिन्न तकनीकों को संदर्भित करता था । इस प्रकार, इस शब्द में कृत्रिम चयन और बायोमेडिकल तकनीकों के सभी हस्तक्षेप शामिल हैं, उनमें कृत्रिम गर्भाधान , इन विट्रो निषेचन (उदाहरण के लिए, “टेस्ट-ट्यूब” शिशु), क्लोनिंग और जीन हेरफेर शामिल हैं। हालाँकि, 20वीं सदी के उत्तरार्ध में, यह शब्द विशेष रूप से तरीकों को संदर्भित करने लगापुनः संयोजक डीएनए प्रौद्योगिकी (याजीन क्लोनिंग ), जिसमें दो या दो से अधिक स्रोतों से डीएनए अणुओं को या तो कोशिकाओं के भीतर या इन विट्रो में संयोजित किया जाता है और फिर मेजबान जीवों में डाला जाता है, जिसमें वे फैलने में सक्षम होते हैं ।

की संभावनापुनः संयोजक डीएनए प्रौद्योगिकी किसकी खोज के साथ उभरी1968 में स्विस माइक्रोबायोलॉजिस्ट वर्नर आर्बर द्वारा प्रतिबंध एंजाइम । अगले वर्ष अमेरिकी माइक्रोबायोलॉजिस्ट हैमिल्टन ओ. स्मिथ ने तथाकथित शुद्धिकरण कियाटाइप II प्रतिबंध एंजाइम , जो डीएनए के भीतर एक विशिष्ट साइट को तोड़ने की क्षमता के लिए आनुवंशिक इंजीनियरिंग के लिए आवश्यक पाए गए थे (टाइप I प्रतिबंध एंजाइम के विपरीत, जो यादृच्छिक साइटों पर डीएनए को तोड़ते हैं)। स्मिथ के काम से प्रेरित होकर, अमेरिकी आणविक जीवविज्ञानी डैनियल नाथन ने 1970-71 में डीएनए पुनर्संयोजन की तकनीक को आगे बढ़ाने में मदद की और प्रदर्शित किया कि टाइप II एंजाइम आनुवंशिक अध्ययन में उपयोगी हो सकते हैं। पुनर्संयोजन पर आधारित जेनेटिक इंजीनियरिंग की शुरुआत 1973 में अमेरिकी बायोकेमिस्ट स्टेनली एन. कोहेन और हर्बर्ट डब्ल्यू. बोयर ने की थी, जो डीएनए को टुकड़ों में काटने, अलग-अलग टुकड़ों को फिर से जोड़ने और ई. कोली बैक्टीरिया में नए जीन डालने वाले पहले लोगों में से थे । पुनरुत्पादित.

प्रक्रिया और तकनीक

अधिकांश पुनः संयोजक डीएनए प्रौद्योगिकी में सामान्य प्रयोगशाला उपभेदों के प्लास्मिड में विदेशी जीन का सम्मिलन शामिल होता हैबैक्टीरिया .प्लास्मिड डीएनए के छोटे छल्ले हैं; वे जीवाणु के गुणसूत्र ( जीव की आनुवंशिक जानकारी का मुख्य भंडार ) का हिस्सा नहीं हैं। फिर भी, वे प्रोटीन संश्लेषण को निर्देशित करने में सक्षम हैं , और, क्रोमोसोमल डीएनए की तरह , उन्हें पुन: उत्पन्न किया जाता है और जीवाणु की संतान को पारित किया जाता है। इस प्रकार, एक जीवाणु में विदेशी डीएनए (उदाहरण के लिए, एक स्तनधारी जीन ) को शामिल करके , शोधकर्ता सम्मिलित जीन की लगभग असीमित संख्या में प्रतियां प्राप्त कर सकते हैं। इसके अलावा, यदि डाला गया जीन सक्रिय है (यानी, यदि यह प्रोटीन संश्लेषण को निर्देशित करता है), तो संशोधित जीवाणु विदेशी डीएनए द्वारा निर्दिष्ट प्रोटीन का उत्पादन करेगा।

