संश्लेषित जीवविज्ञान (Synthetic Biology) में हाल के विकास

संश्लेषी जीवविज्ञान का अर्थ है जैविक हिस्सों या पूरे जीनोम की सोच-समझकर रूपरेखा तैयार करना और उन्हें बनाना। वैज्ञानिक कंप्यूटर पर DNA का क्रम लिखते हैं, उसे रासायनिक विधि से बनाते हैं और जीवित कोशिका में डालते हैं।

पुराने तरीके में मौजूदा जीनों को काटकर जोड़ा जाता था। नए तरीके में डिजिटल फ़ाइल के आधार पर DNA बनाया जाता है। पहला तरीका जीवन में बदलाव करता है। दूसरा तरीका उसे बनाता है।

जीनोम क्या है और गुणसूत्र क्या है?

• जीनोम किसी कोशिका में मौजूद आनुवंशिक निर्देशों का पूरा समूह है।
• गुणसूत्र प्रोटीन और DNA के एक अणु से बनी धागे जैसी संरचना है।
• अधिकतर जीवाणुओं में एक या दो वृत्ताकार गुणसूत्र होते हैं।
• मनुष्यों, अन्य जानवरों और पौधों की कोशिका के केंद्रकमें रेखाकार गुणसूत्र होते हैं। उनके माइटोकॉन्ड्रिया में एक अलग छोटा वृत्ताकार गुणसूत्र होता है। पौधों के हरितलवकों में भी अपना DNA होता है।

आपको क्या याद रखना चाहिए?

• संश्लेषी जीवविज्ञान में तय रूपरेखा के अनुसार रसायनों से DNA बनाया जाता है।
• 2019 के UPSC प्रश्न में पूछा गया था कि कौन-सा काम अभी तक नहीं हुआ है।

20 मई 2010 को जे. क्रेग वेंटर संस्थान (J. Craig Venter Institute, JCVI) ने अपने नतीजे की घोषणा की। टीम ने ऐसी जीवाणु कोशिका बनाई थी, जो केवल एक संश्लेषी जीनोम से नियंत्रित होती थी। शोधपत्र Science में प्रकाशित हुआ और 2 जुलाई 2010 को उसके मुद्रित अंक में आया।

उन्होंने जीनोम कैसे बनाया?

1. उन्होंने जीवाणु के जीनोम की एक डिजिटल प्रति से शुरुआत की। जीवाणु का नाम था Mycoplasma mycoides। 2. उन्होंने DNA के 1,078 छोटे टुकड़ों की रूपरेखा तैयार की। इन टुकड़ों को कैसेट कहा गया और प्रत्येक की लंबाई 1,080 क्षारक युग्म थी। 3. Blue Heron Biotechnology नामक कंपनी ने इन टुकड़ों को रासायनिक विधि से बनाया। 4. टीम ने यीस्ट कोशिकाओं के अंदर तीन चरणों में टुकड़ों को जोड़ा। 5. लगभग 1.08 मिलियन क्षारक युग्म वाला पूरा जीनोम यीस्ट में एक यीस्ट कृत्रिम गुणसूत्र के रूप में बढ़ा। 6. उन्होंने जीनोम को यीस्ट से निकालकर एक संबंधित प्रजाति की कोशिका में डाला। उस प्रजाति का नाम था Mycoplasma capricolum.

नतीजा क्या निकला?

जिस कोशिका में नया जीनोम डाला गया था, वह उसी जीनोम से संचालित होने लगी। कोशिकाओं में केवल तय रूपरेखा के अनुसार बनाया गया संश्लेषी DNA क्रम मौजूद था। कोशिकाएँ लगातार विभाजित हो सकती थीं। JCVI ने नई कोशिका का नाम रखा M. mycoides JCVI-syn1.0.

“वॉटरमार्क” क्या है?

टीम ने जीनोम में कूटबद्ध संदेश छिपाए। ये चिह्न साबित करते हैं कि जीनोम संश्लेषी है। इनमें एक वेब पता, 46 लेखकों और प्रमुख योगदानकर्ताओं के नाम तथा तीन उद्धरण शामिल हैं। एक उद्धरण रिचर्ड फाइनमैन (Richard Feynman) का है: “जिसे मैं बना नहीं सकता, उसे मैं समझ नहीं सकता।”

परीक्षा के विकल्पों में इसे “Synthia” क्यों कहा जाता है?

