जैव प्रौद्योगिकी एवं उसके अनुप्रयोग : NEET Notes and PYQs

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जैव प्रौद्योगिकी एवं उसके अनुप्रयोग : PYQs Solved

Q. Taq पॉलीमरेज़ एंजाइम किससे प्राप्त किया जाता है? (NEET – 2016)

A. Thermus aquaticus
B. Thiobacillus ferrooxidans
C. Bacillus subtilis
D. Pseudomonas subtilis

उत्तर: A. Thermus aquaticus

Q. निम्नलिखित में से कौन-सा एक एंडोन्यूक्लिएज़ है? (NEET – 2016)

A. DNase I
B. Hind II
C. Protease
D. RNase restriction

उत्तर: B. Hind II

Q. निम्नलिखित में से कौन-सा प्रतिबंध एंजाइम (Restriction enzyme) blunt ends उत्पन्न करता है? (NEET – 2016)

A. Hind III
B. Xho
C. Eco RV
D. Sal I

उत्तर: C. Eco RV

Q. निम्नलिखित में से कौन-सा downstream processing का घटक नहीं है? (NEET – 2016)

A. Expression
B. Preservation
C. Purification
D. Separation

उत्तर: A. Expression

Q. समान restriction endonuclease से काटे गए विदेशी DNA और plasmid को जोड़कर recombinant plasmid बनाने के लिए किसका उपयोग किया जाता है? (NEET – 2016)

A. Taq polymerase
B. Polymerase III
C. Ligase
D. Eco RI

उत्तर: C. Ligase

Q. Agarose gel पर अलग किए गए DNA fragments को किससे staining करने के बाद देखा जा सकता है? (NEET – 2017)

A. Ethidium bromide
B. Bromophenol blue
C. Acetocarmine
D. Aniline blue

उत्तर: A. Ethidium bromide

Q. वह जीन जिसकी अभिव्यक्ति transformed cells की पहचान करने में सहायता करती है, कहलाता है ______। (NEET – 2017)

A. Plasmid
B. Selectable marker
C. Structural gene
D. Vector

उत्तर: B. Selectable marker

Q. रेडियोधर्मी अणु से टैग की गई nucleic acid की एकल श्रृंखला को क्या कहा जाता है? (NEET – 2012)

A. Plasmid
B. Probe
C. Selectable marker
D. Vector

उत्तर: B. Probe

Q. एक restriction endonuclease को Eco RI कहा जाता है। इसमें ‘co’ भाग किसके लिए प्रयुक्त हुआ है? (NEET – 2011)

A. Coli
B. Colon
C. Cofactor
D. None of the above

उत्तर: A. Coli

Q. समुद्री शैवाल से प्राप्त Agarose का उपयोग ______ में किया जाता है। (NEET – 2011)

A. Spectrophotometry
B. Gel electrophoresis
C. PCR
D. Tissue culture

उत्तर: B. Gel electrophoresis

जैव प्रौद्योगिकी एवं उसके अनुप्रयोग : NEET Notes

1. जैव प्रौद्योगिकी (Biotechnology)

जैव प्रौद्योगिकी वह तकनीक है जिसमें जीवों, कोशिकाओं या उनके enzymes का उपयोग करके मानव उपयोगी उत्पाद एवं प्रक्रियाएँ विकसित की जाती हैं।

आधुनिक biotechnology में मुख्य रूप से:

Genetic engineering
Recombinant DNA technology
Tissue culture
Gene therapy
Transgenic organisms

का उपयोग किया जाता है।

2. आनुवंशिक अभियांत्रिकी (Genetic Engineering)

Genetic engineering में किसी organism के DNA को इच्छित उद्देश्य के अनुसार काटकर, जोड़कर या उसमें परिवर्तन करके नई genetic combination बनाई जाती है।

इसका प्रमुख आधार है:

Recombinant DNA (rDNA) Technology

2.1 Recombinant DNA Technology

जब दो अलग-अलग स्रोतों से प्राप्त DNA fragments को जोड़कर एक नया DNA molecule बनाया जाता है, तो उसे recombinant DNA कहते हैं।

उदाहरण:

मानव insulin gene + bacterial plasmid
→ Recombinant DNA
→ Bacteria में प्रवेश
→ Insulin production

2.2 Recombinant DNA Technology के मुख्य चरण

सामान्य प्रक्रिया:

Desired DNA isolation → Cutting → Joining → Introduction into host → Selection → Expression → Product formation

Step 1: DNA Isolation

इच्छित gene वाले DNA को source organism से प्राप्त किया जाता है।
DNA को purified form में निकाला जाता है।