जेनेटिक इंजीनियरिंग तकनीकों की एक अगली पीढ़ी जो 21वीं सदी की शुरुआत में उभरी, पर केंद्रित थीजीन संपादन । जीन एडिटिंग नामक तकनीक पर आधारित हैCRISPR-Cas9 , शोधकर्ताओं को किसी जीवित जीव के डीएनए में बहुत विशिष्ट परिवर्तन करके उसके आनुवंशिक अनुक्रम को अनुकूलित करने की अनुमति देता है। जीन संपादन में अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला है, जिसका उपयोग फसल पौधों और पशुधन और प्रयोगशाला मॉडल जीवों (उदाहरण के लिए, चूहों) के आनुवंशिक संशोधन के लिए किया जा रहा है।

जानवरों में बीमारी से जुड़ी आनुवंशिक त्रुटियों के सुधार से पता चलता है कि जीन संपादन का मनुष्यों के लिए जीन थेरेपी में संभावित अनुप्रयोग है। जीन थेरेपी एक आनुवंशिक बीमारी का कारण बनने वाले उत्परिवर्तन को ठीक करने के लिए किसी व्यक्ति के जीनोम में एक सामान्य जीन का परिचय है । जब एक सामान्य जीन को उत्परिवर्ती नाभिक में डाला जाता है , तो यह संभवतः दोषपूर्ण एलील से अलग एक गुणसूत्र साइट में एकीकृत हो जाएगा; यद्यपि यह उत्परिवर्तन की मरम्मत कर सकता है, यदि सामान्य जीन किसी अन्य कार्यात्मक जीन में एकीकृत हो जाता है तो एक नया उत्परिवर्तन हो सकता है। यदि सामान्य जीन उत्परिवर्ती एलील को प्रतिस्थापित कर देता है , तो संभावना है कि रूपांतरित कोशिकाएं बढ़ेंगी और पूरे शरीर के लिए रोगमुक्त फेनोटाइप को बहाल करने के लिए पर्याप्त सामान्य जीन उत्पाद का उत्पादन करेंगी ।

अनुप्रयोग

जेनेटिक इंजीनियरिंग ने जीन फ़ंक्शन और संगठन के कई सैद्धांतिक और व्यावहारिक पहलुओं की समझ को उन्नत किया है। पुनः संयोजक डीएनए तकनीकों के माध्यम से, बैक्टीरिया बनाए गए हैं जो मानव इंसुलिन , मानव विकास हार्मोन , अल्फा इंटरफेरॉन , हेपेटाइटिस बी वैक्सीन और अन्य चिकित्सकीय रूप से उपयोगी पदार्थों को संश्लेषित करने में सक्षम हैं। पौधों को आनुवंशिक रूप से समायोजित किया जा सकता है ताकि वे नाइट्रोजन को ठीक करने में सक्षम हो सकें, और सामान्य रूप से कार्य करने वाले जीन के साथ निष्क्रिय जीन को प्रतिस्थापित करके आनुवंशिक रोगों को संभवतः ठीक किया जा सकता है।

कीटों को मारने वाले विषाक्त पदार्थों के जीन को मकई और कपास सहित पौधों की कई प्रजातियों में पेश किया गया है। जड़ी-बूटियों के प्रति प्रतिरोध प्रदान करने वाले जीवाणु जीन को भी फसल पौधों में पेश किया गया है। पौधों की आनुवंशिक इंजीनियरिंग के अन्य प्रयासों का उद्देश्य पौधे के पोषण मूल्य में सुधार करना है।

