क्या आप जानते हैं जैव प्रौद्योगिकी क्या है? आपने शायद उसके बारे में कुछ सुना होगा। यह आधुनिक जीव विज्ञान की एक महत्वपूर्ण शाखा है। यह, भौतिकी की तरह, 20वीं सदी के अंत में विश्व अर्थव्यवस्था और विज्ञान में मुख्य प्राथमिकताओं में से एक बन गया। आधी सदी पहले कोई नहीं जानता था कि जैव प्रौद्योगिकी क्या है। हालाँकि, इसकी नींव 19वीं सदी में रहने वाले एक वैज्ञानिक ने रखी थी। फ्रांसीसी शोधकर्ता लुई पाश्चर (जन्म 1822-1895) के काम की बदौलत जैव प्रौद्योगिकी को विकास के लिए एक शक्तिशाली प्रोत्साहन मिला। वह आधुनिक इम्यूनोलॉजी और माइक्रोबायोलॉजी के संस्थापक हैं।

20वीं सदी में, भौतिकी और रसायन विज्ञान में प्रगति का उपयोग करके आनुवंशिकी और आणविक जीव विज्ञान तेजी से विकसित हुआ। इस समय, सबसे महत्वपूर्ण दिशा उन तरीकों का विकास था जिनके द्वारा पशु और पौधों की कोशिकाओं को विकसित करना संभव होगा।

अनुसंधान उछाल

1980 के दशक में जैव प्रौद्योगिकी अनुसंधान में वृद्धि देखी गई। इस समय तक, नए पद्धतिगत और पद्धतिगत दृष्टिकोण बनाए गए थे, जिसने विज्ञान और व्यवहार में जैव प्रौद्योगिकी के उपयोग के लिए संक्रमण सुनिश्चित किया। इससे बड़ा लाभ कमाने का अवसर है। पूर्वानुमानों के अनुसार, नई सदी की शुरुआत में जैव प्रौद्योगिकी वस्तुओं के विश्व उत्पादन का एक चौथाई होने की उम्मीद थी।

हमारे देश में किये गये कार्य

इसी समय हमारे देश में जैव प्रौद्योगिकी का सक्रिय विकास हुआ। रूस में, इस क्षेत्र में काम का एक महत्वपूर्ण विस्तार और उत्पादन में उनके परिणामों की शुरूआत भी 1980 के दशक में हासिल की गई थी। हमारे देश में, इसी अवधि के दौरान, पहला राष्ट्रीय स्तर का जैव प्रौद्योगिकी कार्यक्रम विकसित और कार्यान्वित किया गया था। विशेष अंतरविभागीय केंद्र बनाए गए, जैव प्रौद्योगिकीविदों को प्रशिक्षित किया गया, विभागों की स्थापना की गई और विश्वविद्यालयों और अनुसंधान संस्थानों में प्रयोगशालाएँ बनाई गईं।

जैव प्रौद्योगिकी आज

आज हम इस शब्द के इतने आदी हो गए हैं कि बहुत कम लोग खुद से यह सवाल पूछते हैं: "जैव प्रौद्योगिकी क्या है?" इस बीच, उसे और अधिक विस्तार से जानना अतिश्योक्तिपूर्ण नहीं होगा। इस क्षेत्र में आधुनिक प्रक्रियाएं पुनः संयोजक डीएनए और सेलुलर ऑर्गेनेल या कोशिकाओं का उपयोग करने वाली विधियों पर आधारित हैं। आधुनिक जैव प्रौद्योगिकी सेलुलर और आनुवंशिक इंजीनियरिंग प्रौद्योगिकियों और उत्पादन को तेज करने या नए प्रकार के उत्पाद बनाने के लिए परिवर्तित आनुवंशिक रूप से जैविक वस्तुओं को बनाने और उपयोग करने के तरीकों का विज्ञान है। तीन मुख्य दिशाएँ हैं, जिनके बारे में अब हम बात करेंगे।

औद्योगिक जैव प्रौद्योगिकी

इस दिशा में लाल को एक विविधता के रूप में प्रतिष्ठित किया जा सकता है। इसे जैव प्रौद्योगिकी के अनुप्रयोग का सबसे महत्वपूर्ण क्षेत्र माना जाता है। वे दवाओं के विकास में (विशेषकर, कैंसर के इलाज के लिए) तेजी से महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। निदान में जैव प्रौद्योगिकी का भी बहुत महत्व है। इनका उपयोग, उदाहरण के लिए, बायोसेंसर और डीएनए चिप्स के निर्माण में किया जाता है। ऑस्ट्रिया में, लाल जैव प्रौद्योगिकी को आज अच्छी मान्यता प्राप्त है। यहां तक ​​कि इसे अन्य उद्योगों के लिए विकास का इंजन भी माना जाता है।

आइए अगले प्रकार की औद्योगिक जैव प्रौद्योगिकी की ओर बढ़ें। यह हरित जैव प्रौद्योगिकी है। इसका उपयोग तब किया जाता है जब चयन किया जाता है। यह जैव प्रौद्योगिकी आज विशेष तरीके प्रदान करती है जिसकी मदद से शाकनाशी, वायरस, कवक और कीड़ों के खिलाफ प्रतिकार विकसित किए जाते हैं। ये सब भी बहुत महत्वपूर्ण है, आप सहमत होंगे.

हरित जैव प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में जेनेटिक इंजीनियरिंग का विशेष महत्व है। इसकी मदद से, एक पौधे की प्रजाति से दूसरे पौधे की प्रजाति में जीन के स्थानांतरण के लिए पूर्वापेक्षाएँ बनाई जाती हैं, और इस प्रकार वैज्ञानिक स्थिर विशेषताओं और गुणों के विकास को प्रभावित कर सकते हैं।

ग्रे बायोटेक्नोलॉजी का उपयोग पर्यावरण संरक्षण के लिए किया जाता है। इसके तरीकों का उपयोग सीवेज उपचार, मिट्टी उपचार, गैस और निकास वायु शोधन और अपशिष्ट रीसाइक्लिंग के लिए किया जाता है।

लेकिन इतना ही नहीं. श्वेत जैव प्रौद्योगिकी भी है, जो रासायनिक उद्योग में उपयोग के दायरे को कवर करती है। इस मामले में बायोटेक्नोलॉजिकल तरीकों का उपयोग एंजाइम, एंटीबायोटिक्स, अमीनो एसिड, विटामिन और अल्कोहल के पर्यावरण की दृष्टि से सुरक्षित और कुशल उत्पादन के लिए किया जाता है।

और अंत में, आखिरी किस्म। ब्लू बायोटेक्नोलॉजी विभिन्न जीवों के तकनीकी अनुप्रयोग के साथ-साथ समुद्री जीव विज्ञान प्रक्रियाओं पर आधारित है। इस मामले में, अनुसंधान का ध्यान विश्व महासागर में रहने वाले जैविक जीवों पर है।

आइए अगली दिशा की ओर बढ़ें - सेल इंजीनियरिंग।

सेल इंजीनियरिंग

वह संकर उत्पादन, क्लोनिंग, सेलुलर तंत्र, "हाइब्रिड" कोशिकाओं का अध्ययन और आनुवंशिक मानचित्र तैयार करने में शामिल है। इसकी शुरुआत 1960 के दशक में हुई, जब संकरण की विधि सामने आई, इस समय तक खेती के तरीकों में पहले से ही सुधार हो चुका था और ऊतकों को विकसित करने के तरीके भी सामने आ चुके थे। दैहिक संकरण, जिसमें यौन प्रक्रिया की भागीदारी के बिना संकर बनाए जाते हैं, अब एक ही प्रजाति की रेखाओं की विभिन्न कोशिकाओं को विकसित करके या विभिन्न प्रजातियों की कोशिकाओं का उपयोग करके किया जाता है।

हाइब्रिडोमास और उनका महत्व

हाइब्रिडोमस, यानी, लिम्फोसाइट्स (प्रतिरक्षा प्रणाली की नियमित कोशिकाएं) और ट्यूमर कोशिकाओं के बीच संकर, माता-पिता की कोशिका रेखाओं के गुण होते हैं। वे कैंसर कोशिकाओं की तरह, पोषक कृत्रिम मीडिया पर अनिश्चित काल तक विभाजित होने में सक्षम हैं (अर्थात, वे "अमर" हैं), और लिम्फोसाइटों की तरह, एक निश्चित विशिष्टता के साथ सजातीय कोशिकाओं का उत्पादन भी कर सकते हैं। इन एंटीबॉडी का उपयोग नैदानिक ​​और चिकित्सीय उद्देश्यों के लिए किया जाता है, जैसे कि कार्बनिक पदार्थों के लिए संवेदनशील अभिकर्मक आदि।