इस साइट पर UPSC की शैली में दिए गए विकल्प में कोशिका को “Synthia” कहा गया है। JCVI ने इसका नाम JCVI-syn1.0 रखा है। दोनों नाम एक ही कोशिका के लिए हैं।

आपको क्या याद रखना चाहिए?

• वर्ष: 2010। टीम: क्रेग वेंटर (Craig Venter) का JCVI।
• जीनोम का आकार: लगभग 1.08 मिलियन क्षारक युग्म।
• संश्लेषी जीनोम एक प्राकृतिक जीवाणु के जीनोम की नकल था। इसमें अलग-अलग प्रजातियों का DNA नहीं मिलाया गया था।

2010 का जीनोम काम कर रहा था, लेकिन उसमें अभी भी बहुत सारे जीन थे। 2016 में JCVI ने एक नया सवाल पूछा। किसी कोशिका को वास्तव में किन जीनों की जरूरत होती है?

JCVI ने 2016 में क्या किया?

• उन्होंने JCVI-syn1.0 के 1,079-किलोबेस वाले जीनोम से शुरुआत की।
• उनके पहले न्यूनतम डिज़ाइन से जीवित कोशिका नहीं बन सकी।
• फिर उन्होंने ऐसे जीन खोजे जो लगभग अनिवार्य (quasi-essential) हैं। कोशिका को अच्छी वृद्धि के लिए इन जीनों की जरूरत होती है।
• डिज़ाइन के तीन चक्रों के बाद उन्होंने JCVI-syn3.0 बनाया।

JCVI-syn3.0 क्या है?

JCVI-syn3.0 का जीनोम 531 किलोबेस युग्मों का है और उसमें 473 जीन हैं। जब यह शोध प्रकाशित हुआ, तब इसका जीनोम प्रकृति में पाई जाने वाली किसी भी ऐसी कोशिका के जीनोम से छोटा था जो अपने आप अपनी प्रतिलिपि बना सकती है। इसमें अभी भी 149 ऐसे जीन हैं जिनका काम किसी को नहीं पता।

आपको क्या याद रखना चाहिए?

• Syn1.0 का उद्देश्य जीनोम की नकल बनाना था।
• Syn3.0 का उद्देश्य जीनोम को छोटा करके केवल उसका जरूरी हिस्सा रखना था।
• जिन जीनों का काम पता नहीं है, वे दिखाते हैं कि जीवविज्ञान में अभी भी कई रहस्य हैं।

जीवाणुओं की कोशिकाएँ सरल होती हैं। पौधों और जानवरों की तरह यीस्ट भी एक यूकैरियोट है। इसका जीनोम बनाना कहीं अधिक कठिन है। अगली प्रगति यीस्ट और इस जीवाणु से हुई: E. coli.

Sc2.0 यीस्ट परियोजना क्या है?

• Sc2.0 बेकर यीस्ट का कृत्रिम जीनोम बनाने की एक अंतरराष्ट्रीय परियोजना है।
• इसके 2017 के डिज़ाइन ने यीस्ट जीनोम का आकार लगभग 8% घटा दिया।
• November 2023 तक वैज्ञानिकों ने हर कृत्रिम गुणसूत्र को अलग-अलग जोड़कर तैयार कर लिया था।
• 2023 के एक प्रभेद में 6.5 कृत्रिम गुणसूत्र थे। उसी 2023 के शोधपत्र में एक ही प्रभेद में आधे से अधिक कृत्रिम जीनोम को एक साथ रखा गया था।

Syn61 क्या था?

2019 में एक शोध दल ने इस जीवाणु को बनाया: E. coli जिसमें चार मेगाबेस का कृत्रिम जीनोम था। उन्होंने 18,214 कोडॉन बदले। यह कोशिका 64 के बजाय 61 कोडॉन का उपयोग करती है। इसीलिए इसे Syn61 कहा जाता है।

Syn57 क्या है?