विवाद और नैतिक मुद्दे

1980 में पुनः संयोजक डीएनए अनुसंधान द्वारा निर्मित “नए” सूक्ष्मजीवों पर विचार किया गयापेटेंट योग्य , और 1986 में अमेरिकी कृषि विभाग ने पहले जीवित आनुवंशिक रूप से परिवर्तित जीव-एक वायरस की बिक्री को मंजूरी दे दी , जिसका उपयोग स्यूडोरैबीज वैक्सीन के रूप में किया गया था, जिसमें से एक जीन काटा गया था। तब से आनुवंशिक रूप से परिवर्तित बैक्टीरिया और पौधों के लिए कई सौ पेटेंट प्रदान किए गए हैं। हालाँकि, आनुवंशिक रूप से इंजीनियर और आनुवंशिक रूप से संशोधित जीवों, विशेष रूप से फसलों और अन्य खाद्य पदार्थों पर पेटेंट एक विवादास्पद मुद्दा था, और वे 21वीं सदी के पहले भाग तक ऐसे ही बने रहे।

जेनेटिक इंजीनियरिंग पर विशेष चिंता इस डर से केंद्रित की गई है कि इसके परिणामस्वरूप उन सूक्ष्मजीवों में प्रतिकूल और संभवतः खतरनाक लक्षण शामिल हो सकते हैं जो पहले उनसे मुक्त थे – उदाहरण के लिए, एंटीबायोटिक दवाओं के प्रति प्रतिरोध, विषाक्त पदार्थों का उत्पादन, या बीमारी पैदा करने की प्रवृत्ति। दरअसल, जेनेटिक इंजीनियरिंग के दुरुपयोग की संभावनाएं बहुत अधिक थीं। विशेष रूप से, आनुवंशिक रूप से संशोधित जीवों, विशेष रूप से संशोधित फसलों और मानव और पर्यावरणीय स्वास्थ्य पर उनके प्रभावों के बारे में महत्वपूर्ण चिंता थी । उदाहरण के लिए, आनुवंशिक हेरफेर संभावित रूप से फसलों के एलर्जेनिक गुणों को बदल सकता है। इसके अलावा, क्या कुछ आनुवंशिक रूप से संशोधित फसलें, जैसे गोल्डन राइस , बेहतर स्वास्थ्य लाभ का वादा पूरा करती हैं, यह भी स्पष्ट नहीं था। पर्यावरण में आनुवंशिक रूप से संशोधित मच्छरों और अन्य संशोधित जीवों की रिहाई ने भी चिंताएँ बढ़ा दीं।

21वीं सदी में, जीन-संपादन उपकरणों के विकास में महत्वपूर्ण प्रगति ने मनुष्यों की आनुवंशिक इंजीनियरिंग के आसपास के नैतिक और सामाजिक प्रभावों के बारे में लंबे समय से चली आ रही चर्चा में नई तात्कालिकता ला दी। मनुष्यों में जीन संपादन के अनुप्रयोग ने महत्वपूर्ण नैतिक चिंताएँ पैदा कीं, विशेष रूप से बुद्धिमत्ता और सुंदरता जैसे लक्षणों को बदलने के लिए इसके संभावित उपयोग के संबंध में। अधिक व्यावहारिक रूप से, कुछ शोधकर्ताओं ने मानव शुक्राणु में जीन को बदलने के लिए जीन संपादन का उपयोग करने का प्रयास किया, जो संपादित जीन को अगली पीढ़ियों तक पारित करने में सक्षम करेगा, जबकि अन्य ने ऐसे जीन को बदलने की कोशिश की जो कुछ प्रकार के कैंसर के खतरे को बढ़ाते हैं, इस उद्देश्य के साथ संतानों में कैंसर के खतरे को कम करने के लिए। हालाँकि, मानव आनुवंशिकी पर जीन संपादन के प्रभाव अज्ञात थे, और इसके उपयोग को निर्देशित करने के लिए नियमों का बड़े पैमाने पर अभाव था।