सेल इंजीनियरिंग का एक अन्य क्षेत्र उन कोशिकाओं का हेरफेर है जिनमें नाभिक नहीं होता है, मुक्त नाभिक के साथ-साथ अन्य टुकड़ों के साथ। ये जोड़-तोड़ कोशिका के कुछ हिस्सों के संयोजन तक आते हैं। इसी तरह के प्रयोग, कोशिका में रंगों या गुणसूत्रों के माइक्रोइंजेक्शन के साथ, यह पता लगाने के लिए किए जाते हैं कि साइटोप्लाज्म और न्यूक्लियस एक दूसरे को कैसे प्रभावित करते हैं, कौन से कारक कुछ जीनों की गतिविधि को नियंत्रित करते हैं, आदि।

विकास के प्रारंभिक चरण में विभिन्न भ्रूणों की कोशिकाओं को मिलाकर, तथाकथित मोज़ेक जानवर उगाए जाते हैं। अन्यथा उन्हें काइमेरा कहा जाता है। इनमें 2 प्रकार की कोशिकाएँ होती हैं, जो जीनोटाइप में भिन्न होती हैं। इन प्रयोगों के माध्यम से वे यह पता लगाते हैं कि जीव के विकास के दौरान ऊतकों और कोशिकाओं में किस प्रकार विभेदन होता है।

क्लोनिंग

आधुनिक जैव प्रौद्योगिकी क्लोनिंग के बिना अकल्पनीय है। विभिन्न दैहिक कोशिकाओं के नाभिकों को जानवरों की अंडकोशिकाओं (अर्थात नाभिक से रहित) में प्रत्यारोपित करने और परिणामी भ्रूण को एक वयस्क जीव में विकसित करने से संबंधित प्रयोग दशकों से चल रहे हैं। हालाँकि, वे 20वीं सदी के अंत से बहुत व्यापक रूप से जाने जाने लगे हैं। आज हम ऐसे प्रयोगों को पशु क्लोनिंग कहते हैं।

आज बहुत कम लोग डॉली भेड़ से अपरिचित हैं। 1996 में, एडिनबर्ग (स्कॉटलैंड) के पास रॉसलिन इंस्टीट्यूट में, एक स्तनपायी की पहली क्लोनिंग की गई थी, जो एक वयस्क कोशिका से की गई थी। यह भेड़ डॉली ही थी जो इस तरह की पहली क्लोन बनी।

जेनेटिक इंजीनियरिंग

1970 के दशक की शुरुआत में प्रदर्शित होने के बाद, आज इसने महत्वपूर्ण सफलता हासिल की है। उनकी विधियाँ स्तनधारियों, यीस्ट और बैक्टीरिया की कोशिकाओं को किसी भी प्रोटीन के उत्पादन के लिए वास्तविक "कारखानों" में बदल देती हैं। विज्ञान की यह उपलब्धि प्रोटीन के कार्यों और संरचना का विस्तार से अध्ययन करने का अवसर प्रदान करती है ताकि उन्हें औषधि के रूप में उपयोग किया जा सके।

जैव प्रौद्योगिकी की मूल बातें आज व्यापक रूप से उपयोग की जाती हैं। उदाहरण के लिए, एस्चेरिचिया कोली, हमारे समय में महत्वपूर्ण हार्मोन सोमाटोट्रोपिन और इंसुलिन का आपूर्तिकर्ता बन गया है। एप्लाइड जेनेटिक इंजीनियरिंग का उद्देश्य पुनः संयोजक डीएनए अणुओं का निर्माण करना है। जब एक निश्चित आनुवंशिक तंत्र में पेश किया जाता है, तो वे शरीर को मनुष्यों के लिए फायदेमंद गुण दे सकते हैं। उदाहरण के लिए, "जैविक रिएक्टर" प्राप्त करना संभव है, यानी, जानवर, पौधे और सूक्ष्मजीव जो ऐसे पदार्थों का उत्पादन करेंगे जो मनुष्यों के लिए औषधीय रूप से महत्वपूर्ण हैं। जैव प्रौद्योगिकी में प्रगति ने मनुष्यों के लिए मूल्यवान गुणों वाली पशु नस्लों और पौधों की किस्मों को विकसित करना संभव बना दिया है। आनुवंशिक इंजीनियरिंग विधियों का उपयोग करके आनुवंशिक प्रमाणीकरण करना, डीएनए टीके बनाना, विभिन्न आनुवंशिक रोगों का निदान करना आदि संभव है।

निष्कर्ष

तो, हमने इस प्रश्न का उत्तर दे दिया है: "जैव प्रौद्योगिकी क्या है?" बेशक, लेख इसके बारे में केवल बुनियादी जानकारी प्रदान करता है और निर्देशों को संक्षेप में सूचीबद्ध करता है। यह परिचयात्मक जानकारी एक सामान्य विचार देती है कि आधुनिक जैव प्रौद्योगिकी क्या मौजूद है और उनका उपयोग कैसे किया जाता है।

बायोइंजीनियरिंग सबसे आशाजनक वैज्ञानिक क्षेत्रों में से एक है, जिसकी मदद से किसी जीवित व्यक्ति में आगे के प्रत्यारोपण के लिए नए अंग या यहां तक ​​कि शरीर के अंग बनाना संभव है। लंबी अवधि में, बायोइंजीनियरिंग एक बीमार व्यक्ति को नई आंख, हृदय और अन्य महत्वपूर्ण अंग प्राप्त करने की अनुमति देगी।

बहुत से लोग मानते हैं कि बायोइंजीनियर "भगवान की भूमिका निभाने" की कोशिश कर रहे हैं, और उनकी उपलब्धियों का उपयोग जीवन बचाने के लिए नहीं, बल्कि प्रकृति के नियमों के विपरीत, मानव शरीर को बेहतर बनाने के लिए किया जा सकता है। अब यह शानदार लगता है, लेकिन बायोइंजीनियरिंग में हालिया प्रगति कुछ और ही सुझाती है।

कान

मानव कान अपनी संरचना में एक जटिल अंग है। हालाँकि, बायोइंजीनियरिंग, जैसा कि यह पता चला है, बहुत कुछ करने में सक्षम है। इस प्रकार, प्रिंसटन विश्वविद्यालय के वैज्ञानिक, एसोसिएट प्रोफेसर माइकल मैकअल्पाइन के नेतृत्व में, एक कृत्रिम मानव कान बनाने में कामयाब रहे, जिसे उन्होंने मई 2013 में प्रस्तुत किया था। ऐसा करने के लिए, बायोइंजीनियरों ने त्रि-आयामी मुद्रण तकनीक का उपयोग किया, जिसके साथ उन्होंने इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों का उपयोग करके पशु कोशिकाओं से एक कान बनाया। यदि इसे किसी व्यक्ति में प्रत्यारोपित किया जाता है, तो वह उन रेडियो आवृत्तियों का पता लगाने में सक्षम होगा जो पहले उसके लिए दुर्गम थीं।

रक्त वाहिकाएं

मानव संचार प्रणाली एक बहुत ही जटिल तंत्र है, जिसकी विफलता से मधुमेह, हृदय और गुर्दे की बीमारियाँ हो सकती हैं। लेकिन बायोइंजीनियरिंग अद्भुत काम करती है। 2011 में, साइटोग्राफ्ट टिशू इंजीनियरिंग विशेषज्ञ कृत्रिम रक्त वाहिकाएं बनाने में कामयाब रहे। इन्हें किडनी रोग से पीड़ित तीन मरीजों में प्रत्यारोपित किया गया। प्रयोग के नतीजों ने वैज्ञानिकों को आश्चर्यचकित कर दिया: ऑपरेशन के 8 महीने बाद, बायोइंजीनियरिंग का उपयोग करके बनाई गई रक्त वाहिकाएं अभी भी ठीक से काम कर रही थीं।