इसके बाद 2025 में Syn57 आया। यह इस जीवाणु का कृत्रिम रूप है: E. coli जो 57 कोडॉन का उपयोग करता है। इस काम में 101,000 से अधिक कोडॉन बदले गए। इसे MRC Laboratory of Molecular Biology में Jason Chin के समूह ने बनाया।

इससे क्या फायदा हो सकता है?

• खाली हुए कोडॉन नए, गैर-प्राकृतिक अमीनो अम्लों के लिए इस्तेमाल हो सकते हैं।
• MRC दल के अनुसार, ऐसी कोशिकाएँ विषाणुओं का प्रतिरोध कर सकती हैं। इससे दवाओं का निर्माण सस्ता और अधिक भरोसेमंद हो सकता है।

UPSC के प्रश्न के चार कथनों में से तीन वास्तविक तकनीकों का वर्णन करते हैं। इन तकनीकों को समझें, ताकि आप गलत कथन पहचान सकें।

PCR क्या है?

PCR का पूरा नाम पॉलीमरेज़ चेन रिएक्शन (polymerase chain reaction) है। इससे DNA के चुने हुए हिस्से की लाखों से अरबों प्रतियाँ बनाई जाती हैं। कृत्रिम रूप से बनाए गए छोटे टुकड़े, जिन्हें प्राइमर कहते हैं, उस हिस्से का चयन करते हैं। फिर DNA पॉलीमरेज़ एंजाइम उसकी प्रतियाँ बनाता है।

PCR का आविष्कार किसने किया?

कैरी मुलिस (Kary Mullis) ने 1985 में PCR का आविष्कार किया। उन्हें माइकल स्मिथ (Michael Smith) के साथ 1993 का रसायन विज्ञान का नोबेल पुरस्कार मिला। नोबेल प्रशस्ति में लिखा है: “पॉलीमरेज़ चेन रिएक्शन (PCR) विधि के आविष्कार के लिए”।

PCR के एक चक्र में क्या होता है?

1. विकृतिकरण: गर्मी से DNA की दोनों लड़ियाँ अलग हो जाती हैं। 2. प्राइमर का जुड़ना: प्राइमर अलग हुई लड़ियों से जुड़ते हैं। 3. विस्तार: DNA पॉलीमरेज़ नई लड़ियाँ बनाता है।

NCERT की कक्षा 12 की जीव विज्ञान की पाठ्यपुस्तक एक खास बात भी बताती है। इसमें इस जीवाणु से मिलने वाले ताप-सहिष्णु पॉलीमरेज़ का उपयोग होता है: थर्मस एक्वाटिकस (Thermus aquaticus)। यह एंजाइम DNA की लड़ियों को अलग करने वाले ऊँचे तापमान पर भी सक्रिय रहता है।

क्या जीवित कोशिका के बाहर DNA की प्रतियाँ बन सकती हैं?

हाँ। PCR में यही होता है। जंतु कोशिका के DNA की प्रतियाँ एक नली में बनाई जा सकती हैं। UPSC के प्रश्न का कथन (c) इसी वास्तविक प्रक्रिया के बारे में है।

क्या याद रखना चाहिए?

• PCR में कोशिका के बाहर, यानी इन विट्रो, DNA की प्रतियाँ बनती हैं।
• प्राइमर रासायनिक विधि से बनाए गए DNA के छोटे टुकड़े होते हैं।
• रासायनिक विधि से बनाया गया DNA भी वास्तविक है। 2010 में बनाया गया जीनोम इसका एक उदाहरण है।

2019 के UPSC प्रश्न में एक कथन को गलत माना गया था: अलग-अलग प्रजातियों की कोशिकाओं के DNA को जोड़कर कार्यशील गुणसूत्र बनाए जा सकते हैं। यह परीक्षा में माना गया उत्तर है, विज्ञान की कोई पूर्ण सीमा नहीं। एक यीस्ट कृत्रिम गुणसूत्र (yeast artificial chromosome) (YAC) में यीस्ट के गुणसूत्र के जरूरी हिस्सों के साथ मानव या किसी अन्य जीव के DNA का एक बड़ा हिस्सा होता है। यीस्ट की कोशिका के भीतर इसकी प्रतियाँ बनती हैं। लेकिन अलग-अलग प्रजातियों के जीनोम को मिलाकर एक पूरा नया जीव अभी तक किसी ने नहीं बनाया है।

क्या एक ही प्रजाति के भीतर गुणसूत्रों पर कोई प्रयोग सफल हुआ है?

