GSEB Class 12 Biology Important Questions Chapter 11 બાયૉટેક્નોલૉજી : સિદ્ધાંતો અને પ્રક્રિયાઓ

Gujarat Board GSEB Class 12 Biology Important Questions Chapter 11 બાયૉટેક્નોલૉજી : સિદ્ધાંતો અને પ્રક્રિયાઓ Important Questions and Answers.

GSEB Class 12 Biology Important Questions Chapter 11 બાયૉટેક્નોલૉજી : સિદ્ધાંતો અને પ્રક્રિયાઓ

પ્રશ્ન 1.
બાયોટેકનોલોજી વિશે સામાન્ય માહિતી આપો.
ઉત્તર:

• બાયૉટેક્નોલૉજીને સૂક્ષ્મ જીવાણુઓ, પ્રાણી કે વનસ્પતિકોષોનો ઉપયોગ અથવા તેઓના ઘટકોથી બનતી નીપજો અને માનવજાત માટે ઉપયોગિતા તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરી શકાય.
• આ અર્થમાં દહીં, બ્રેડ અથવા વાઈનની બનાવટ કે જે સૂક્ષ્મજીવો દ્વારા સંપન્ન પ્રક્રિયાઓથી બને છે. તેને પણ બાયોટેક્નોલૉજીના સ્વરૂપ તરીકે વિચારવામાં આવે છે.
• આધુનિક બાયોટેકનોલૉજી ઘણીવાર ઇસ્યુલિન કે પ્રતિજૈવિક દ્રવ્યોના ઉત્પાદન માટે -કોલાઈ કે યીસ્ટ જેવા જનીન ફેરફારિત સૂક્ષ્મ જીવાણુઓના ઉપયોગ સાથે સંકળાયેલી છે. તેને પારજનીનિક પ્રાણીઓ કે બી.ટી.કપાસ જેવી વનસ્પતિઓ તરીકે ઉલ્લેખી શકાય.
• બાયોટેક્નોલૉજી એ ડાયાબિટીસ, હિપેટાઇટીસ-સી, કેન્સર, સંધિવા, હિમોફિલિયા, અસ્થિભંગ જેવા રોગોની સારવાર માટેની ઔષધ-ચિકિત્સા સાથે પણ સંકળાયેલી છે.
• યુરોપિયન બાયોટેકનોલૉજી સંગઠન (European Federation of Biotechnology-EFB) દ્વારા બાયોટેકનોલૉજીની વ્યાખ્યા આપવામાં આવી છે. જેમાં પરંપરાગત અભિગમ અને આધુનિક આણ્વિક બાયોટેકનોલૉજીનો સમાવેશ થાય છે.
• EFB દ્વારા આપવામાં આવેલ વ્યાખ્યા આ મુજબ છેઃ
• ‘નીપજો અને સેવાઓ માટે પ્રાકૃતિક જીવવિજ્ઞાન અને સજીવો, કોષો તેમના ભાગો તથા આવીય અનુરૂપતાનું સંચાલન.’

પ્રશ્ન 2.
આધુનિક બાયોટેક્નોલોજીના વિકાસ માટે જવાબદાર પદ્ધતિઓ જણાવો.
ઉત્તર:

• ઘણી તક્નીકીઓ પૈકી, નીચેની મુખ્ય બે તનિકોએ આધુનિક બાયોટેકનોલૉજીને જન્મ આપ્યો.
• જનીન ઇજનેરી વિદ્યાઃ આ ટેકનોલોજી દ્વારા આનુવંશિક દ્રવ્યો (DNA અને RNA)ના રસાયણમાં પરિવર્તન પેરીને તેને યજમાન સજીવમાં પ્રવેશ કરાવીને યજમાન સજીવના સ્વરૂપ પ્રકારમાં ફેરફાર પ્રેરવામાં આવે છે.
• જેવપ્રક્રિયા ઇજનેરી વિદ્યાઃ રસાયણ ઇજનેરીમાં (સૂક્ષ્મજીવ સંક્રમણ રહિત) જાળવણી કરીને માત્ર ઇચ્છિત સૂક્ષ્મજીવો સુકોષકેન્દ્રી કોષોની જંતુરહિત વૃદ્ધિ કરાવીને વધુ માત્રામાં બાયોટેક્નોલૉજીકલ નિયમો જેવા કે ઍન્ટિબાયોટિક્સ, રસીઓ, ઉન્સેચકો વગેરેનું નિર્માણ કરવામાં આવે છે.