दिल

1980 के दशक में, कार्डियक सर्जनों ने एक व्यक्ति में कृत्रिम हृदय प्रत्यारोपित करके एक वास्तविक सफलता हासिल की। बेशक, एक जीवित दिल को बदलना मुश्किल है, लेकिन विज्ञान के विकास के साथ, बायोइंजीनियरिंग में प्रगति ने जैविक सामग्रियों का उपयोग करके कृत्रिम दिल में सुधार करना संभव बना दिया है, और मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के विशेषज्ञ यहां तक ​​​​कि एक दिल को मुद्रित करने में भी कामयाब रहे हैं कृंतक कोशिकाओं से बना एक 3डी प्रिंटर। आइए आशा करते हैं कि जल्द ही बायोइंजीनियरिंग में प्रगति से एक कृत्रिम मानव हृदय को "प्रिंट" करना संभव हो जाएगा जो वास्तविक से कमतर नहीं होगा।

जिगर

बायोइंजीनियरिंग पहले से ही कृत्रिम मानव लीवर बनाने के करीब है। इस प्रकार, इस अंग के लघु नमूने 2010 में वेक फॉरेस्ट यूनिवर्सिटी के बाल्टिक मेडिकल सेंटर के विशेषज्ञों द्वारा पशु और मानव कोशिकाओं का उपयोग करके बनाए गए थे। इसके अलावा, योकोहामा विश्वविद्यालय में एक प्रयोग किया गया, जिसके परिणामस्वरूप यकृत "भ्रूण" का निर्माण हुआ। लेकिन एक कार्यशील अंग बनाने के लिए ऐसे हजारों तत्वों की आवश्यकता होगी।

ट्रेकिआ

भले ही बायोइंजीनियरिंग अभी तक मानवता को कृत्रिम लीवर नहीं दे सकी है, लेकिन यह श्वासनली बना सकती है। इस प्रकार, अमेरिकी राज्य इलिनोइस में, 2.5 वर्षीय हन्ना वॉरेन को कृत्रिम रूप से विकसित श्वासनली के साथ प्रत्यारोपित किया गया। ऑपरेशन सफल रहा, लेकिन 7 जुलाई 2013 को अन्नप्रणाली पर पिछले ऑपरेशन के परिणामस्वरूप लड़की की मृत्यु हो गई।

इंटरवर्टेब्रल डिस्क

यहां तक ​​कि इंटरवर्टेब्रल डिस्क का थोड़ा सा विस्थापन भी, सबसे अच्छा, गंभीर पीठ दर्द का कारण बनता है, और सबसे खराब स्थिति में, सर्जरी से बचा नहीं जा सकता है। लेकिन ऑपरेशन के परिणामस्वरूप, डॉक्टर केवल कशेरुकाओं को एक-दूसरे से जोड़ देते हैं, जिससे व्यक्ति की गतिशीलता समाप्त हो जाती है। दुर्लभ मामलों में, कृत्रिम डिस्क का उपयोग किया जाता है, जो जल्दी खराब हो जाती हैं। सौभाग्य से, यहां भी बायोइंजीनियरिंग सभी उम्मीदों पर खरी उतरी। इस वर्ष, ड्यूक यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं ने एक डिस्क बनाई, जो इंटरडिस्कल स्पेस में प्रत्यारोपित होने पर, संबंधित ऊतक को बहाल करने में सक्षम है, जो अनिवार्य रूप से रोगी के शरीर में एक इंटरवर्टेब्रल डिस्क को बढ़ाती है।

आंत

कोलेजन और स्टेम कोशिकाओं के उपयोग ने बायोइंजीनियरिंग को एक छोटी कृत्रिम आंत बनाने में सक्षम बनाया है। हालाँकि, पूर्ण विकसित अंग बनाने के लिए वैज्ञानिकों को अभी भी एक लंबा रास्ता तय करना है।

कली

किडनी सबसे अधिक मांग वाले अंगों में से एक है। अकेले संयुक्त राज्य अमेरिका में, किडनी फेलियर से पीड़ित लगभग 60 हजार मरीज किडनी प्रत्यारोपण के लिए प्रतीक्षा सूची में हैं। शायद कैलिफ़ोर्निया विश्वविद्यालय के विशेषज्ञ इस समस्या का समाधान करने में सक्षम होंगे। बायोइंजीनियरिंग में नवीनतम प्रगति का उपयोग करते हुए, वे सिलिकॉन नैनोफिल्टर और मानव किडनी कोशिकाओं से बनी कृत्रिम किडनी बनाने पर काम कर रहे हैं। पहले से ही 2017 में, वैज्ञानिकों को इस उपकरण का परीक्षण करने की उम्मीद है।

कृषि जैव प्रौद्योगिकी के विकास की मुख्य उपलब्धियाँ और संभावनाएँ

जैव प्रौद्योगिकी दृष्टिकोण आधुनिक पादप प्रजनकों को वांछित लक्षणों के लिए जिम्मेदार व्यक्तिगत जीन को अलग करने और उन्हें एक पौधे के जीनोम से दूसरे के जीनोम - ट्रांसजेनेसिस में स्थानांतरित करने की अनुमति देते हैं।

जैव प्रौद्योगिकी के लिए धन्यवाद, बेहतर पोषण गुणों, शाकनाशी प्रतिरोध और वायरस और कीटों (सोयाबीन, टमाटर, कपास, पपीता) के खिलाफ अंतर्निहित सुरक्षा के साथ पौधों का उत्पादन किया गया है। पशुधन उत्पादन में उपयोग की जाने वाली जीएम फसलें - मक्का, सोयाबीन, कैनोला और कपास

आनुवंशिक तरीकों का उपयोग करके, सूक्ष्मजीवों के उपभेद (एशब्या गॉसिपी, स्यूडोमोनास डेनिट्रिफिकन्स, आदि) भी प्राप्त किए गए जो मूल रूपों की तुलना में हजारों गुना अधिक विटामिन (सी, बी 3, बी 13, आदि) का उत्पादन करते हैं।

संभावनाएँ:

1. जैव प्रौद्योगिकी विशेषज्ञ पौधों में प्रोटीन की मात्रा बढ़ाने के तरीके विकसित कर रहे हैं, जिससे भविष्य में मांस छोड़ना संभव हो सकेगा।

2. कृषि परिसर के लिए, जहर की रिहाई के माध्यम से कीटों से पौधों की आत्मरक्षा कार्यों में सुधार की दिशा में विकास चल रहा है।

3. जैव प्रौद्योगिकी की तेजी से विकसित होने वाली शाखाओं में से एक मनुष्यों के लिए मूल्यवान पदार्थों के सूक्ष्मजीवी संश्लेषण की तकनीक है। इस उद्योग के आगे के विकास में एक ओर फसल उत्पादन और पशुपालन की भूमिकाओं का पुनर्वितरण होगा, और दूसरी ओर मानव जाति के खाद्य आधार के निर्माण में माइक्रोबियल संश्लेषण होगा।

4. जैव प्रौद्योगिकी उपलब्धियों का औद्योगिक उपयोग पुनः संयोजक डीएनए अणु बनाने की तकनीक पर आधारित है। आवश्यक जीनों को डिज़ाइन करने से जानवरों, पौधों और सूक्ष्मजीवों की आनुवंशिकता और महत्वपूर्ण गतिविधि को नियंत्रित करना और नए गुणों वाले जीवों का निर्माण करना संभव हो जाता है।

5. जैव प्रौद्योगिकी के लिए कच्चे माल के स्रोत के रूप में, गैर-खाद्य पौधों की सामग्री और कृषि अपशिष्ट के नवीकरणीय संसाधन, जो फ़ीड पदार्थों और माध्यमिक ईंधन (बायोगैस) और जैविक उर्वरक दोनों के अतिरिक्त स्रोत के रूप में काम करते हैं, तेजी से महत्वपूर्ण होते जा रहे हैं।

6. सेल्युलोज का जैव निम्नीकरण (पुनर्चक्रण)। सेल्युलोज का ग्लूकोज में पूर्ण विघटन कई समस्याओं का समाधान कर सकता है - बड़ी मात्रा में कार्बोहाइड्रेट प्राप्त करना और वन अपशिष्ट और कृषि उत्पादन से पर्यावरण को साफ करना। वर्तमान में, सेल्युलोलिटिक एंजाइमों के जीन को पहले ही कुछ सूक्ष्मजीवों से अलग कर दिया गया है। इन्हें यीस्ट में स्थानांतरित करने के तरीके विकसित किए जा रहे हैं, जो पहले सेल्युलोज को हाइड्रोलाइज करके ग्लूकोज में बदल सकते हैं और फिर इसे अल्कोहल में बदल सकते हैं।