हाँ। 2018 में चीनी शोधकर्ताओं ने एक ऐसा यीस्ट बनाया जिसमें केवल एक गुणसूत्र था। उन्होंने सभी सोलह प्राकृतिक गुणसूत्रों को सिरों से जोड़ा और अतिरिक्त सेंट्रोमियर हटा दिए। इस विशाल गुणसूत्र के साथ यीस्ट जीवित रह सका। लेकिन यीस्ट की उस किस्म की वृद्धि और प्रतिस्पर्धा करने की क्षमता कम थी। उसमें जीवित रह सकने वाले युग्मक भी कम बने।

इससे क्या पता चलता है?

• एक ही प्रजाति के गुणसूत्रों को जोड़ना संभव है, लेकिन इससे कुछ क्षमताएँ घट सकती हैं।
• एक प्रजाति का पूरा जीनोम किसी तय डिजाइन के आधार पर दोबारा बनाना संभव है।
• अलग-अलग जीवों के DNA को मिलाकर एक कार्यशील गुणसूत्र सीमित रूप में बनाया जा चुका है। YAC इसका उदाहरण है। फिर भी UPSC के 2019 के प्रश्न में इस कथन को गलत माना गया था।

परीक्षा के प्रश्न में भ्रम कहाँ है?

तीन विकल्प ऐसे काम बताते हैं जिन्हें UPSC की उत्तर कुंजी संभव मानती है: कृत्रिम DNA बनाना, कोशिका के बाहर DNA की प्रतियाँ बनाना और प्रयोगशाला की डिश में कोशिका विभाजन कराना। भ्रम पैदा करने वाला विकल्प विज्ञान की अगली स्वाभाविक उपलब्धि जैसा लगता है। लेकिन उत्तर कुंजी उसे गलत मानती है।

भारत नीतियों के जरिए व्यापक जैव-अर्थव्यवस्था को बढ़ावा देता है। फसलों और चिकित्सा में जीन संपादन का उपयोग भी करता है।

BioE3 नीति क्या है?

• केंद्रीय मंत्रिमंडल ने अगस्त 2024 में BioE3 को मंजूरी दी।
• BioE3 का पूरा नाम Biotechnology for Economy, Environment and Employment है। इसका अर्थ है अर्थव्यवस्था, पर्यावरण और रोजगार के लिए जैव प्रौद्योगिकी।
• इसका विषय है “उच्च प्रदर्शन वाले जैव-विनिर्माण को बढ़ावा देना”।
• यह जैव-विनिर्माण केंद्रों, Bio-AI केंद्रों और बायोफाउंड्री को सहायता देती है।

इसके छह विषयगत क्षेत्र कौन-से हैं?

1. जैव-आधारित रसायन और एंजाइम 2. विशेष स्वास्थ्य लाभ देने वाले खाद्य पदार्थ और स्मार्ट प्रोटीन 3. सटीक जैव-चिकित्सा उपचार 4. जलवायु के प्रभावों को सहने वाली कृषि 5. कार्बन को पकड़ना और उसका उपयोग 6. भविष्य की जरूरतों से जुड़ा समुद्री और अंतरिक्ष अनुसंधान

बायोफाउंड्री क्या है?

PIB ने नई दिल्ली के ICGEB में DBT की सहायता से स्थापित बायोफाउंड्री का विवरण दिया है। इसमें जीवाणु और यीस्ट को सूक्ष्मजीवी प्रणालियों के रूप में इस्तेमाल किया जाता है। यहाँ डिजाइन बनाने, निर्माण करने, परीक्षण करने और सीखने के चक्र में काम होता है।

भारत ने जीन-संपादित कौन-सी फसलें जारी कीं?