जेनेटिक इंजीनियरिंग शब्द शुरू में आनुवंशिकता और प्रजनन की प्रक्रियाओं के माध्यम से जीवों के संशोधन या हेरफेर के लिए उपयोग की जाने वाली विभिन्न तकनीकों को संदर्भित करता था । इस प्रकार, इस शब्द में कृत्रिम चयन और बायोमेडिकल तकनीकों के सभी हस्तक्षेप शामिल हैं, उनमें कृत्रिम गर्भाधान , इन विट्रो निषेचन (उदाहरण के लिए, “टेस्ट-ट्यूब” शिशु), क्लोनिंग और जीन हेरफेर शामिल हैं। हालाँकि, 20वीं सदी के उत्तरार्ध में, यह शब्द विशेष रूप से तरीकों को संदर्भित करने लगापुनः संयोजक डीएनए प्रौद्योगिकी (याजीन क्लोनिंग ), जिसमें दो या दो से अधिक स्रोतों से डीएनए अणुओं को या तो कोशिकाओं के भीतर या इन विट्रो में संयोजित किया जाता है और फिर मेजबान जीवों में डाला जाता है, जिसमें वे फैलने में सक्षम होते हैं ।

की संभावनापुनः संयोजक डीएनए प्रौद्योगिकी किसकी खोज के साथ उभरी1968 में स्विस माइक्रोबायोलॉजिस्ट वर्नर आर्बर द्वारा प्रतिबंध एंजाइम । अगले वर्ष अमेरिकी माइक्रोबायोलॉजिस्ट हैमिल्टन ओ. स्मिथ ने तथाकथित शुद्धिकरण कियाटाइप II प्रतिबंध एंजाइम , जो डीएनए के भीतर एक विशिष्ट साइट को तोड़ने की क्षमता के लिए आनुवंशिक इंजीनियरिंग के लिए आवश्यक पाए गए थे (टाइप I प्रतिबंध एंजाइम के विपरीत, जो यादृच्छिक साइटों पर डीएनए को तोड़ते हैं)। स्मिथ के काम से प्रेरित होकर, अमेरिकी आणविक जीवविज्ञानी डैनियल नाथन ने 1970-71 में डीएनए पुनर्संयोजन की तकनीक को आगे बढ़ाने में मदद की और प्रदर्शित किया कि टाइप II एंजाइम आनुवंशिक अध्ययन में उपयोगी हो सकते हैं। पुनर्संयोजन पर आधारित जेनेटिक इंजीनियरिंग की शुरुआत 1973 में अमेरिकी बायोकेमिस्ट स्टेनली एन. कोहेन और हर्बर्ट डब्ल्यू. बोयर ने की थी, जो डीएनए को टुकड़ों में काटने, अलग-अलग टुकड़ों को फिर से जोड़ने और ई. कोली बैक्टीरिया में नए जीन डालने वाले पहले लोगों में से थे । पुनरुत्पादित.

प्रक्रिया और तकनीक

अधिकांश पुनः संयोजक डीएनए प्रौद्योगिकी में सामान्य प्रयोगशाला उपभेदों के प्लास्मिड में विदेशी जीन का सम्मिलन शामिल होता हैबैक्टीरिया .प्लास्मिड डीएनए के छोटे छल्ले हैं; वे जीवाणु के गुणसूत्र ( जीव की आनुवंशिक जानकारी का मुख्य भंडार ) का हिस्सा नहीं हैं। फिर भी, वे प्रोटीन संश्लेषण को निर्देशित करने में सक्षम हैं , और, क्रोमोसोमल डीएनए की तरह , उन्हें पुन: उत्पन्न किया जाता है और जीवाणु की संतान को पारित किया जाता है। इस प्रकार, एक जीवाणु में विदेशी डीएनए (उदाहरण के लिए, एक स्तनधारी जीन ) को शामिल करके , शोधकर्ता सम्मिलित जीन की लगभग असीमित संख्या में प्रतियां प्राप्त कर सकते हैं। इसके अलावा, यदि डाला गया जीन सक्रिय है (यानी, यदि यह प्रोटीन संश्लेषण को निर्देशित करता है), तो संशोधित जीवाणु विदेशी डीएनए द्वारा निर्दिष्ट प्रोटीन का उत्पादन करेगा।