चिकित्सा जैव प्रौद्योगिकी में नवीनतम प्रगति

चिकित्सा जैव प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में, इंटरफेरॉन-प्रोटीन जो वायरस के प्रजनन को दबा सकते हैं-विकसित किए गए हैं।

आनुवंशिक रूप से संशोधित बैक्टीरिया का उपयोग करके मानव इंसुलिन का उत्पादन, एरिथ्रोपोइटिन का उत्पादन (एक हार्मोन जो अस्थि मज्जा में लाल रक्त कोशिकाओं के निर्माण को उत्तेजित करता है।

ऐसे पॉलिमर का उत्पादन करना संभव हो गया है जो मानव अंगों और ऊतकों (गुर्दे, रक्त वाहिकाएं, वाल्व, हृदय-फेफड़े के उपकरण, आदि) को प्रतिस्थापित करते हैं।

संक्रामक रोगों से बचाव के लिए सामूहिक टीकाकरण (टीकाकरण) सबसे सुलभ और लागत प्रभावी तरीका बन गया है। इस प्रकार, रूसी बच्चों को खसरे के खिलाफ टीका लगाने के 30 वर्षों में, खसरे की घटनाओं में 620 गुना की कमी आई है।

एंटीबायोटिक्स के उत्पादन के तरीके विकसित किए गए हैं। एंटीबायोटिक दवाओं की खोज ने संक्रामक रोगों के उपचार में क्रांति ला दी। कई जीवाणु संक्रमणों (प्लेग, तपेदिक, सेप्सिस, सिफलिस, आदि) की लाइलाजता के बारे में विचार गायब हो गए हैं।

जैव प्रौद्योगिकी निदान में नवीनतम उपलब्धियों में से एक बायोसेंसर की विधि है, जो रोगों से जुड़े अणुओं को "पकड़ती" है और सेंसर को संकेत भेजती है। मधुमेह रोगियों के रक्त में ग्लूकोज का निर्धारण करने के लिए बायोसेंसर डायग्नोस्टिक्स का उपयोग किया जाता है। आशा है कि समय के साथ रोगियों की इंसुलिन आवश्यकताओं की अधिक सटीक निगरानी के लिए उनकी रक्त वाहिकाओं में बायोसेंसर प्रत्यारोपित करना संभव होगा।

न केवल "जैविक रिएक्टर", ट्रांसजेनिक जानवर, आनुवंशिक रूप से संशोधित पौधे बनाना संभव हो गया है, बल्कि आनुवंशिक प्रमाणीकरण (किसी व्यक्ति के जीनोटाइप का एक संपूर्ण अध्ययन और विश्लेषण, जो आमतौर पर जन्म के तुरंत बाद किया जाता है, विभिन्न प्रकार की प्रवृत्ति निर्धारित करने के लिए) करना भी संभव हो गया है। रोग, संभवतः अपर्याप्त (एलर्जी) कुछ दवाओं के प्रति प्रतिक्रिया, साथ ही कुछ प्रकार की गतिविधियों की प्रवृत्ति)। आनुवंशिक प्रमाणीकरण से हृदय संबंधी बीमारियों और कैंसर के खतरों की भविष्यवाणी करना और उन्हें कम करना, न्यूरोडीजेनेरेटिव बीमारियों और उम्र बढ़ने की प्रक्रियाओं का अध्ययन करना और उन्हें रोकना आदि संभव हो जाता है।

वैज्ञानिक विभिन्न विकृतियों की अभिव्यक्ति और जीवन प्रत्याशा में वृद्धि में योगदान देने वाले जीन की पहचान करने में सक्षम हैं।

वंशानुगत रोगों के शीघ्र निदान और वंशानुगत विकृति की समय पर रोकथाम के अवसर सामने आए हैं।

चिकित्सा जैव प्रौद्योगिकी के लिए सबसे महत्वपूर्ण क्षेत्र सेल इंजीनियरिंग बन गया है, विशेष रूप से मोनोक्लोनल एंटीबॉडी के उत्पादन की तकनीक, जो संस्कृति में या पशु के शरीर में हाइब्रिड लिम्फोइड कोशिकाओं - हाइब्रिडोमास द्वारा उत्पादित होती है। मोनोक्लोनल एंटीबॉडी तकनीक का बुनियादी और व्यावहारिक चिकित्सा अनुसंधान और चिकित्सा पद्धति पर बड़ा प्रभाव पड़ा है। उनके आधार पर, नई प्रतिरक्षाविज्ञानी विश्लेषण प्रणालियाँ विकसित और उपयोग की गई हैं - रेडियोइम्यूनोएसे और एंजाइम इम्यूनोएसे। वे शरीर में विशिष्ट एंटीजन और एंटीबॉडी की लुप्त हो रही छोटी सांद्रता को निर्धारित करना संभव बनाते हैं।

माइक्रोचिप्स को अब बीमारियों के निदान में सबसे उन्नत तकनीक माना जाता है। इनका उपयोग संक्रामक, ऑन्कोलॉजिकल और आनुवंशिक रोगों, एलर्जी के शीघ्र निदान के साथ-साथ नई दवाओं के अध्ययन में किया जाता है।

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जैव प्रौद्योगिकी संख्या 1 पर व्याख्यान

जैव प्रौद्योगिकी का परिचय. पर्यावरण, कृषि, औद्योगिक जैव प्रौद्योगिकी।

प्रोटीन, एंजाइम, एंटीबायोटिक्स, विटामिन, इंटरफेरॉन का जैव प्रौद्योगिकी उत्पादन।

प्रश्न क्रमांक 1

प्राचीन काल से, मनुष्य ने वाइन बनाने, शराब बनाने या बेकिंग में जैव प्रौद्योगिकी का उपयोग किया है। लेकिन इन उद्योगों में अंतर्निहित प्रक्रियाएं लंबे समय तक रहस्यमय बनी रहीं। उनकी प्रकृति 19वीं सदी के अंत और 20वीं सदी की शुरुआत में ही स्पष्ट हो गई, जब सूक्ष्मजीवों की खेती और पास्चुरीकरण के तरीके विकसित किए गए, और बैक्टीरिया और एंजाइमों की शुद्ध रेखाओं को अलग कर दिया गया। जीव विज्ञान से सबसे अधिक निकटता से संबंधित विभिन्न प्रौद्योगिकियों को नामित करने के लिए, "एप्लाइड माइक्रोबायोलॉजी", "एप्लाइड बायोकैमिस्ट्री", "एंजाइम टेक्नोलॉजी", "बायोइंजीनियरिंग", "एप्लाइड जेनेटिक्स", "एप्लाइड बायोलॉजी" जैसे नामों का पहले इस्तेमाल किया गया था। इससे एक नए उद्योग का उदय हुआ - जैव प्रौद्योगिकी।

फ्रांसीसी रसायनज्ञ लुई पाश्चर ने 1867 में साबित किया कि किण्वन सूक्ष्मजीवों की गतिविधि का परिणाम है। जर्मन बायोकेमिस्ट एडुआर्ड बुचनर ने स्पष्ट किया कि यह कोशिका-मुक्त अर्क के कारण भी होता है जिसमें एंजाइम होते हैं जो रासायनिक प्रतिक्रियाओं को उत्प्रेरित करते हैं। कच्चे माल के प्रसंस्करण के लिए शुद्ध एंजाइमों के उपयोग ने ज़ाइमोलॉजी के विकास को गति दी। उदाहरण के लिए, स्टार्च को तोड़ने के लिए अल्फा-एमाइलेज की आवश्यकता होती है।

इसी समय, नवजात आनुवंशिकी के क्षेत्र में महत्वपूर्ण खोजें की गईं, जिनके बिना आधुनिक जैव प्रौद्योगिकी अकल्पनीय होती। 1865 में, ऑस्ट्रियाई भिक्षु ग्रेगर मेंडल ने ब्रून सोसाइटी ऑफ नेचुरलिस्ट्स को अपने "प्लांट हाइब्रिड्स पर प्रयोग" से परिचित कराया, जिसमें उन्होंने आनुवंशिकता के नियमों का वर्णन किया। 1902 में, जीवविज्ञानी वाल्टर सटन और थियोडोर बोवेरी ने सुझाव दिया कि आनुवंशिकता का संचरण भौतिक वाहक - गुणसूत्रों से जुड़ा है। तब भी यह ज्ञात था कि एक जीवित जीव कोशिकाओं से बना होता है। जर्मन रोगविज्ञानी रुडोल्फ विरचो कोशिका सिद्धांत को "प्रत्येक कोशिका एक कोशिका से है" सिद्धांत के साथ पूरक करते हैं। और वनस्पतिशास्त्री गोटलिब हैबरलैंड के प्रयोगों से पता चला कि एक कोशिका कृत्रिम वातावरण में और शरीर से अलग भी मौजूद हो सकती है। बाद के प्रयोगों से विटामिन, खनिज पूरक और हार्मोन की भूमिका की खोज हुई।