Step 2: DNA Cutting

Restriction enzymes DNA को specific nucleotide sequences पर काटते हैं।

इन specific sequences को अक्सर recognition sequences/sites कहा जाता है।

उदाहरण:
EcoRI एक प्रसिद्ध restriction enzyme है।

EcoRI DNA को एक specific recognition sequence पर काटता है।

Step 3: DNA Amplification

इच्छित DNA sequence की अनेक copies बनाने के लिए PCR (Polymerase Chain Reaction) का उपयोग किया जा सकता है।

PCR के मुख्य चरण:

Denaturation → Annealing → Extension

मुख्य enzyme:
Taq DNA polymerase

Taq polymerase को Thermus aquaticus से प्राप्त किया गया है।

Step 4: DNA Joining

इच्छित DNA fragment को vector DNA से जोड़ने के लिए DNA ligase का उपयोग किया जाता है।

Restriction enzyme → DNA काटता है
DNA ligase → DNA fragments जोड़ता है

Step 5: Vector में DNA का प्रवेश

Vector वह DNA molecule है जिसका उपयोग desired gene को host cell तक पहुँचाने के लिए किया जाता है।

Common vectors:

Plasmids
Bacteriophages
कुछ engineered viral vectors

Plasmid: Bacteria में पाया जाने वाला छोटा, circular, extra-chromosomal DNA।

Step 6: Host Cell में Introduction

Recombinant DNA को suitable host cell में introduce किया जाता है।

इस प्रक्रिया को transformation आदि methods द्वारा किया जा सकता है, depending on the host system.

Step 7: Selection और Expression

Recombinant cells को identify/select किया जाता है।
Desired gene host cell में express होकर desired protein/product बना सकता है।

3. Genetic Engineering के प्रमुख Tools

Tool	मुख्य कार्य
Restriction enzyme	DNA को specific site पर काटना
DNA ligase	DNA fragments जोड़ना
DNA polymerase	DNA synthesis
Taq polymerase	PCR में DNA amplification
Vector	Foreign DNA को host तक पहुँचाना
Host cell	Recombinant DNA को replicate/express करना

3.1 Restriction Enzymes

Restriction enzymes को molecular scissors कहा जाता है क्योंकि वे DNA को specific sites पर काटते हैं।

वे सामान्यतः palindromic nucleotide sequences को पहचानते हैं।

Example:

EcoRI recognition sequence:

5′ — GAATTC — 3′
3′ — CTTAAG — 5′

EcoRI staggered cuts करके sticky ends बना सकता है।

3.2 Sticky Ends

DNA के ऐसे ends जिनमें complementary single-stranded overhangs होते हैं, sticky ends कहलाते हैं।

इनसे complementary DNA fragments आसानी से base-pairing कर सकते हैं।

3.3 DNA Ligase

DNA ligase complementary DNA fragments के बीच phosphodiester bonds बनाने में सहायता करता है।

NEET Fact:

Restriction enzyme = Cutting
DNA ligase = Joining

4. Cloning Vector

Cloning vector desired DNA को host cell में ले जाने और उसके replication में सहायता करने वाला DNA molecule है।

एक अच्छे cloning vector में सामान्यतः:

Origin of replication (ori)
Selectable marker
Cloning site / restriction site

होते हैं।

4.1 Origin of Replication (ori)

यह वह region है जहाँ से DNA replication शुरू होती है।

4.2 Selectable Marker

ऐसा gene जो recombinant या transformed cells की पहचान/selection में सहायता करता है।

Example: Antibiotic resistance genes।

4.3 Cloning Site

वह स्थान जहाँ foreign DNA को vector में insert किया जाता है।

5. PCR — Polymerase Chain Reaction

PCR एक technique है जिससे किसी specific DNA sequence की millions of copies बनाई जा सकती हैं।

मुख्य आवश्यकताएँ:

Template DNA
Primers
DNA nucleotides
Taq DNA polymerase

PCR के तीन मुख्य चरण

1. Denaturation

Double-stranded DNA अलग-अलग strands में बदलता है।

2. Annealing

Primers complementary DNA sequences से जुड़ते हैं।

3. Extension

Taq DNA polymerase नए DNA strands बनाता है।

NEET Fact: PCR में heat-stable Taq DNA polymerase का उपयोग किया जाता है।

6. मानव इंसुलिन का उत्पादन

मानव insulin एक महत्वपूर्ण recombinant biotechnology product है।

6.1 Insulin की संरचना

Mature human insulin में:

A-chain
B-chain

होती हैं।

दोनों chains आपस में disulfide bonds द्वारा जुड़ी होती हैं।

मानव insulin precursor:
Proinsulin

Proinsulin में C-peptide उपस्थित होता है, जो mature insulin बनने के दौरान हट जाता है।

6.2 Recombinant Human Insulin

Recombinant DNA technology द्वारा insulin-producing genes को suitable host, जैसे bacteria, में introduce किया जा सकता है।