जेनेटिक इंजीनियरिंग तकनीकों की एक अगली पीढ़ी जो 21वीं सदी की शुरुआत में उभरी, पर केंद्रित थीजीन संपादन । जीन एडिटिंग नामक तकनीक पर आधारित हैCRISPR-Cas9 , शोधकर्ताओं को किसी जीवित जीव के डीएनए में बहुत विशिष्ट परिवर्तन करके उसके आनुवंशिक अनुक्रम को अनुकूलित करने की अनुमति देता है। जीन संपादन में अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला है, जिसका उपयोग फसल पौधों और पशुधन और प्रयोगशाला मॉडल जीवों (उदाहरण के लिए, चूहों) के आनुवंशिक संशोधन के लिए किया जा रहा है।

जानवरों में बीमारी से जुड़ी आनुवंशिक त्रुटियों के सुधार से पता चलता है कि जीन संपादन का मनुष्यों के लिए जीन थेरेपी में संभावित अनुप्रयोग है। जीन थेरेपी एक आनुवंशिक बीमारी का कारण बनने वाले उत्परिवर्तन को ठीक करने के लिए किसी व्यक्ति के जीनोम में एक सामान्य जीन का परिचय है । जब एक सामान्य जीन को उत्परिवर्ती नाभिक में डाला जाता है , तो यह संभवतः दोषपूर्ण एलील से अलग एक गुणसूत्र साइट में एकीकृत हो जाएगा; यद्यपि यह उत्परिवर्तन की मरम्मत कर सकता है, यदि सामान्य जीन किसी अन्य कार्यात्मक जीन में एकीकृत हो जाता है तो एक नया उत्परिवर्तन हो सकता है। यदि सामान्य जीन उत्परिवर्ती एलील को प्रतिस्थापित कर देता है , तो संभावना है कि रूपांतरित कोशिकाएं बढ़ेंगी और पूरे शरीर के लिए रोगमुक्त फेनोटाइप को बहाल करने के लिए पर्याप्त सामान्य जीन उत्पाद का उत्पादन करेंगी ।

अनुप्रयोग

जेनेटिक इंजीनियरिंग ने जीन फ़ंक्शन और संगठन के कई सैद्धांतिक और व्यावहारिक पहलुओं की समझ को उन्नत किया है। पुनः संयोजक डीएनए तकनीकों के माध्यम से, बैक्टीरिया बनाए गए हैं जो मानव इंसुलिन , मानव विकास हार्मोन , अल्फा इंटरफेरॉन , हेपेटाइटिस बी वैक्सीन और अन्य चिकित्सकीय रूप से उपयोगी पदार्थों को संश्लेषित करने में सक्षम हैं। पौधों को आनुवंशिक रूप से समायोजित किया जा सकता है ताकि वे नाइट्रोजन को ठीक करने में सक्षम हो सकें, और सामान्य रूप से कार्य करने वाले जीन के साथ निष्क्रिय जीन को प्रतिस्थापित करके आनुवंशिक रोगों को संभवतः ठीक किया जा सकता है।

कीटों को मारने वाले विषाक्त पदार्थों के जीन को मकई और कपास सहित पौधों की कई प्रजातियों में पेश किया गया है। जड़ी-बूटियों के प्रति प्रतिरोध प्रदान करने वाले जीवाणु जीन को भी फसल पौधों में पेश किया गया है। पौधों की आनुवंशिक इंजीनियरिंग के अन्य प्रयासों का उद्देश्य पौधे के पोषण मूल्य में सुधार करना है।