तभी एक शब्द आया

"जैव प्रौद्योगिकी" शब्द के जन्म का वर्ष 1919 माना जाता है, जब घोषणापत्र "बड़े कृषि फार्मों पर मांस, वसा और दूध के प्रसंस्करण की जैव प्रौद्योगिकी" प्रकाशित हुआ था। इसके लेखक हंगरी के कृषि अर्थशास्त्री, तत्कालीन खाद्य मंत्री कार्ल एरेकी हैं। घोषणापत्र में जैविक जीवों का उपयोग करके कृषि कच्चे माल को अन्य खाद्य उत्पादों में संसाधित करने का वर्णन किया गया है। एरेकी ने इस पद्धति की खोज की तुलना अतीत की सबसे बड़ी तकनीकी क्रांतियों से करते हुए मानव इतिहास में एक नए युग की भविष्यवाणी की: नवपाषाण युग में उत्पादक अर्थव्यवस्था का उदय और कांस्य युग में धातु विज्ञान। लेकिन 1920 के दशक के अंत तक, जैव प्रौद्योगिकी का मतलब केवल किण्वन के लिए सूक्ष्मजीवों का उपयोग था। 1930 के दशक में, चिकित्सा जैव प्रौद्योगिकी विकसित हुई। 1928 में अलेक्जेंडर फ्लेमिंग द्वारा खोजे गए, पेनिसिलिन, कवक पेनिसिलियम नोटेटम से उत्पादित, 1940 के दशक में पहले से ही औद्योगिक पैमाने पर उत्पादित किया जाने लगा। और 1960 के दशक के अंत और 1970 के दशक की शुरुआत में, खाद्य उद्योग को तेल शोधन उद्योग के साथ जोड़ने का प्रयास किया गया था। ब्रिटिश पेट्रोलियम ने तेल उद्योग के कचरे से फ़ीड प्रोटीन के जीवाणु संश्लेषण के लिए एक तकनीक विकसित की है।

1953 में, एक खोज की गई जिसने बाद में जैव प्रौद्योगिकी में क्रांति ला दी: जेम्स वॉटसन और फ्रांसिस क्रिक ने डीएनए की संरचना को समझा। और 1970 के दशक में, वंशानुगत सामग्री के हेरफेर को जैव प्रौद्योगिकी तकनीकों में जोड़ा गया था। केवल दो दशकों में, इसके लिए सभी आवश्यक उपकरण खोजे गए: रिवर्स ट्रांसक्रिपटेस को अलग कर दिया गया - एक एंजाइम जो आपको आरएनए से आनुवंशिक कोड को डीएनए में "फिर से लिखने" की अनुमति देता है, डीएनए को काटने के लिए एंजाइमों की खोज की गई, साथ ही एक पोलीमरेज़ श्रृंखला भी। व्यक्तिगत डीएनए अंशों के बार-बार पुनरुत्पादन के लिए प्रतिक्रिया।

1973 में, पहला आनुवंशिक रूप से पुनः संयोजक जीव बनाया गया था: एक मेंढक से एक आनुवंशिक तत्व एक जीवाणु में स्थानांतरित किया गया था। जेनेटिक इंजीनियरिंग का युग शुरू हुआ, जो लगभग तुरंत समाप्त हो गया: 1975 में असिलोमर (यूएसए) शहर में, पुनः संयोजक डीएनए अणुओं के अध्ययन के लिए समर्पित अंतर्राष्ट्रीय कांग्रेस में, नई प्रौद्योगिकियों के उपयोग के बारे में चिंताएं पहली बार व्यक्त की गईं।

“यह राजनेता, धार्मिक समूह या पत्रकार नहीं थे जिन्होंने अलार्म बजाया, जैसा कि कोई उम्मीद कर सकता है। यह स्वयं वैज्ञानिक थे,'' सम्मेलन के आयोजकों में से एक और पुनः संयोजक डीएनए अणुओं के निर्माण में अग्रणी पॉल बर्ग को याद किया गया। "कई वैज्ञानिकों को डर था कि सार्वजनिक बहस से आणविक जीव विज्ञान पर अनुचित प्रतिबंध लग जाएगा, लेकिन उन्होंने जिम्मेदार बहस को प्रोत्साहित किया जिससे आम सहमति बनी।" कांग्रेस प्रतिभागियों ने कई संभावित खतरनाक अध्ययनों पर रोक लगाने का आह्वान किया।

इस बीच, सिंथेटिक जीव विज्ञान जैव प्रौद्योगिकी और आनुवंशिक इंजीनियरिंग से विकसित हुआ है, जो नए जैविक घटकों और प्रणालियों के डिजाइन और मौजूदा लोगों के पुन: डिज़ाइन से संबंधित है। सिंथेटिक जीव विज्ञान का पहला संकेत 1970 में स्थानांतरण आरएनए का कृत्रिम संश्लेषण था, और आज प्राथमिक संरचनाओं से संपूर्ण जीनोम को संश्लेषित करना पहले से ही संभव है। 1978 में, जेनेंटेक ने प्रयोगशाला में ई. कोली जीवाणु का निर्माण किया जो मानव इंसुलिन को संश्लेषित करता है। इस क्षण से, आनुवंशिक पुनर्संयोजन अंततः जैव प्रौद्योगिकी के शस्त्रागार में प्रवेश कर गया और इसे लगभग इसका पर्याय माना जाता है। इसी समय, जानवरों और पौधों की कोशिकाओं के जीनोम में नए जीन का पहला स्थानांतरण किया गया। 1980 के नोबेल पुरस्कार विजेता वाल्टर गिल्बर्ट ने कहा: "हम चिकित्सा उद्देश्यों या व्यावसायिक उपयोग के लिए वस्तुतः कोई भी मानव प्रोटीन प्राप्त कर सकते हैं जो मानव शरीर के महत्वपूर्ण कार्यों को प्रभावित करने में सक्षम है।"

1985 में, शाकनाशियों, कीड़ों, वायरस और बैक्टीरिया के प्रति प्रतिरोधी ट्रांसजेनिक पौधों का पहला क्षेत्रीय परीक्षण हुआ। प्लांट पेटेंट दिखाई देते हैं। आणविक आनुवंशिकी फलने-फूलने लगी है, और विश्लेषणात्मक तरीके जैसे अनुक्रमण, यानी प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड के प्राथमिक अनुक्रम का निर्धारण, तेजी से विकसित हो रहे हैं।

1995 में, पहला ट्रांसजेनिक पौधा (फ्लावर सेवर टमाटर) बाजार में जारी किया गया था, और 2010 तक 29 देशों में 148 मिलियन हेक्टेयर (कुल खेती योग्य भूमि का 10%) पर ट्रांसजेनिक फसलें उगाई गईं। 1996 में, पहला क्लोन जानवर पैदा हुआ - डॉली भेड़। 2010 तक, जानवरों की 20 से अधिक प्रजातियों का क्लोन बनाया जा चुका था: बिल्लियाँ, कुत्ते, भेड़िये, घोड़े, सूअर, मौफ्लॉन।

जैव प्रौद्योगिकी के क्षेत्र और इसकी सहायता से प्राप्त उत्पाद

प्रौद्योगिकी और जैव प्रौद्योगिकी

तकनीकी- ये स्रोत सामग्री (कच्चे माल) से एक निश्चित उत्पाद प्राप्त करने के लिए उपयोग की जाने वाली विधियां और तकनीकें हैं। अक्सर, एक उत्पाद प्राप्त करने के लिए एक नहीं, बल्कि कच्चे माल के कई स्रोतों की आवश्यकता होती है, एक विधि या तकनीक की नहीं, बल्कि कई के अनुक्रम की। सभी प्रकार की प्रौद्योगिकियों को तीन मुख्य वर्गों में विभाजित किया जा सकता है:

भौतिक और यांत्रिक प्रौद्योगिकियां;

रासायनिक प्रौद्योगिकियाँ;

जैव प्रौद्योगिकी.