પ્રશ્ન 3.
સંકરણ કરતાં જનીન ઇજનેરી વિધા કઈ રીતે શ્રેષ્ઠ છે?
ઉત્તર:

• લિંગી પ્રજનન અજોડ આનુવંશિક વ્યવસ્થાના સંયોજનોની રચના તથા ભિન્નતા માટે તકો પૂરી પાડે છે. તેમાંના કેટલાક સજીવ તથા વસ્તી માટે ફાયદાકારક હોઈ શકે છે.
• અલિંગી પ્રજનન દ્વારા આબેહુબ જનીનિક માહિતીની સાચવણી કરવામાં આવે છે. જયારે લિંગી પ્રજનન દ્વારા ભિન્નતા ઉદ્ભવે છે.
• પરંપરાગત સંકરણની પદ્ધતિઓ, વનસ્પતિઓ તથા પ્રાણીઓના સંવર્ધનમાં ઉપયોગી છે પરંતુ આ પદ્ધતિમાં કેટલીક વખત ઇચ્છિત જનીનો સાથે-સાથે અનિચ્છનીય જનીનોનો સમાવેશ તથા ગુણન થઈ જાય છે.
• આવી ક્ષતિઓ દૂર કરવા માટે જનીન ઇજનેરી વિદ્યા ખૂબજ શ્રેષ્ઠ છે.
• જનીન ઇજનેરી વિદ્યામાં જનીન ક્લોનિંગ અને જનીન સ્થળાંતરણનો ઉપયોગ કરી પુનઃ સંયોજિત DNAનું નિર્માણ કરવામાં આવે છે.
• આમ, જનીન ઇજનેરી વિદ્યાની મદદથી અનિચ્છનીય જનીનોને દૂર કરી એક અથવા વધુ ઇચ્છનીય જનીનોને અલગ તારવીને લક્ષ સજીવમાં દાખલ કરી શકાય છે.

પ્રશ્ન 4.
રંગસૂત્રમાં સ્વયંજનન ઉત્પત્તિસ્થાનનું મહત્વ જણાવો.
ઉત્તર:

• પુનઃસંયોજિત DNAટેકનોલોજીમાં DNAના ટુકડાને વિજાતીય સજીવોમાં સ્થાનાંતરિત કરવામાં આવે છે.
• DNAનો આ ટુકડો સજીવના બાળકોષોમાં સ્વયંજનન પામવાની ક્ષમતા ધરાવતો નથી.
• પરંતુ જયારે તે ગ્રાહીના જનીનો સાથે જોડાઈ જાય છે ત્યારે તે વિભાજન પામીને યજમાન DNAસાથે આનુવંશિક બની જાય છે, કારણ કે આ વિદેશી DNAનો ટુકડો રંગસૂત્રનો એક ભાગ બની જાય છે કે જેની પાસે સ્વયંજનન ક્ષમતા હોય છે.
• રંગસૂત્રમાં DNAનો એક વિશિષ્ટ ક્રમ આવેલો હોય છે. જેને સ્વયંજનનની ઉત્પત્તિ કહે છે. જે સ્વયંજનનના પ્રારંભ માટે જવાબદાર હોય છે.
• આથી તે માટે કોઈ પણ સજીવમાં વિદેશી DNAના ટુકડાના ગુણન માટે તે રંગસૂત્ર અથવા રંગસૂત્રોનો ભાગ હોવો આવશ્યક હોય છે કે જે એક વિશિષ્ટ શૃંખલા ધરાવે છે. તે સ્વયંજનનની ઉત્પત્તિ તરીકે ઓળખાય છે.
• આ રીતે એક વિદેશી DNA સ્વયંજનનની ઉત્પત્તિ સાથે જોડાય છે. આથી આ વિદેશી DNAનો ટુકડો યજમાન સજીવમાં સ્વયંજનન તેમજ ગુણન પામી શકે છે. જેને ક્લોનિંગ પણ કહે છે.

પ્રશ્ન 5.
પુનઃસંયોજિતDNAઅણુના નિર્માણ વિશેની સામાન્ય માહિતી આપો.
ઉત્તર:

• પ્રથમ રિકોમ્બિનન્ટ DNAનું નિર્માણ સાલ્મોનેલા ટાયફિમરિયમના અસલ પ્લામિડમાં ઍન્ટિબાયોટિક પ્રતિરોધી જનીનના ટુકડાને જોડીને થઈ શક્યું.
• આ કાર્યઈ.સ. 1972માં સ્ટેનલે કોહેન અને હરબર્ટબૉયર દ્વારા કરવામાં આવ્યું હતું.
• આવીય કાતર’ તરીકે ઓળખાતા રિસ્ટ્રક્શન ઉત્સચકોની શોધથી DNAને વિશિષ્ટજગ્યાઓથી કાપવાનું શક્ય બની શક્યું.
• કાપેલા DNAના ટુકડાને પ્લામિડ સાથે જોડવામાં આવે છે. આ પ્લાસ્મિડ DNA વાહકની જેમ કાર્ય કરે છે, જે તેની સાથે જોડાયેલ DNAને સ્થાનાંતરિત કરે છે.
• જે રીતે મચ્છર, કીટવાહક તરીકે વર્તીને મેલેરિયાના પરોપજીવીને મનુષ્યમાં સ્થાનાંતરિત કરે છે. આવી જ રીતે પ્લાસ્પિડનો વાહક તરીકે ઉપયોગ કરી વિદેશી DNAના ટુકડાને યજમાનામાં દાખલ કરવામાં આવે છે.
• ઍન્ટિબાયોટિક જનીનને વાહક સાથે જોડવાનું કાર્યDNAલાઇઝ ઉત્સુચક દ્વારા થાય છે.
• આવી રીતે એક નવા સ્વયં પ્રતિકૃતિ બનાવવાવાળા વલયાકાર DNAનું In vitro નિર્માણ થાય છે, જે રિકોમ્બિનન્ટ DNAતરીકે ઓળખાય છે.
• જ્યારે આ DNA ઈ-કોલાઈમાં સ્થાનાંતરિત કરવામાં આવે છે ત્યારે તે નવા યજમાનના DNA પોલિમરેઝ ઉન્સેચકનો ઉપયોગ કરીને પ્રતિકૃતિઓ બનાવવા લાગે છે.

પ્રશ્ન 6.
પુનઃસંયોજિતDNAટેક્નોલોજીમાં સમાવિષ્ટ થતા મુખ્ય તબક્કા જણાવો.
ઉત્તર:
પુનઃસંયોજિત DNAટેકનોલૉજીમાં સમાવિષ્ટ થતા તબક્કાઓ નીચે મુજબ છેઃ

1. DNAના ટુકડાઓનું નિર્માણ અને DNAના ઇચ્છિત લક્ષણો ધરાવતા ટુકડાની પસંદગી.
2. પસંદ કરેલ DNAના ટુકડાનું ક્લોનિંગવાહકમાં ઊતરણ દ્વારા પુનઃસંયોજિત DNAનું સર્જન.
3. પુનઃ સંયોજિત વાહકોની યજમાન કોષોમાં ઓળખ.
4. પુનઃસંયોજિત અણુઓ ધરાવતા ક્લોન્સ (પ્રતિકૃતિઓ)નું બહુગુણન અને પસંદગી.
5. જનીનની અભિવ્યક્તિ દ્વારા ઇચ્છિત નીપજની બનાવટ કે ઉત્પત્તિ.

પ્રશ્ન 7.
રિસ્ટ્રીક્શન ઉસેચકો અને તેનું નામકરણ સમજાવો.
ઉત્તર:

1. વર્ષ 1963માં બે ઉન્સેચકોને અલગ કરવામાં આવ્યા છે, જે -કોલાઈમાં બેક્ટરિયોફેઝની વૃદ્ધિને અવરોધવા માટે જવાબદાર છે. તેમાંનો એક DNAમાં મિથાઇલ સમૂહને ઉમેરે છે. જયારે બીજો DNAને કાપે છે.
2. DNAને કાપતા ઉત્સચકોને રિસ્ટ્રીક્શન એન્ડોન્યુક્લિએઝ કહેવામાં આવ્યો.
3. Hind-IIએ પ્રથમ રિસ્ટ્રીક્શન એન્ડોન્યુક્લિએઝ ઉત્સુચક છે.
4. Hind-II હંમેશાં DNAના એક ચોક્કસ બિંદુ પર કાપ મૂકે છે જ્યાં છ બેઈઝ જોડના એક વિશેષ ક્રમ હોય છે. જે Hind-IIના ઓળખક્રમ તરીકે ઓળખાય છે.
5. Hind-II સિવાય આજે 900 થી વધારે રિસ્ટ્રીશન ઉસેચકો વિશે જાણકારી છે જે બૅક્ટરિયાની 230થી વધુ જાતમાંથી અલગ કરવામાં આવી છે.
6. નામકરણ: આ ઉત્સચકોનું નામકરણ તેઓ જે બૅક્ટરિયામાંથી મેળવાયા છે, તેને આધારે ત્રણ કે ચાર ટૂંકા અક્ષરો દ્વારા કરવામાં આવે છે.
7. દા.ત., Eco RI એ ઈશ્વરેશિયા કોલાઈમાંથી મેળવવામાં આવે છે. “R’ જાતિના નામ પરથી જયારે રોમન અંક એ બૅક્ટરિયાની કઈ જાતિમાંથી કયો ઉત્સુચક અલગ કરવામાં આવ્યો છે, તેના નામના સૂચનને અનુસરે છે.