विवाद और नैतिक मुद्दे

1980 में पुनः संयोजक डीएनए अनुसंधान द्वारा निर्मित “नए” सूक्ष्मजीवों पर विचार किया गयापेटेंट योग्य , और 1986 में अमेरिकी कृषि विभाग ने पहले जीवित आनुवंशिक रूप से परिवर्तित जीव-एक वायरस की बिक्री को मंजूरी दे दी , जिसका उपयोग स्यूडोरैबीज वैक्सीन के रूप में किया गया था, जिसमें से एक जीन काटा गया था। तब से आनुवंशिक रूप से परिवर्तित बैक्टीरिया और पौधों के लिए कई सौ पेटेंट प्रदान किए गए हैं। हालाँकि, आनुवंशिक रूप से इंजीनियर और आनुवंशिक रूप से संशोधित जीवों, विशेष रूप से फसलों और अन्य खाद्य पदार्थों पर पेटेंट एक विवादास्पद मुद्दा था, और वे 21वीं सदी के पहले भाग तक ऐसे ही बने रहे।

जेनेटिक इंजीनियरिंग पर विशेष चिंता इस डर से केंद्रित की गई है कि इसके परिणामस्वरूप उन सूक्ष्मजीवों में प्रतिकूल और संभवतः खतरनाक लक्षण शामिल हो सकते हैं जो पहले उनसे मुक्त थे – उदाहरण के लिए, एंटीबायोटिक दवाओं के प्रति प्रतिरोध, विषाक्त पदार्थों का उत्पादन, या बीमारी पैदा करने की प्रवृत्ति। दरअसल, जेनेटिक इंजीनियरिंग के दुरुपयोग की संभावनाएं बहुत अधिक थीं। विशेष रूप से, आनुवंशिक रूप से संशोधित जीवों, विशेष रूप से संशोधित फसलों और मानव और पर्यावरणीय स्वास्थ्य पर उनके प्रभावों के बारे में महत्वपूर्ण चिंता थी । उदाहरण के लिए, आनुवंशिक हेरफेर संभावित रूप से फसलों के एलर्जेनिक गुणों को बदल सकता है। इसके अलावा, क्या कुछ आनुवंशिक रूप से संशोधित फसलें, जैसे गोल्डन राइस , बेहतर स्वास्थ्य लाभ का वादा पूरा करती हैं, यह भी स्पष्ट नहीं था। पर्यावरण में आनुवंशिक रूप से संशोधित मच्छरों और अन्य संशोधित जीवों की रिहाई ने भी चिंताएँ बढ़ा दीं।

21वीं सदी में, जीन-संपादन उपकरणों के विकास में महत्वपूर्ण प्रगति ने मनुष्यों की आनुवंशिक इंजीनियरिंग के आसपास के नैतिक और सामाजिक प्रभावों के बारे में लंबे समय से चली आ रही चर्चा में नई तात्कालिकता ला दी। मनुष्यों में जीन संपादन के अनुप्रयोग ने महत्वपूर्ण नैतिक चिंताएँ पैदा कीं, विशेष रूप से बुद्धिमत्ता और सुंदरता जैसे लक्षणों को बदलने के लिए इसके संभावित उपयोग के संबंध में। अधिक व्यावहारिक रूप से, कुछ शोधकर्ताओं ने मानव शुक्राणु में जीन को बदलने के लिए जीन संपादन का उपयोग करने का प्रयास किया, जो संपादित जीन को अगली पीढ़ियों तक पारित करने में सक्षम करेगा, जबकि अन्य ने ऐसे जीन को बदलने की कोशिश की जो कुछ प्रकार के कैंसर के खतरे को बढ़ाते हैं, इस उद्देश्य के साथ संतानों में कैंसर के खतरे को कम करने के लिए। हालाँकि, मानव आनुवंशिकी पर जीन संपादन के प्रभाव अज्ञात थे, और इसके उपयोग को निर्देशित करने के लिए नियमों का बड़े पैमाने पर अभाव था।