Biotechnology and its Applicationsजैव प्रौद्योगिकी एवं उसके उपयोगBiotechnology and its Applications

• Bt = Bacillus thuringiensis, a soil bacterium. Some strains produce proteins that kill certain insects: lepidopterans (tobacco budworm, armyworm), coleopterans (beetles) and dipterans (flies, mosquitoes).
• B. thuringiensis forms protein crystals during a particular phase of growth; these contain a toxic insecticidal protein. The bacterium itself is not killed because the toxin exists as an inactive PROTOXIN.
• When an insect eats it, the alkaline pH of the gut solubilises the crystals and converts the protoxin into the active toxin; the toxin binds to the surface of midgut epithelial cells and creates pores → cells swell and lyse → the insect dies.
• The toxin is coded by genes named cry. Proteins of cryIAc and cryIIAb control cotton bollworms; cryIAb controls corn borer.
• The specific Bt toxin genes are isolated and incorporated into crop plants such as cotton → Bt cotton, Bt corn, rice, tomato, potato, soyabean.
• Benefit: the plant makes its own insecticide, so less chemical pesticide is needed; most Bt toxins are insect-group specific.

• Bt = बैसिलस थुरिंजिएंसिस, मृदा जीवाणु। इसके कुछ प्रभेद ऐसे प्रोटीन बनाते हैं जो कुछ कीटों को मारते हैं: लेपिडोप्टेरा (तंबाकू की कलिका कीट, सैनिक कीट), कोलियोप्टेरा (भृंग) व डिप्टेरा (मक्खी, मच्छर)।
• B. थुरिंजिएंसिस वृद्धि की एक प्रावस्था में प्रोटीन क्रिस्टल बनाता है जिनमें विषैला कीटनाशी प्रोटीन होता है। जीवाणु स्वयं नहीं मरता क्योंकि विष निष्क्रिय प्राक्-विष (प्रोटॉक्सिन) के रूप में रहता है।
• कीट द्वारा खाए जाने पर आंत का क्षारीय pH क्रिस्टलों को घोलकर प्राक्-विष को सक्रिय विष में बदलता है; विष मध्यांत्र की उपकला कोशिकाओं की सतह से जुड़कर छिद्र बनाता है → कोशिकाएँ फूलकर फट जाती हैं → कीट मर जाता है।
• विष cry नामक जीनों द्वारा कोडित होता है। cryIAc व cryIIAb के प्रोटीन कपास के मुकुल कृमि (बॉलवर्म) को, cryIAb मक्का छेदक को नियंत्रित करते हैं।
• विशिष्ट Bt विष जीन पृथक कर कपास जैसी फसलों में डाले जाते हैं → Bt कपास, Bt मक्का, धान, टमाटर, आलू, सोयाबीन।
• लाभ: पौधा स्वयं कीटनाशी बनाता है, अतः रासायनिक पीड़कनाशी कम चाहिए; अधिकांश Bt विष कीट-समूह विशिष्ट हैं।

• Bt = Bacillus thuringiensis, mitti ka bacterium. Iske kuch strains aise proteins banaate hain jo kuch keedon ko maarte hain: lepidopterans (tobacco budworm, armyworm), coleopterans (beetles) aur dipterans (makkhi, machchhar).
• B. thuringiensis growth ki ek phase mein protein crystals banaata hai jinme zehreela insecticidal protein hota hai. Bacterium khud nahi marta kyonki toxin inactive PROTOXIN ki tarah rehta hai.
• Keeda khaata hai to gut ka alkaline pH crystals ghol kar protoxin ko active toxin bana deta hai; toxin midgut ki epithelial cells se jud kar chhed banaata hai → cells phool kar phat jaati hain → keeda mar jaata hai.
• Toxin cry naam ke genes se coded hota hai. cryIAc aur cryIIAb ke proteins cotton bollworm ko, cryIAb corn borer ko control karte hain.
• Specific Bt toxin genes nikaal kar cotton jaisi fasalon mein daale jaate hain → Bt cotton, Bt corn, rice, tomato, potato, soyabean.
• Fayda: paudha khud insecticide banaata hai, isliye chemical pesticide kam chahiye; zyaadatar Bt toxins keede-group specific hain.