फिर:
Host cells → Insulin chains/protein → Processing → Functional human insulin

NEET Fact: Recombinant DNA technology ने मानव insulin के बड़े पैमाने पर production को संभव बनाया।

7. Vaccine Production

Vaccines immune system को किसी pathogen या उसके specific antigen के विरुद्ध protective response विकसित करने के लिए stimulate करते हैं।

Biotechnology का उपयोग:

Recombinant vaccines
Subunit vaccines
Vaccine antigens
Modern vaccine platforms

के production में किया जाता है।

उदाहरण: Hepatitis B vaccine के production में recombinant DNA technology का उपयोग किया गया है।

Vaccine का basic principle

Antigen exposure → Immune response → Memory cells → Future protection

8. Gene Therapy

Gene therapy में defective या abnormal gene की समस्या को सुधारने के लिए genetic material का उपयोग किया जाता है।

उद्देश्य:

Functional gene उपलब्ध कराना।
Defective gene के प्रभाव को कम करना।
आवश्यक protein की production restore करना।

8.1 उदाहरण — ADA Deficiency

Adenosine Deaminase (ADA) deficiency एक genetic disorder है जिसमें immune system प्रभावित हो सकता है।

Gene therapy approach में:

Patient की कुछ lymphocytes/cells प्राप्त की जाती हैं।
Functional ADA gene introduce किया जाता है।
Corrected cells को patient में वापस दिया जा सकता है।

Limitation: यदि केवल mature cells को correct किया जाए, तो treatment permanent न हो सकता है क्योंकि ये cells सीमित समय तक जीवित रहते हैं।

यदि genetic correction stem cells स्तर पर सफलतापूर्वक की जाए, तो अधिक long-lasting benefit संभव हो सकता है।

NEET Fact: ADA deficiency gene therapy का classical example है।

9. Genetically Modified Organisms (GMOs)

ऐसे organisms जिनके genetic material में biotechnology द्वारा इच्छित परिवर्तन किया गया हो, Genetically Modified Organisms (GMOs) कहलाते हैं।

इनमें शामिल हो सकते हैं:

GM plants
GM animals
GM microorganisms

उद्देश्य:

Pest resistance
Disease resistance
Improved nutritional quality
Higher yield
Production of useful proteins
Stress tolerance

10. Bt Crops

Bt crops genetically modified crops हैं जिनमें Bacillus thuringiensis से प्राप्त insecticidal gene introduce किया जाता है।

Bt toxin कुछ specific insect pests के विरुद्ध प्रभावी होता है।

10.1 Bt Cotton

Bt cotton में cry genes का उपयोग किया जाता है।

ये genes insecticidal proteins के production के लिए responsible होते हैं।

Example:

Bacillus thuringiensis
↓
cry gene
↓
Bt cotton
↓
Insect resistance

10.2 Bt Toxin का कार्य

Bt toxin protein insect के alkaline gut में सक्रिय होता है।

फिर:
Activated toxin → Midgut epithelial cells को damage → Cell lysis → Insect death

NEET Fact: Bt toxin bacteria में inactive crystalline protoxin के रूप में पाया जाता है और susceptible insect के alkaline gut में सक्रिय होता है।

10.3 Bt Crops के लाभ

Insect pest control
Chemical insecticide use कम करने में सहायता
Crop protection
Yield protection

11. Transgenic Animals

ऐसे animals जिनके genome में foreign gene introduce किया गया हो, transgenic animals कहलाते हैं।

इनका उपयोग:

Gene function study
Disease research
Drug testing
Vaccine research
Biological products production

में किया जाता है।

11.1 Transgenic Animals के उदाहरण

Transgenic mice:

Human diseases के study में उपयोगी।
Cancer research में महत्वपूर्ण।

Transgenic sheep/goats:

Milk में useful human proteins produce करने के लिए विकसित किए जा सकते हैं।

11.2 Rosie

Rosie एक transgenic cow का प्रसिद्ध उदाहरण है।

इससे ऐसे milk के production का उदाहरण मिलता है जिसमें human protein alpha-lactalbumin की मात्रा बढ़ी हुई थी।

NEET Point: Transgenic animals biotechnology में disease models और useful biological products के production के लिए महत्वपूर्ण हैं।

12. Biotechnology के स्वास्थ्य क्षेत्र में अनुप्रयोग

Biotechnology ने healthcare में अनेक applications विकसित किए हैं।

मुख्य applications:

Recombinant insulin
Recombinant vaccines
Gene therapy
Molecular diagnosis
Transgenic models
Therapeutic proteins

Molecular Diagnosis

DNA/RNA आधारित techniques से कुछ diseases का detection अधिक specific तरीके से किया जा सकता है।

Examples:

PCR
ELISA
DNA probes

इनका उपयोग infections, genetic disorders और कुछ cancers की diagnosis/research में किया जा सकता है।