પ્રશ્ન 8.
ન્યુક્લિએઝ ઉત્સુચકનાપ્રકાર અને કાર્ય જણાવો.
ઉત્તર:

• રિસ્ટ્રક્શન ઉન્સેચકોનો સમાવેશ ન્યુક્લિએઝ કહેવાતા ઉત્સચકોના મોટા વર્ગમાં થાય છે.
  1. એક્સોન્યુક્લિએઝ ઉત્સુચક DNAના અંત છેડા પરથી ન્યુક્લિઓટાઇડને દૂર કરે છે.
  2. એન્ડોન્યુક્લિએઝ ઉત્સુચકતે DNAની અંદર ચોક્કસ સ્થાન પર કાપ મૂકે છે.
• પ્રત્યેક રિસ્ટ્રીક્શન એન્ડોન્યુક્લિએઝ DNAની શૃંખલાની લંબાઈનું નિરીક્ષણ કર્યા બાદ પોતાનો ઓળખક્રમ પ્રાપ્ત
  કરે છે અને તે DNAસાથે જોડાયછે.
• ત્યારબાદ તે બેવડા કુંતલની બંને શૃંખલાને શર્કરા-ફૉસ્ફટ આધારસ્તંભોમાં વિશિષ્ટ કેન્દ્રો પરથી કાપે છે.
• એન્ડોન્યુક્લિએઝ ઉન્સેચકો એ ટૂંકી પેલિન્ડોમિક શૃંખલાઓ (પરસ્પર વિરુદ્ધ દિશામાં સરખી શૃંખલાઓ)ને ઓળખી ચોક્કસ જગ્યાએથી તોડે છે.
• પેલિન્ડોમિક ક્રમ બેવડા કુંતલ ધરાવતા DNAમાં બેઈઝની જોડીનો ક્રમ છે. જે DNAની એક બાજુએથી બીજી બાજુ તરફ આગળ અને પાછળથી એકસરખાં વાંચી શકાય છે.
• ઉદાહરણ આપેલ ક્રમને 5′ → 3′ દિશામાં વાંચવાથી બંને શૃંખલામાં એકસરખા વાંચી શકાય. જો તેને 3′ – 5′ દિશામાં વાંચવામાં આવે તો પણ તે સાચું પડે છે.

• જ્યારે રિસ્ટ્રીક્શન એન્ડોન્યુક્લિએઝપેલિન્ડોમ પર કાર્ય કરે ત્યારે DNAઅણુની બંને શૃંખલાઓને તોડે છે.
• કેટલાક ઉન્સેચકો બે તંતુઓને સમમિતીય (સરખી) રીતે કાર્ય કરે છે અને બુટ્ટા છેડા બનાવે છે. જ્યારે બીજા ઉન્સેચકો, તંતુઓને વિષમ રીતે કાપી ચીપકુછેડા બનાવે છે.
• પાર પુનઃસંયોજિત DNAટેકનોલોજીમાં એવા જ ઉત્સચકોનો ઉપયોગ થાય છે. જે DNAને કાપી ચીપકુછેડા બનાવે છે.

• જ્યારે વાહક (પ્લાસ્મિડ) અને ઇચ્છિત DNA બંને એક જ ઉત્સુચક દ્વારા કપાય તેના પરિણામ સ્વરૂપે DNAના ટુકડાઓ એકસરખા પ્રકારના બંધબેસતા આવા ચીપકુછડાઓ ધરાવે છે.
• આવા કપાયેલા DNAના ટુકડાઓને DNA-લાઇમેઝ ઉત્સુચકના ઉપયોગ વડે જોડી શકાય છે.
• જ્યાં સુધી વાહક અને સ્રોત DNAને એક જ રિટ્રીક્શન ઉત્સુચક દ્વારા કાપવામાં ન આવે ત્યાં સુધી પુનઃસંયોજિત વાહક અણુનું નિર્માણ થઈ શકતું નથી.

વિશેષ જાણકારી (More Information):
પાર પુનઃ સંયોજિતUNAટેક્નોલૉજીમાં ઉપયોગમાં લેવાતા વિવિધ ઉત્સચકોઃ

(1) DNAલાઈગેઝ=DNAલાઇમેઝ એ ઈ-કોલાઈ અને બૅક્ટરિયોફેઝમાંથી અલગીકરણ કરેલ છે. જે DNAના ટુકડાઓને માટે
ઉપયોગી છે.