💡 MCQ: Bt cotton gets its gene from a BACTERIUM (Bacillus thuringiensis), not from a virus or fungus.MCQ: Bt कपास का जीन जीवाणु (बैसिलस थुरिंजिएंसिस) से आता है, वायरस या कवक से नहीं।MCQ: Bt cotton ka gene BACTERIUM (Bacillus thuringiensis) se aata hai, virus ya fungus se nahi.

• Gene therapy = a collection of methods to correct a gene defect diagnosed in a child or embryo; genes are inserted into a person's cells and tissues to treat a disease – a normal gene is delivered to take over the function of the non-functional gene.
• The first clinical gene therapy was given in 1990 to a 4-year-old girl with adenosine deaminase (ADA) deficiency.
• ADA enzyme is crucial for the immune system to function; the disorder is caused by deletion of the gene for ADA.
• Some children are treated by bone marrow transplantation; others by enzyme replacement therapy (functional ADA injected) – neither is completely curative.
• Gene therapy method: lymphocytes from the patient's blood are grown in culture outside the body; a functional ADA cDNA is introduced into them using a retroviral vector; the cells are returned to the patient. Since these cells are not immortal, the patient needs periodic infusion of genetically engineered lymphocytes.
• A permanent cure may be possible if the gene isolated from marrow cells producing ADA is introduced into cells at early embryonic stages.
• Stem cells: unspecialised cells that can divide and form different specialised cells; used to repair tissues (e.g. bone marrow stem cells form blood cells).

• जीन चिकित्सा = किसी बच्चे या भ्रूण में पहचाने गए जीन दोष को सुधारने की विधियों का समूह; रोग उपचार हेतु व्यक्ति की कोशिकाओं व ऊतकों में जीन डाले जाते हैं – सामान्य जीन अक्रियाशील जीन का कार्य संभालता है।
• पहली नैदानिक जीन चिकित्सा 1990 में ऐडेनोसिन डिऐमिनेज़ (ADA) न्यूनता से पीड़ित 4 वर्षीय बालिका को दी गई।
• ADA एंज़ाइम प्रतिरक्षा तंत्र के कार्य हेतु अनिवार्य है; यह विकार ADA जीन के विलोपन से होता है।
• कुछ बच्चों का उपचार अस्थि मज्जा प्रत्यारोपण से; कुछ का एंज़ाइम प्रतिस्थापन चिकित्सा (क्रियाशील ADA का इंजेक्शन) से – दोनों पूर्णतः रोगहर नहीं।
• जीन चिकित्सा विधि: रोगी के रक्त से लसीकाणु शरीर के बाहर संवर्धित किए जाते हैं; रिट्रोवायरल वाहक से उनमें क्रियाशील ADA cDNA डाला जाता है; कोशिकाएँ रोगी में लौटा दी जाती हैं। ये कोशिकाएँ अमर नहीं, अतः रोगी को समय-समय पर आनुवंशिक इंजीनियरी लसीकाणु देने पड़ते हैं।
• यदि ADA बनाने वाली मज्जा कोशिकाओं से पृथक जीन को भ्रूण की प्रारंभिक अवस्था में कोशिकाओं में डाला जाए तो स्थायी उपचार संभव।
• स्टेम कोशिकाएँ: अविशिष्ट कोशिकाएँ जो विभाजित होकर विभिन्न विशिष्ट कोशिकाएँ बना सकती हैं; ऊतक मरम्मत में उपयोगी (जैसे अस्थि मज्जा की स्टेम कोशिकाएँ रक्त कोशिकाएँ बनाती हैं)।

• Gene therapy = bachche ya embryo mein mile gene defect ko theek karne ke tareekon ka samooh; rog ke ilaaj ke liye insaan ki cells aur tissues mein genes daale jaate hain – normal gene kharab gene ka kaam sambhaal leta hai.
• Pehli clinical gene therapy 1990 mein adenosine deaminase (ADA) deficiency waali 4 saal ki bachchi ko di gayi.
• ADA enzyme immune system ke kaam ke liye zaroori hai; yeh rog ADA gene ke deletion se hota hai.
• Kuch bachchon ka ilaaj bone marrow transplant se; kuch ka enzyme replacement therapy (functional ADA ka injection) se – dono poora ilaaj nahi.
• Gene therapy ka tareeka: mareez ke blood se lymphocytes body ke bahar ugaaye jaate hain; retroviral vector se unme functional ADA cDNA daala jaata hai; cells wapas mareez mein daal di jaati hain. Yeh cells hamesha nahi jeeti, isliye mareez ko baar-baar engineered lymphocytes dene padte hain.
• Agar ADA banaane waali marrow cells ka gene embryo ki shuruaati stage mein cells mein daala jaaye to permanent ilaaj sambhav.
• Stem cells: unspecialised cells jo divide hokar alag-alag specialised cells bana sakti hain; tissue repair mein kaam ki (jaise bone marrow ki stem cells blood cells banaati hain).