भौतिक और यांत्रिक प्रौद्योगिकियों मेंकिसी उत्पाद को प्राप्त करने की प्रक्रिया में स्रोत सामग्री (कच्चा माल) अपनी रासायनिक संरचना को बदले बिना अपना आकार या एकत्रीकरण की स्थिति बदल देती है (उदाहरण के लिए, लकड़ी के फर्नीचर के उत्पादन के लिए लकड़ी प्रसंस्करण तकनीक, धातु उत्पादों के उत्पादन के लिए विभिन्न तरीके: नाखून, मशीन) भाग, आदि)।

रासायनिक प्रौद्योगिकियों मेंकिसी उत्पाद को प्राप्त करने की प्रक्रिया में, कच्चे माल की रासायनिक संरचना में परिवर्तन होता है (उदाहरण के लिए, प्राकृतिक गैस से पॉलीथीन का उत्पादन, प्राकृतिक गैस या लकड़ी से अल्कोहल, प्राकृतिक गैस से सिंथेटिक रबर का उत्पादन)।

एक विज्ञान के रूप में जैव प्रौद्योगिकी को दो अस्थायी और आवश्यक आयामों में माना जा सकता है: आधुनिक और पारंपरिक, शास्त्रीय।

नवीनतम जैव प्रौद्योगिकी (बायोइंजीनियरिंग)उत्पादन को तेज़ करने और विभिन्न प्रयोजनों के लिए नए प्रकार के उत्पाद प्राप्त करने के लिए आनुवंशिक रूप से रूपांतरित (संशोधित) पौधों, जानवरों और सूक्ष्मजीवों के निर्माण और उपयोग के लिए आनुवंशिक इंजीनियरिंग और सेलुलर तरीकों और प्रौद्योगिकियों का विज्ञान है।

पारंपरिक, क्लासिक मेंएक अर्थ में, जैव प्रौद्योगिकी को प्राकृतिक और कृत्रिम के तहत पारंपरिक, गैर-ट्रांसजेनिक (प्राकृतिक और प्रजनन) पौधों, जानवरों और सूक्ष्मजीवों का उपयोग करके कृषि और अन्य उत्पादों के उत्पादन, परिवहन, भंडारण और प्रसंस्करण के तरीकों और प्रौद्योगिकियों के विज्ञान के रूप में परिभाषित किया जा सकता है। स्थितियाँ।

नवीनतम जैव प्रौद्योगिकी की सर्वोच्च उपलब्धि है आनुवंशिक परिवर्तन, पौधों, जानवरों और सूक्ष्मजीवों की प्राप्तकर्ता कोशिकाओं में विदेशी (प्राकृतिक या कृत्रिम रूप से निर्मित) दाता जीन का स्थानांतरण, नए या उन्नत गुणों और विशेषताओं के साथ ट्रांसजेनिक जीवों का उत्पादन।

जैव प्रौद्योगिकी अनुसंधान का उद्देश्य- उत्पादन दक्षता बढ़ाना और जैविक प्रणालियों की खोज करना जिनका उपयोग लक्ष्य उत्पाद प्राप्त करने के लिए किया जा सकता है।

जैव प्रौद्योगिकी नई तकनीकों का उपयोग करके वांछित उत्पादों को असीमित मात्रा में पुन: उत्पन्न करना संभव बनाती है जो जीन को उत्पादक कोशिकाओं या पूरे जीव (ट्रांसजेनिक जानवरों और पौधों) में स्थानांतरित करना, पेप्टाइड्स को संश्लेषित करना और कृत्रिम टीके बनाना संभव बनाती है।

जैव प्रौद्योगिकी विकास की मुख्य दिशाएँ

जैव प्रौद्योगिकी के अनुप्रयोग के क्षेत्रों के विस्तार का मानव जीवन स्तर में सुधार पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है (चित्र 1.2)। जैव प्रौद्योगिकी प्रक्रियाओं की शुरूआत चिकित्सा में सबसे तेजी से परिणाम देती है, लेकिन, कई विशेषज्ञों के अनुसार, मुख्य आर्थिक प्रभाव कृषि और रासायनिक उद्योग में प्राप्त होगा।

माइक्रोएरे, सेल कल्चर, मोनोक्लोनल एंटीबॉडी और प्रोटीन इंजीनियरिंग कुछ आधुनिक जैव प्रौद्योगिकी तकनीकें हैं जिनका उपयोग कई प्रकार के उत्पादों के विकास के विभिन्न चरणों में किया जाता है। जैविक प्रक्रियाओं के आणविक आधार को समझने से एक निश्चित उत्पाद के विकास और उत्पादन की तैयारी की लागत को काफी कम करना संभव हो जाता है, साथ ही इसकी गुणवत्ता में सुधार भी होता है। उदाहरण के लिए, कीट-प्रतिरोधी पौधों की किस्में विकसित करने वाली कृषि बायोटेक कंपनियां पौधों को उगाने पर संसाधनों को बर्बाद किए बिना सेल कल्चर में सुरक्षात्मक प्रोटीन की मात्रा को माप सकती हैं; फार्मास्युटिकल कंपनियां दवाओं की सुरक्षा और प्रभावशीलता का परीक्षण करने के साथ-साथ दवा विकास के शुरुआती चरणों में संभावित दुष्प्रभावों की पहचान करने के लिए सेल कल्चर और माइक्रोएरे का उपयोग कर सकती हैं।

आनुवंशिक रूप से संशोधित जानवर, जिनके शरीर में ऐसी प्रक्रियाएं होती हैं जो विभिन्न मानव रोगों के शरीर विज्ञान को दर्शाती हैं, वैज्ञानिकों को शरीर पर किसी विशेष पदार्थ के प्रभाव का परीक्षण करने के लिए पूरी तरह से पर्याप्त मॉडल प्रदान करती हैं। यह कंपनियों को विकास के आरंभ में सबसे सुरक्षित और सबसे प्रभावी दवाओं की पहचान करने की भी अनुमति देता है।

यह सब जैव प्रौद्योगिकी के महत्व और राष्ट्रीय अर्थव्यवस्था के विभिन्न क्षेत्रों में इसके अनुप्रयोग की व्यापक संभावनाओं को इंगित करता है। इस क्षेत्र में कौन से क्षेत्र सर्वोच्च प्राथमिकता वाले हैं? आइए उन पर नजर डालें.

1. मनुष्यों और पर्यावरण के लिए जैव प्रौद्योगिकी उत्पादन की सुरक्षा में सुधार. ऐसी कार्य प्रणालियाँ बनाना आवश्यक है जो केवल कड़ाई से नियंत्रित परिस्थितियों में ही कार्य करेंगी। उदाहरण के लिए, जैव प्रौद्योगिकी में उपयोग किए जाने वाले ई. कोली उपभेदों में सुप्रा-झिल्ली संरचनाओं (लिफाफे) की कमी होती है; ऐसे बैक्टीरिया प्रयोगशालाओं के बाहर या विशेष तकनीकी प्रतिष्ठानों के बाहर मौजूद ही नहीं रह सकते। मल्टीकंपोनेंट सिस्टम, जिनमें से प्रत्येक स्वतंत्र अस्तित्व में सक्षम नहीं है, ने भी सुरक्षा बढ़ा दी है।

2. मानव औद्योगिक अपशिष्ट का हिस्सा कम करना. औद्योगिक अपशिष्ट इसके उप-उत्पाद हैं जिनका उपयोग मनुष्यों या जीवमंडल के अन्य घटकों द्वारा नहीं किया जा सकता है और जिनका उपयोग लाभहीन है या इसमें किसी प्रकार का जोखिम शामिल है। ऐसा कचरा उत्पादन परिसर (क्षेत्रों) के भीतर जमा हो जाता है या पर्यावरण में छोड़ दिया जाता है। किसी को उपयोगी उत्पाद के पक्ष में "उपयोगी उत्पाद/अपशिष्ट" अनुपात को बदलने का प्रयास करना चाहिए। इसे विभिन्न तरीकों से हासिल किया जाता है। सबसे पहले, कचरे का सदुपयोग किया जाना चाहिए। दूसरे, उन्हें एक बंद तकनीकी चक्र बनाते हुए रीसाइक्लिंग के लिए भेजा जा सकता है। अंततः, अपशिष्ट को कम करने के लिए कार्य प्रणाली को ही संशोधित किया जा सकता है।