(2) રિવર્સ ટ્રાન્સક્રિપ્ટેઝ=RT એ RNAટેમ્પલેટ પરપૂરક DNAનું સંશ્લેષણ કરે છે.

(3) ડિસ્ટ્રીક્શન એન્ડોન્યુક્લિએઝ = મોટેભાગે તેનું અલગીકરણ સૂક્ષ્મજીવોમાંથી કરવામાં આવે છે. તે DNAને ચોક્કસ સ્થાનેથી કાપે છે. જેના ત્રણ પ્રકાર છે:
(a) રિસ્ટ્રક્શન એન્ડોન્યુક્લિએઝT:

1. તેને DNAને કાપવા ATPની જરૂર પડે છે.
2. તે DNAને રિસ્ટ્રક્શન સાઇટથી તો 1000bp દૂર સુધી કાપી શકે છે.
3. દા.ત., ECOKI

(b) રિસ્ટ્રીક્શન એન્ડોન્યુક્લિએઝ :

1. DNAને કાપવા તેને ATPની જરૂર રહેતી નથી.
2. તે પોતાની જાતે જ DNAને કાપે છે.
3. દા.ત., EcoRI, Hind III

(c) રિસ્ટ્રીક્શન એન્ડોન્યુક્લિએઝ III:

1. તેને ATPની જરૂર છે.
2. તે DNAને રિસ્ટ્રક્શન સાઇટથી 25 bp દૂર સુધી કાપે છે.
3. દા.ત., ECOPI

(4) ટર્મીનલ ટ્રાન્સફરેઝન્ન = તે DNAના ટુકડામાં બુટ્ટા છેડાને ચીપકુછડામાં ફેરવે છે.

(5) DNA પોલીમરેઝ = તે DNA ટેમ્પલેટ પર પૂરક DNAના સંશ્લેષણમાં મદદ કરે છે. મોટેભાગે તે પ્રતિકૃતિ કે ક્લોનિંગની આ પ્રક્રિયામાં ઉપયોગી છે.

(6) રિબોન્યુક્લિએઝ-H (RNase H) =

1. તેનું અલગીકરણ રીટ્રોવાઈરસમાંથી કરવામાં આવ્યું હતું.
2. તે DNA-RNA માંથી પાણી m-RNAને દૂર કરે છે. તે

(7) આલ્કલાઇન ફૉસ્ફટ=તે વલયાકાર DNAના છેડા પરથી ફૉસ્ફટસમૂહને છૂટા પાડે છે અને ફરી તેને વલયકારિત થતા અટકાવે છે. તો

(8) પોલિવુક્તિઓટાઈડ કાઇનેઝ= તેનો ઉપયોગ ફૉસ્ફટસમૂહનો ઉમેરો કરવા માટે થાય છે.

પ્રશ્ન 9.
DNAખંડોના પૃથક્કરણ અને અલગીકરણ માટેની રીત જણાવો.
ઉત્તર:

1. રિસ્ટ્રીક્શન એન્ડોન્યુક્લિએઝના ઉપયોગને લીધે DNAના ટુકડાઓ થઈ જાય છે. આ ટુકડાઓને જૈલ ઇલેક્ટ્રોફોરેસીસ પદ્ધતિ દ્વારા અલગ કરી શકાય છે.
2. DNAના ટુકડાઓ ઋણ વીજભારિત અણુ છે. જેથી તેઓને માધ્યમમાં વિદ્યુતક્ષેત્રની મદદથી ધન વિદ્યુતબુવ તરફ બળપૂર્વક ધકેલીને અલગ કરી શકાય છે.
3. જૈલ ઇલેક્ટ્રોફોરેસીસમાં માધ્યમ તરીકે એમેરોઝનો ઉપયોગ થાય છે. જે દરિયાઈ નીંદણમાંથી અલગીકૃત કરાયેલ કુદરતી પૉલિમર છે.
4. એગરોઝ જેલની ચાળણી જેવી અસરથી DNAના ટુકડાઓ તેના કદ મુજબ અલગ થાય છે. આમ, તેના ટુકડાનું કદ જેટલું નાનું તેટલું તે વધુ દૂર સુધી ખસશે.
5. અલગીકૃત DNAના ટુકડાઓને ત્યારે જ જોઈ શકાય છે જ્યારે તેને ઇથીડિયમ બ્રોમાઇડ નામના સંયોજન વડે અભિરંજિત કરી UV-કિરણો દ્વારા નિરાચ્છાદન (Exposed) કરવામાં આવે.
6. ઇથીડિયમ બ્રોમાઇડથી અભિરંજિત જૈલ ઉપરUV પ્રકાશ પાડતાં DNAના ચળકતા નારંગી રંગના પટ્ટા જોઈ શકાય છે.
7. DNAના પટ્ટાઓને એગરોઝ જેલમાંથી બહાર કાઢી તેને જેલના ટુકડાઓથી અલગ કરવામાં આવે છે. આ પ્રક્રિયાને છાલન કહે છે.
8. આ રીતે શુદ્ધ કરવામાં આવેલ DNAના ટુકડાઓને ક્લોનિંગ વાહકો સાથે જોડીને રિકોમ્બિનન્ટ DNAના નિર્માણમાં ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.
9. ક્લોનિંગ વાહકોઃ પ્લાસ્મિડ અને બેક્ટરિયોફેઝ, બૅક્ટરિયલ કોષમાં રંગસૂત્રીય DNAના નિયંત્રણ વગર સ્વતંત્ર રીતે સ્વયંજનન કરવાની ક્ષમતા ધરાવે છે.
10. બૅક્ટરિયોફેઝની પ્રત્યેક કોષમાં ઘણી વધારે સંખ્યા હોવાથી બૅક્ટરિયલ કોષમાં તેમના જનીનસંકુલ (Genome)ની ઘણીબધી
    નકલો જોવા મળે છે.
11. કેટલાક પ્લાસ્મિડની એક અથવા બે નકલો પ્રતિકોષ હોય છે જયારે બીજાની 15-100 નકલો પ્રતિકોષ હોય છે. તેની સંખ્યા
    આનાથી પણ વધારે હોઈ શકે છે.
12. જો આપણે વિદેશી DNAના ટુકડાને બૅક્ટરિયોફેઝ અથવા પ્લામિડ DNAસાથે જોડીએ તો તેની સંખ્યા પણ બૅક્ટરિયોફેઝ અથવા પ્લાસ્મિલની નકલોની સંખ્યાને સમકક્ષ ગુણન કરાવી શકીએ છીએ.

વિશેષ જાણકારી (More Information):

1. પ્લાસ્મિડ : પ્લાસ્મિડ એ બેક્ટરિયામાં આવેલું વધારાનું, નાનું, ગોળાકાર DNA છે. જે બીજા DNAના પ્રકાર કરતા અલગ હોયછે.
2. તે આપમેળે સ્વયંજનીત થઈ શકે છે.
3. તે અમુક ચોક્કસ પ્રકારના રસાયણો ઉત્પન્ન કરવા માટેના જનીનો ધરાવે છે.
4. પ્લાસ્મિને બેક્ટરિયામાંથી બહાર કાઢી શકાય છે અને ઇચ્છિત DNAના ટુકડા સાથે રિસ્ટ્રીક્શન ઉસેચકો અને DNAલાઇગેઝની મદદથી જોડી શકાય છે.
5. પુનઃસંયોજિત DNAટેકનોલૉજીમાં પ્લાસ્મિડ એ ખૂબ જ મહત્ત્વનો ભાગ ભજવે છે.

પ્રશ્ન 10.
વાહકમાં સાનુકૂળ ક્લોનિંગ કરવા માટેની વિશેષતાઓ જણાવો.
ઉત્તર:

• (a) સ્વયંજનનની ઉત્પત્તિ (Origin of Replication (ori): સ્વયંજનનની ઉત્પત્તિ એ જીનોમમાં ચોક્કસ શૃંખલા છે કે, જ્યાં સ્વયંજનનની શરૂઆત થાય છે.
• DNAનો કોઈ પણ ટુકડો જયારે આ શૃંખલા સાથે જોડાય છે, ત્યારે તે યજમાનકોષમાં સ્વયંજનિત થઈ શકે છે.
• જોડાણ પામતા DNAની નકલની સંખ્યાના નિયંત્રણ માટે પણ આ શૃંખલા જવાબદાર છે.
• એટલા માટે જો કોઈ લક્ષ્ય DNAની ઘણી નકલો પ્રાપ્ત કરવા માંગતા હોય તો તેને એવા વાહકમાં ક્લોન કરવું જોઈએ કે જેની ઉત્પત્તિ ખૂબ જ વધારે નકલો બનાવવામાં સહયોગ કરતી હોય.
• (b)પસંદગીમાન રેખક (Selectable Marker) વાહકમાં સ્વયંજનનની ઉત્પત્તિની બાજુમાં પસંદગીમાનશેખક હોય છે.
• જે અપરિવર્તનીયની ઓળખ તથા તેને દૂર કરવામાં મદદરૂપ હોય તથા પરિવર્તનીયની વૃદ્ધિ માટે પસંદગીમાન અનુમતી આપતું હોય.
• સામાન્ય રીતે એમ્પિસિલિન, ક્લોરામ્ફનિકોલ, ટેટ્રાસાયક્લિન તથા કેનામાયસિન જેવા પ્રતિજૈવિક દ્રવ્યો પ્રત્યે અવરોધન સાંકેતન કરવાવાળા જનીનો ઇ-કોલાઈમાટે ઉપયોગી પસંદગીમાન રેખકો છે.
• ઇ-કોલાઈ કોષો આમાંથી કોઈ પણ પ્રતિજૈવિક દ્રવ્યોનું અવરોધન કરતા નથી.
• (c) ક્લોનિંગ જગ્યાઓ (Cloning site) : વિદેશી DNAને જોડવા માટે સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાઈ રહેલા રિસ્ટ્રીક્શન ઉન્સેચકો માટે વાહકમાં ખૂબ જ ઓછી કે મોટેભાગે એક જ ઓળખ જગ્યા હોવી જોઈએ.
• વાહકની અંદર એકથી વધારે ઓળખ જગ્યા હોવાથી તેના ઘણા બધા ટુકડા થઈ જશે જે જનીન ક્લોનિંગને જટિલ બનાવી દે છે.
• વિદેશી DNAનું જોડાણ એ બંને પ્રતિજૈવિક અવરોધક જનીનોમાંથી એકમાં આવેલ રિસ્ટ્રીક્શન સ્થાન પર કરવામાં આવે છે.
• ઉદાહરણ તરીકે, તમે વિદેશી DNAને વાહક pBR322 માં સ્થિત ટેટ્રાસાયક્લિન પ્રતિરોધી જનીનના Bam HI સ્થાને જોડી શકો છો.
• પુનઃસંયોજિત પ્લાસ્મિડ પરજાત DNA દાખલ થવાથી ટેટ્રાસાયક્લિન અવરોધન ગુમાવે છે, પરંતુ પુનઃ સંયોજન પામતા ઘટકોને એમ્પિસિલિન સમાવિષ્ટ માધ્યમ પર રહેલા પરિવર્તનીય ઘટકોના લેપન દ્વારા પુનઃસંયોજિત ન પામતા ઘટકોથી અલગ પસંદગી કરી શકાય છે.
• એમ્પિસિલિન યુક્ત માધ્યમ પર વૃદ્ધિ કરવાવાળાં રૂપાંતરણો (પરિવર્તનીય ઘટકો)ને હવે ટેટ્રાસાયક્લિનયુક્ત માધ્યમ પર સંકેતન કરે છે. સ્થળાંતરિત કરવામાં આવે છે.
• પુનઃસંયોજિત ઘટકો એમ્પિસિલિન માધ્યમ પર વૃદ્ધિ પામશે પરંતુ ટેટ્રાસાયક્લિનયુક્ત માધ્યમ પર વૃદ્ધિ પામશે નહીં. પણ પુનઃસંયોજિત નપામતા ઘટકો બંને પ્રતિજૈવિક દ્રવ્યો ધરાવતા માધ્યમમાં વૃદ્ધિ પામશે.
• અહીં, એક ઍન્ટિબાયોટિક્સ અવરોધક જનીન રૂપાંતરણોની પસંદગીમાં મદદ કરે છે, જયારે બીજું ઍન્ટિબાયોટિક અવરોધક જનીન વિદેશી DNAના પ્રવેશથી નિષ્ક્રિય થઈ જાય છે અને પુનઃ સંયોજિત ઘટકોની પસંદગીમાં મદદ કરે છે.
• ઍન્ટિબાયોટિક્સના નિષ્ક્રિય થવાના કારણે પુનઃસંયોજિતની પસંદગી એક જટિલ ક્રિયા છે કેમ કે તેમાં જુદા જુદા ઍન્ટિબાયોટિક્સ ધરાવતી બંને પ્લેટમાં વિદ્યુતલેપન એકસાથે જરૂરી છે.
• જેથી વૈકલ્પિક પસંદગીમાન રેખકને વિકસાવવામાં આવ્યું કે જે રંગસર્જક પદાર્થની હાજરીમાં પુનઃસંયોજિત અને બિન
  પુનઃસંયોજિતને તેમની રંગ ઉત્પન્ન કરવાની ક્ષમતાના આધારે અલગ પાડે છે.
• જેમ કે ‘-DNAને β ગેલેક્ટોસાઈડેઝ, ઉન્સેચકની સાંકેતિક શૃંખલામાં પ્રવેશ કરાવતા β ગેલેક્ટોસાઇડેઝ ઉત્પન્ન કરતું જમીન
  નિષ્ક્રિય થઈ જાય છે જેને નિવેશી નિષ્ક્રિયતા કહે છે.
• જો બૅક્ટરિયાના પ્લામિડમાં નિવેશ ન હોય તો રંગસર્જક પદાર્થની હાજરીમાં ભૂરા રંગની વસાહતોનું નિર્માણ થાય છે. નિવેશની હાજરી β ગેલેક્ટોસાઇઝની નિવેશી નિષ્ક્રિયતામાં પરિણમે છે. તેથી વસાહતો કોઈ રંગ ઉત્પન્ન કરતી નથી જેને પુનઃસંયોજિત વસાહતો તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.
• વનસ્પતિઓ અને પ્રાણીઓમાં ક્લોનિંગ જનીનો માટે વાહકો (Vectors for cloning genes in plants and animals) :
  જનીનોને વનસ્પતિ અને પ્રાણીઓમાં સ્થળાંતરિત કરવા માટે બેક્ટરિયા અને વાઇરસનો ઉપયોગ કરી શકાય છે.
• એગ્રોબૅક્ટરિયમ ટ્યુમીફેસિયન્સના ગાંઠ પ્રેરક પ્લાસ્મિડ (Tumor including plasmid -Ti-પ્લાસ્મિડ) કે જે રોગકારક છે અને મોટાભાગની દ્વિદળી વનસ્પતિઓમાં ગાંઠ (Tumor)ના ઉત્પાદન માટે જવાબદાર છે. હાલમાં તેને ક્લોનિંગ વાહકમાં રૂપાંતરિત કરવામાં આવે છે.
• જે વનસ્પતિઓમાં રોગકારક નથી, પરંતુ તે આપણી રુચિ પ્રમાણેના જનીનોને વિવિધ વનસ્પતિઓમાં દાખલ કરવાની પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરે છે.
• એ જ રીતે રિટ્રોવાઇરસ એ સામાન્ય કોષોને કૅન્સરગ્રસ્ત કોષોમાં પરિવર્તિત કરવાની ક્ષમતા ધરાવે છે, જે હાલમાં રૂપાંતરિત કરીને પ્રાણીકોષોમાં ઇચ્છિત જનીનોને દાખલ કરવામાં ઉપયોગી છે.