4 मई 2025 को केंद्रीय कृषि मंत्री ने ICAR संस्थानों की विकसित की हुई चावल की दो जीनोम-संपादित किस्मों की घोषणा की। ये DRR Rice 100 (कमला) और Pusa DST Rice 1 हैं। इन्हें सांबा महसूरी (Samba Mahsuri) और MTU 1010 से विकसित किया गया। इनमें बाहरी DNA जोड़े बिना CRISPR-Cas का उपयोग किया गया है। भारत के जैव-सुरक्षा नियमों के तहत SDN-1 और SDN-2 प्रकार के जीनोम संपादन को मंजूरी है।

BIRSA 101 क्या है?

19 नवंबर 2025 को डॉ. जितेंद्र सिंह (Dr Jitendra Singh) ने BIRSA 101 की शुरुआत की। यह सिकल सेल रोग के लिए भारत की पहली स्वदेशी CRISPR-आधारित जीन चिकित्सा है। इसे CSIR-IGIB ने विकसित किया। CSIR-IGIB और सीरम इंस्टीट्यूट ऑफ इंडिया (Serum Institute of India) ने प्रौद्योगिकी हस्तांतरण के समझौते पर हस्ताक्षर किए।

दुनिया की तुलना में भारत कहाँ है?

ब्रिटेन की नियामक संस्था MHRA ने 16 नवंबर 2023 को कैसगेवी (Casgevy) को मंजूरी दी। यह CRISPR का उपयोग करने वाली पहली लाइसेंस प्राप्त दवा थी।

क्या याद रखना चाहिए?

• BioE3: अगस्त 2024, छह क्षेत्र, बायोफाउंड्री।
• जीनोम-संपादित चावल: मई 2025, कोई बाहरी DNA नहीं।
• BIRSA 101: नवंबर 2025, सिकल सेल रोग।

UPSC प्रारंभिक परीक्षा 2019 के GS प्रश्नपत्र I में Q93 में पूछा गया था कि कौन-सा कथन सही नहीं है।

प्रश्न क्या था?

“विज्ञान के क्षेत्र में हाल के विकास के संदर्भ में, निम्नलिखित में से कौन-सा कथन सही नहीं है?”

• (a) विभिन्न प्रजातियों की कोशिकाओं से लिए गए DNA के खंडों को जोड़कर कार्यशील गुणसूत्र बनाए जा सकते हैं।
• (b) प्रयोगशालाओं में कृत्रिम कार्यशील DNA के खंड बनाए जा सकते हैं।
• (c) किसी जंतु कोशिका से निकाले गए DNA के एक खंड की प्रतियाँ प्रयोगशाला में जीवित कोशिका के बाहर बनाई जा सकती हैं।
• (d) पौधों और जंतुओं से निकाली गई कोशिकाओं में प्रयोगशाला की पेट्री डिश में कोशिका विभाजन कराया जा सकता है।

उत्तर (a) है।

अन्य विकल्प सही क्यों हैं?

• (b) 2010 का JCVI जीनोम दिखाता है कि कृत्रिम DNA बनाया जा सकता है और वह कोशिका का संचालन कर सकता है।
• (c) PCR जीवित कोशिका के बाहर DNA की प्रतियाँ बनाता है।
• (d) UPSC इस कथन को सही मानता है: पौधों और जंतुओं की कोशिकाओं को प्रयोगशाला की डिश में बढ़ाया जा सकता है और उनमें विभाजन कराया जा सकता है।

इसका उत्तर जल्दी कैसे दें?

पहले “सही नहीं है” पर ध्यान दें। तीन विकल्प प्रयोगशाला में नियमित रूप से किए जाने वाले काम हैं। उत्तर कुंजी में अलग-अलग प्रजातियों के DNA से गुणसूत्र बनाने वाले दावे को गलत माना गया है। इसलिए (a) गलत कथन है।

इसी विषय पर और कौन-सा प्रश्न है?

इस वेबसाइट पर 2010 का प्रश्न भी है। इसमें पूछा गया है: “2010 में क्रेग वेंटर (Craig Venter) की टीम ने निम्नलिखित में से कौन-सी उपलब्धि हासिल की थी?” उत्तर है: पूरी तरह संश्लेषित जीनोम वाला जीवाणु।