3. उत्पाद उत्पादन के लिए ऊर्जा लागत कम करना,यानी ऊर्जा-बचत प्रौद्योगिकियों की शुरूआत। इस समस्या का मौलिक समाधान मुख्यतः नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों के उपयोग से संभव है। उदाहरण के लिए, जीवाश्म ईंधन की वार्षिक ऊर्जा खपत पृथ्वी पर सभी प्रकाश संश्लेषक जीवों के शुद्ध सकल उत्पादन के बराबर है। सौर ऊर्जा को आधुनिक बिजली संयंत्रों के लिए उपलब्ध रूपों में बदलने के लिए, तेजी से बढ़ने वाले पौधों के ऊर्जा बागान बनाए जाते हैं (सेलुलर इंजीनियरिंग विधियों का उपयोग करने सहित)। परिणामी बायोमास का उपयोग सेलूलोज़, जैव ईंधन और वर्मीकम्पोस्ट के उत्पादन के लिए किया जाता है। ऐसी प्रौद्योगिकियों के व्यापक लाभ स्पष्ट हैं। रोपण सामग्री के निरंतर नवीकरण के लिए सेल इंजीनियरिंग विधियों का उपयोग वायरस और माइकोप्लाज्मा से मुक्त बड़ी संख्या में पौधों का कम से कम संभव समय में उत्पादन सुनिश्चित करता है; इसी समय, मातृ वृक्षारोपण बनाने की कोई आवश्यकता नहीं है। लकड़ी के पौधों के प्राकृतिक रोपण पर भार कम हो जाता है (सेलूलोज़ और ईंधन प्राप्त करने के लिए उन्हें बड़े पैमाने पर काट दिया जाता है), और जीवाश्म ईंधन की आवश्यकता कम हो जाती है (सामान्य तौर पर, यह पर्यावरण की दृष्टि से प्रतिकूल है, क्योंकि इसके दहन से कम ऑक्सीकृत पदार्थ उत्पन्न होते हैं)। जब जैव ईंधन का उपयोग किया जाता है, तो कार्बन डाइऑक्साइड और जल वाष्प उत्पन्न होते हैं, जो वायुमंडल में प्रवेश करते हैं और फिर ऊर्जा वृक्षारोपण पर पौधों द्वारा पुन: संयोजित होते हैं।

4. बहुघटक संयंत्र प्रणालियों का निर्माण।खनिज उर्वरकों और कीटनाशकों का उपयोग करने पर कृषि उत्पादों की गुणवत्ता काफी खराब हो जाती है, जिससे प्राकृतिक पारिस्थितिकी तंत्र को भारी नुकसान होता है। कृषि उत्पादन के रसायनीकरण के नकारात्मक परिणामों को दूर करने के विभिन्न तरीके हैं। सबसे पहले, मोनोकल्चर को छोड़ना आवश्यक है, अर्थात, बायोटाइप्स (किस्मों, नस्लों, उपभेदों) के सीमित सेट का उपयोग। 19वीं सदी के अंत में मोनोकल्चर के नुकसान की पहचान की गई; वे स्पष्ट हैं. सबसे पहले, एक मोनोकल्चर में, खेती किए गए जीवों के बीच प्रतिस्पर्धी संबंध बढ़ते हैं; साथ ही, मोनोकल्चर का प्रतिस्पर्धी जीवों (खरपतवार) पर केवल एकतरफा प्रभाव पड़ता है। दूसरे, खनिज पोषण तत्वों का चयनात्मक निष्कासन होता है, जिससे मिट्टी का क्षरण होता है। अंत में, मोनोकल्चर रोगजनकों और कीटों के प्रति प्रतिरोधी नहीं है। इसलिए, 20वीं सदी के दौरान। इसे असाधारण रूप से उच्च उत्पादन तीव्रता द्वारा बनाए रखा गया था। बेशक, सघन किस्मों (नस्लों, उपभेदों) के मोनोकल्चर का उपयोग उत्पादन तकनीक के विकास को सरल बनाता है। उदाहरण के लिए, उच्च प्रौद्योगिकियों की मदद से, पौधों की ऐसी किस्में बनाई गई हैं जो एक निश्चित कीटनाशक के प्रति प्रतिरोधी हैं, जिनका उपयोग इन विशेष किस्मों की खेती करते समय उच्च खुराक में किया जा सकता है। हालाँकि, इस मामले में, मनुष्यों और पर्यावरण के लिए ऐसी कार्य प्रणाली की सुरक्षा पर सवाल उठता है। इसके अलावा, देर-सबेर इस कीटनाशक के प्रति प्रतिरोधी रोगजनकों (कीटों) की नस्लें सामने आ जाएंगी।

इसलिए, खेती वाले जीवों के विभिन्न बायोटाइप सहित मोनोकल्चर से मल्टीकंपोनेंट (पॉलीक्लोनल) रचनाओं में एक व्यवस्थित संक्रमण आवश्यक है। बहुघटकीय रचनाओं में विभिन्न विकासात्मक लय वाले, भौतिक-रासायनिक पर्यावरणीय कारकों, प्रतिस्पर्धियों, रोगजनकों और कीटों की गतिशीलता के प्रति अलग-अलग दृष्टिकोण वाले जीव शामिल होने चाहिए। आनुवंशिक रूप से विषम प्रणालियों में, विभिन्न जीनोटाइप वाले व्यक्तियों की प्रतिपूरक बातचीत उत्पन्न होती है, जिससे अंतर-विशिष्ट प्रतिस्पर्धा का स्तर कम हो जाता है और अन्य प्रजातियों (खरपतवार) के प्रतिस्पर्धी जीवों पर खेती वाले जीवों का दबाव स्वचालित रूप से बढ़ जाता है। रोगजनकों और कीटों के संबंध में, ऐसे विषम पारिस्थितिकी तंत्र को सामूहिक समूह प्रतिरक्षा की विशेषता होती है, जो व्यक्तिगत बायोटाइप की कई संरचनात्मक और कार्यात्मक विशेषताओं की बातचीत से निर्धारित होती है।

5. चिकित्सा के लिए नई औषधियों का विकास. वर्तमान में, चिकित्सा के क्षेत्र में सक्रिय अनुसंधान चल रहा है: विभिन्न प्रकार की नई दवाएं बनाई जा रही हैं - लक्षित और व्यक्तिगत।

लक्षित औषधियाँ. कैंसर का मुख्य कारण अनियंत्रित कोशिका विभाजन और एपोप्टोसिस में व्यवधान है। उन्हें खत्म करने के लिए डिज़ाइन की गई दवाओं की कार्रवाई इन प्रक्रियाओं में शामिल किसी भी अणु या सेलुलर संरचना पर निर्देशित की जा सकती है। कार्यात्मक जीनोमिक्स के क्षेत्र में किए गए शोध ने हमें पहले से ही कैंसर पूर्व कोशिकाओं में होने वाले आणविक परिवर्तनों के बारे में जानकारी प्रदान की है। प्राप्त आंकड़ों के आधार पर, आणविक मार्करों की पहचान करने के लिए नैदानिक ​​​​परीक्षण बनाना संभव है जो पहली बार दिखाई देने वाली कोशिका असामान्यताएं प्रकट होने या रोग के लक्षण प्रकट होने से पहले ऑन्कोलॉजिकल प्रक्रिया की शुरुआत का संकेत देते हैं।

अधिकांश कीमोथेरेपी दवाएं कोशिका विभाजन में शामिल प्रोटीन को लक्षित करती हैं। दुर्भाग्य से, यह न केवल घातक कोशिकाओं को मारता है, बल्कि अक्सर शरीर की सामान्य विभाजित करने वाली कोशिकाओं, जैसे हेमेटोपोएटिक प्रणाली और बालों के रोम की कोशिकाओं को भी मारता है। इस दुष्प्रभाव को रोकने के लिए, कुछ कंपनियों ने ऐसी दवाएं विकसित करना शुरू कर दिया है जो कीमोथेरेपी एजेंट की खुराक देने से तुरंत पहले स्वस्थ कोशिकाओं के कोशिका चक्र को रोक देती हैं।

व्यक्तिगत तैयारी. वैज्ञानिक विकास के वर्तमान चरण में, व्यक्तिगत चिकित्सा का युग शुरू होता है, जिसमें दवाओं के सबसे प्रभावी उपयोग के लिए रोगियों के आनुवंशिक अंतर को ध्यान में रखा जाएगा। कार्यात्मक जीनोमिक्स डेटा का उपयोग करके, आनुवंशिक वेरिएंट की पहचान करना संभव है जो विशिष्ट रोगियों को कुछ दवाओं के नकारात्मक दुष्प्रभावों और दूसरों के प्रति संवेदनशील बनाता है। रोगी के जीनोम के ज्ञान पर आधारित इस व्यक्तिगत चिकित्सीय दृष्टिकोण को फार्माकोजेनोमिक्स कहा जाता है।

जैव प्रौद्योगिकी जीवित जीवों और जैविक प्रक्रियाओं का उपयोग करके मनुष्यों के लिए आवश्यक उत्पादों और सामग्रियों का सचेत उत्पादन है.