13. कृषि में Biotechnology के अनुप्रयोग

GM crops का उपयोग:

Insect resistance
Herbicide tolerance
Disease resistance
Improved nutritional quality
Stress tolerance

के लिए किया जा सकता है।

Golden Rice एक प्रसिद्ध genetically modified crop example है जिसे β-carotene (provitamin A) production के लिए विकसित किया गया।

14. Biosafety Issues (जैव सुरक्षा मुद्दे)

Biotechnology के उपयोग के साथ safety और ethical concerns भी जुड़े हैं।

मुख्य concerns:

GM organisms का environmental impact
Biodiversity पर प्रभाव
Gene transfer
Human health concerns
Ethical issues
Ownership of biological resources
Patenting

इनके कारण GM products और biotechnology applications का proper assessment और regulation आवश्यक है।

15. Biopiracy (जीव विविधता की चोरी : जैव चोरी)

Biopiracy का अर्थ है biological resources या traditional knowledge का अनधिकृत या अनुचित commercial उपयोग, विशेषकर जब स्थानीय समुदायों/देशों को उचित recognition या benefit-sharing न मिले।

उदाहरण:

Traditional medicinal knowledge का commercial exploitation।
किसी देश के biological resources का बिना उचित अनुमति commercial उपयोग।

भारत से संबंधित उदाहरण

Biopiracy और patent controversies के संदर्भ में:

Neem
Turmeric
Basmati rice

अक्सर चर्चा में आते हैं।

NEET Point: Biopiracy biodiversity-rich developing countries के लिए एक महत्वपूर्ण biosafety और intellectual-property concern है।

16. Patents

Patent एक legal right है जो किसी नए invention/product/process के inventor को निर्धारित अवधि के लिए विशेष अधिकार प्रदान करता है, subject to applicable law.

Biotechnology में patents:

New products
Processes
Genetically modified technologies
Biotechnological inventions

से संबंधित हो सकते हैं।

Patent और Biopiracy

यदि किसी traditional biological resource या knowledge को बिना उचित recognition/benefit-sharing के patent किया जाए, तो यह विवाद और biopiracy concerns उत्पन्न कर सकता है।

उदाहरण: Neem और turmeric से संबंधित patent disputes ने traditional knowledge की सुरक्षा के महत्व को उजागर किया।

17. Biotechnology और Sustainable Development

Biotechnology का responsible उपयोग:

Food production बढ़ाने
Chemical pesticide use कम करने
Disease diagnosis में सुधार
Therapeutic proteins बनाने
Genetic diseases के treatment में सहायता
Agricultural productivity सुधारने

में योगदान दे सकता है।

लेकिन इसके साथ:

Environmental risk assessment
Biosafety regulations
Ethical considerations
Proper monitoring
Benefit sharing

का ध्यान रखना आवश्यक है।

18. NEET के लिए महत्वपूर्ण Concept Points

Biotechnology में organisms, cells या enzymes का उपयोग करके useful products/processes विकसित किए जाते हैं।
Recombinant DNA technology modern genetic engineering का प्रमुख आधार है।
Restriction enzymes DNA को specific recognition sites पर काटते हैं।
DNA ligase DNA fragments को जोड़ता है।
Plasmids common cloning vectors हैं।
Vector में ori, selectable marker और cloning sites महत्वपूर्ण components हैं।
PCR specific DNA sequence की अनेक copies बनाने के लिए उपयोगी है।
PCR के मुख्य steps: Denaturation → Annealing → Extension।
Taq DNA polymerase Thermus aquaticus से प्राप्त होता है।
Recombinant DNA technology का महत्वपूर्ण application human insulin production है।
Mature insulin में A और B chains होती हैं।
Proinsulin में C-peptide होता है।
Recombinant Hepatitis B vaccine biotechnology का महत्वपूर्ण example है।
ADA deficiency gene therapy का classical example है।
GMOs में genetic material को इच्छित उद्देश्य के लिए modify किया जाता है।
Bt crops में Bacillus thuringiensis के cry genes का उपयोग किया जाता है।
Bt toxin insect gut के alkaline environment में सक्रिय होता है।
Transgenic animals disease research, drug testing और biological product production में उपयोगी हैं।
Rosie एक प्रसिद्ध transgenic cow का example है।
Golden Rice में β-carotene production बढ़ाने के लिए genetic modification किया गया।
Biopiracy biological resources/traditional knowledge के अनुचित या अनधिकृत commercial exploitation से संबंधित है।
Neem, turmeric और basmati rice patent controversies के प्रसिद्ध examples हैं।
Patents inventions और intellectual property को legal protection प्रदान करते हैं।
Biotechnology के साथ biosafety, environmental और ethical considerations महत्वपूर्ण हैं।