• Transgenic animals = animals whose DNA has been manipulated to possess and express an extra (foreign) gene. Examples: rats, rabbits, pigs, sheep, cows, fish; over 95% of existing transgenic animals are mice.
• Why produced: (i) to study normal physiology and development (genes regulating growth, e.g. insulin-like growth factor); (ii) to study diseases – models for cancer, cystic fibrosis, rheumatoid arthritis, Alzheimer's; (iii) biological products – e.g. human protein α-1-antitrypsin to treat emphysema; also for phenylketonuria (PKU) and cystic fibrosis; (iv) vaccine safety – transgenic mice test the safety of polio vaccine before human use; (v) chemical safety testing (toxicity testing) – results in less time.
• In 1997 the first transgenic cow, Rosie, produced human protein-enriched milk (2.4 g per litre), containing human alpha-lactalbumin – nutritionally more balanced for human babies than natural cow milk.
• Principal method: the desired foreign gene is introduced into the fertilised egg or early embryo, often by microinjection into the nucleus.

• पारजीनी जंतु = वे जंतु जिनके DNA में हेरफेर कर अतिरिक्त (विदेशी) जीन रखा व अभिव्यक्त कराया गया हो। उदाहरण: चूहे, खरगोश, सूअर, भेड़, गाय, मछली; विद्यमान पारजीनी जंतुओं में 95% से अधिक चूहे हैं।
• क्यों बनाए जाते हैं: (i) सामान्य कायिकी व परिवर्धन का अध्ययन (वृद्धि नियंत्रक जीन, जैसे इंसुलिन-सम वृद्धि कारक); (ii) रोगों का अध्ययन – कैंसर, सिस्टिक फ़ाइब्रोसिस, आमवाती संधिशोथ, अल्ज़ाइमर के मॉडल; (iii) जैविक उत्पाद – जैसे वातस्फीति के उपचार हेतु मानव प्रोटीन α-1-एंटीट्रिप्सिन; फ़िनाइलकीटोन्यूरिया (PKU) व सिस्टिक फ़ाइब्रोसिस हेतु भी; (iv) टीका सुरक्षा – मनुष्यों पर प्रयोग से पहले पोलियो टीके की सुरक्षा पारजीनी चूहों पर; (v) रासायनिक सुरक्षा परीक्षण (आविषालुता) – कम समय में परिणाम।
• 1997 में पहली पारजीनी गाय रोज़ी ने मानव प्रोटीन-समृद्ध दूध (2.4 ग्राम प्रति लीटर) दिया जिसमें मानव अल्फ़ा-लैक्टएल्बुमिन था – मानव शिशुओं हेतु प्राकृतिक गाय के दूध से अधिक संतुलित।
• मुख्य विधि: वांछित विदेशी जीन निषेचित अंडे या प्रारंभिक भ्रूण में, प्रायः केंद्रक में सूक्ष्म-अंतःक्षेपण द्वारा, डाला जाता है।

• Transgenic animals = woh jaanvar jinke DNA mein badlaav karke extra (foreign) gene rakha aur express karwaaya gaya ho. Udaharan: chuhe, khargosh, suar, bhed, gaay, machhli; maujood transgenic jaanvaron mein 95% se zyada chuhe hain.
• Kyon banaaye jaate hain: (i) normal physiology aur development ki study (growth control genes, jaise insulin-like growth factor); (ii) rogon ki study – cancer, cystic fibrosis, rheumatoid arthritis, Alzheimer's ke models; (iii) biological products – jaise emphysema ke ilaaj ke liye human protein α-1-antitrypsin; PKU aur cystic fibrosis ke liye bhi; (iv) vaccine safety – insaanon se pehle polio vaccine ki safety transgenic chuhon par; (v) chemical safety testing (toxicity) – kam samay mein result.
• 1997 mein pehli transgenic gaay Rosie ne human protein waala doodh (2.4 gram per litre) diya jisme human alpha-lactalbumin tha – human babies ke liye normal gaay ke doodh se zyada balanced.
• Main tareeka: chaha gaya foreign gene fertilised egg ya early embryo mein, aksar nucleus mein microinjection se, daala jaata hai.