प्राचीन काल से, जैव प्रौद्योगिकी का उपयोग मुख्य रूप से खाद्य और प्रकाश उद्योगों में किया जाता रहा है: वाइनमेकिंग, बेकरी, डेयरी उत्पादों के किण्वन में, सन और चमड़े के प्रसंस्करण में, सूक्ष्मजीवों के उपयोग के आधार पर। हाल के दशकों में जैव प्रौद्योगिकी की संभावनाओं में काफी विस्तार हुआ है। यह इस तथ्य के कारण है कि इसके तरीके पारंपरिक तरीकों की तुलना में अधिक लाभदायक हैं, इसका सरल कारण यह है कि जीवित जीवों में, एंजाइमों द्वारा उत्प्रेरित जैव रासायनिक प्रतिक्रियाएं इष्टतम परिस्थितियों (तापमान और दबाव) के तहत होती हैं, अधिक उत्पादक, पर्यावरण के अनुकूल होती हैं और रासायनिक की आवश्यकता नहीं होती है। अभिकर्मक जो पर्यावरण को विषाक्त करते हैं।

जैव प्रौद्योगिकी वस्तुएँजीवित जीवों के समूहों के कई प्रतिनिधि हैं - सूक्ष्मजीव (वायरस, बैक्टीरिया, प्रोटोजोआ, यीस्ट), पौधे, जानवर, साथ ही उनसे पृथक कोशिकाएं और उपकोशिकीय घटक (ऑर्गेनेल) और यहां तक ​​​​कि एंजाइम भी। जैव प्रौद्योगिकी जीवित प्रणालियों में होने वाली शारीरिक और जैव रासायनिक प्रक्रियाओं पर आधारित है, जिसके परिणामस्वरूप ऊर्जा की रिहाई, चयापचय उत्पादों का संश्लेषण और टूटना और कोशिका के रासायनिक और संरचनात्मक घटकों का निर्माण होता है।

जैव प्रौद्योगिकी की मुख्य दिशाजैविक रूप से सक्रिय यौगिकों (एंजाइम, विटामिन, हार्मोन), दवाओं (एंटीबायोटिक्स, टीके, सीरम, अत्यधिक विशिष्ट एंटीबॉडी, आदि) के साथ-साथ मूल्यवान यौगिकों (उदाहरण के लिए फ़ीड एडिटिव्स) का उत्पादन, सूक्ष्मजीवों और सुसंस्कृत यूकेरियोटिक कोशिकाओं का उपयोग करके किया जाता है। , आवश्यक अमीनो एसिड, फ़ीड प्रोटीन, आदि)।

जेनेटिक इंजीनियरिंग विधियों ने इंसुलिन और सोमाटोट्रोपिन (विकास हार्मोन) जैसे हार्मोनों को औद्योगिक मात्रा में संश्लेषित करना संभव बना दिया है, जो मानव आनुवंशिक रोगों के उपचार के लिए आवश्यक हैं।

आधुनिक जैव प्रौद्योगिकी के सबसे महत्वपूर्ण क्षेत्रों में से एक पर्यावरण प्रदूषण (अपशिष्ट जल, दूषित मिट्टी, आदि का जैविक उपचार) से निपटने के लिए जैविक तरीकों का उपयोग भी है।

इस प्रकार, अपशिष्ट जल से धातु निकालने के लिए, यूरेनियम, तांबा और कोबाल्ट जमा करने में सक्षम जीवाणु उपभेदों का व्यापक रूप से उपयोग किया जा सकता है। रोडोकोकस और नोकार्डिया जेनेरा के अन्य बैक्टीरिया का उपयोग जलीय पर्यावरण से पेट्रोलियम हाइड्रोकार्बन के पायसीकरण और सोखने के लिए सफलतापूर्वक किया जाता है। वे पानी और तेल के चरणों को अलग करने, तेल को केंद्रित करने और तेल की अशुद्धियों से अपशिष्ट जल को शुद्ध करने में सक्षम हैं। ऐसे सूक्ष्मजीव पेट्रोलियम हाइड्रोकार्बन को आत्मसात करके उन्हें प्रोटीन, विटामिन बी और कैरोटीन में परिवर्तित करते हैं।

हेलोबैक्टीरिया के कुछ उपभेदों का उपयोग रेतीले समुद्र तटों से ईंधन तेल हटाने के लिए सफलतापूर्वक किया जाता है। आनुवंशिक रूप से इंजीनियर किए गए उपभेद भी प्राप्त किए गए हैं जो ऑक्टेन, कपूर, नेफ़थलीन और ज़ाइलीन को तोड़ सकते हैं और कच्चे तेल का प्रभावी ढंग से उपयोग कर सकते हैं।

पौधों को कीटों और बीमारियों से बचाने के लिए जैव प्रौद्योगिकी विधियों का उपयोग बहुत महत्वपूर्ण है।

जैव प्रौद्योगिकी भारी उद्योग में अपना रास्ता बना रही है, जहां सूक्ष्मजीवों का उपयोग प्राकृतिक संसाधनों को निकालने, परिवर्तित करने और संसाधित करने के लिए किया जाता है। पहले से ही प्राचीन काल में, पहले धातुविदों ने लौह बैक्टीरिया द्वारा उत्पादित दलदली अयस्कों से लोहा प्राप्त किया था, जो लोहे को केंद्रित करने में सक्षम हैं। अब कई अन्य मूल्यवान धातुओं जैसे मैंगनीज, जस्ता, तांबा, क्रोमियम आदि के जीवाणु एकाग्रता के लिए तरीके विकसित किए गए हैं। इन तरीकों का उपयोग पुरानी खदानों और खराब जमाओं के अपशिष्ट डंप को विकसित करने के लिए किया जाता है, जहां पारंपरिक खनन विधियां आर्थिक रूप से व्यवहार्य नहीं हैं .

जैव प्रौद्योगिकी न केवल विज्ञान और उत्पादन की विशिष्ट समस्याओं का समाधान करती है। इसका एक अधिक वैश्विक पद्धतिगत कार्य है - यह जीवित प्रकृति पर मानव प्रभाव के पैमाने को विस्तारित और तेज करता है और मानव अस्तित्व की स्थितियों, यानी नोस्फीयर के लिए जीवित प्रणालियों के अनुकूलन को बढ़ावा देता है। इस प्रकार, जैव प्रौद्योगिकी मानवजनित अनुकूली विकास में एक शक्तिशाली कारक के रूप में कार्य करती है।

जैव प्रौद्योगिकी, जेनेटिक और सेल इंजीनियरिंग में आशाजनक संभावनाएं हैं। जैसे-जैसे अधिक से अधिक नए वैक्टर दिखाई देंगे, एक व्यक्ति उनका उपयोग पौधों, जानवरों और मनुष्यों की कोशिकाओं में आवश्यक जीन पेश करने के लिए करेगा। इससे धीरे-धीरे कई वंशानुगत मानव रोगों से छुटकारा पाना संभव हो जाएगा, कोशिकाओं को आवश्यक दवाओं और जैविक रूप से सक्रिय यौगिकों को संश्लेषित करने के लिए मजबूर किया जाएगा, और फिर भोजन में सीधे प्रोटीन और आवश्यक अमीनो एसिड का उपयोग किया जाएगा। प्रकृति द्वारा पहले से ही महारत हासिल की गई विधियों का उपयोग करते हुए, जैव प्रौद्योगिकीविदों को प्रकाश संश्लेषण के माध्यम से हाइड्रोजन प्राप्त करने की उम्मीद है - भविष्य का सबसे पर्यावरण अनुकूल ईंधन, बिजली, और सामान्य परिस्थितियों में वायुमंडलीय नाइट्रोजन को अमोनिया में परिवर्तित करना।