• Note: tissue culture details were in the old 'food production' chapter (not in the current NCERT book), but recent UP Board papers still ask these one-liners – learn them briefly.
• Tissue culture: growing whole plants from explants (any part of a plant) in a test tube on a nutrient medium under sterile conditions; based on totipotency (capacity of a cell to give rise to a whole plant).
• Micropropagation: producing thousands of plants in a very short time by tissue culture; the plants are genetically identical to the original plant (somaclones). Used for tomato, banana, apple etc.
• Healthy (virus-free) plants can be recovered from diseased plants by culturing the meristem (apical and axillary), which is free of virus.
• Somatic hybridisation: fusing protoplasts (cells whose walls are digested by enzymes) of two different varieties/species to form a hybrid protoplast, which grows into a somatic hybrid plant – e.g. 'pomato' (potato + tomato).
• Green Revolution: large increase in food grain production (wheat, rice) in the 1960s using high-yielding varieties, fertilisers and irrigation. Father of the Green Revolution in India: Dr M. S. Swaminathan (world: Norman E. Borlaug).

• टिप्पणी: ऊतक संवर्धन का विवरण पुराने 'खाद्य उत्पादन' अध्याय में था (वर्तमान NCERT पुस्तक में नहीं), पर हाल के यूपी बोर्ड प्रश्नपत्र अब भी ये एक-पंक्ति प्रश्न पूछते हैं – संक्षेप में पढ़ लें।
• ऊतक संवर्धन: पोषक माध्यम पर निर्जीवाणुक दशाओं में परखनली में कर्तोतक (पौधे का कोई भाग) से पूरे पौधे उगाना; पूर्णशक्तता (कोशिका की पूरा पौधा बनाने की क्षमता) पर आधारित।
• सूक्ष्मप्रवर्धन: ऊतक संवर्धन से बहुत कम समय में हज़ारों पौधे बनाना; पौधे मूल पौधे के आनुवंशिक रूप से समान (सोमाक्लोन)। टमाटर, केला, सेब आदि में।
• रोगी पौधों के विषाणु-मुक्त विभज्योतक (शीर्षस्थ व कक्षस्थ) का संवर्धन कर स्वस्थ पौधे प्राप्त किए जाते हैं।
• कायिक संकरण: दो भिन्न किस्मों/जातियों के जीवद्रव्यकों (एंज़ाइम से पचाई भित्ति वाली कोशिकाएँ) को संलयित कर संकर जीवद्रव्यक बनाना, जो कायिक संकर पौधा बनता है – जैसे 'पोमैटो' (आलू + टमाटर)।
• हरित क्रांति: 1960 के दशक में अधिक उपज वाली किस्मों, उर्वरकों व सिंचाई से खाद्यान्न (गेहूँ, धान) उत्पादन में भारी वृद्धि। भारत में हरित क्रांति के जनक: डॉ. एम. एस. स्वामीनाथन (विश्व: नॉर्मन ई. बोरलॉग)।

• Note: tissue culture ki details purane 'food production' chapter mein thi (abhi ki NCERT book mein nahi), par haal ke UP Board papers ab bhi yeh ek-line sawaal poochhte hain – sankshep mein padh lijiye.
• Tissue culture: nutrient medium par sterile conditions mein test tube mein explant (paudhe ka koi bhi hissa) se poore paudhe ugaana; totipotency (cell ki poora paudha banaane ki kshamata) par based.
• Micropropagation: tissue culture se bahut kam samay mein hazaaron paudhe banaana; paudhe asli paudhe jaise genetically same (somaclones). Tomato, kela, seb aadi mein.
• Rogi paudhon ke virus-free meristem (apical aur axillary) ka culture karke swasth paudhe milte hain.
• Somatic hybridisation: do alag kismon/species ke protoplasts (enzyme se wall hataayi cells) ko jod kar hybrid protoplast banaana, jo somatic hybrid paudha banta hai – jaise 'pomato' (aaloo + tamatar).
• Green Revolution: 1960s mein high-yielding varieties, fertilisers aur sinchai se anaaj (gehoon, dhaan) utpaadan mein bhaari badhat. India mein Green Revolution ke janak: Dr M. S. Swaminathan (duniya: Norman E. Borlaug).