પ્રશ્ન 11.
બેક્ટરિયાને સક્ષમયજમાન બનાવવા માટેની વિવિધ રીતો જણાવો.
ઉત્તર:

• DNA જલાનુરાગી અણુ છે માટે તે કોષરસપટલમાંથી પસાર થઈ શક્તો નથી. આથી પુનઃ સંયોજિત DNAને બાહ્યબળ દ્વારા
  બૅક્ટરિયામાં દાખલ કરવા બૅક્ટરિયલ કોષને હંમેશાં DNAને સ્વીકારવા માટે હરીફ સક્ષમ બનાવવામાં આવે છે. જે નીચે પ્રમાણે કરી શકાય છે.
• બૅક્ટરિયલ કોષને નિશ્ચિત સાંદ્રતા ધરાવતા દ્વિસંયોજિત (divalent) ધન આયન જેમ કે કેલ્શિયમ (Ca²⁺) ની સારવાર આપવામાં આવે છે.
• તેનાથી DNAને બેક્ટરિયાની કોષદીવાલમાં આવેલ છિદ્રો દ્વારા પ્રવેશ પામવાની ક્ષમતામાં વધારો થાય છે.
• r-DNAને કોષમાં દાખલ કરાવવા માટે પ્રથમ તેમને બરફ પર રાખવામાં આવે છે. ત્યારબાદ 42°C તાપમાને મૂકવામાં આવે છે અને અંતે પુનઃ બરફ પર મૂકવામાં આવે છે. આમ કરવાથી બેક્ટરિયાr-DNAનો સ્વીકાર કરવા સક્ષમ બની જાય છે.
• સૂક્ષ્મ અંતઃક્ષેપણ (Micro-injection)ઃ પુનઃ સંયોજિત DNAએ સૂક્ષ્મ અંતઃક્ષેપણ દ્વારા પ્રાણીકોષના કોષકેન્દ્રમાં સીધી રીતે અંતઃક્ષિપ્ત થાય છે.
• કણીય પ્રચંડવર્ષણ (Particle Bombardements): DNAટંગસ્ટન કે સ્વર્ણ (સોના)ના લઘુ તીવ્ર વેગીય કણો દ્વારા આવરિત DNAનો કોષો પર મારો કરવામાં આવે છે. આ પદ્ધતિને જૈવ-પ્રાસેપિકી (Biolistics) અથવા જનીન સ્ફોટક (genegun) તરીકે ઓળખાય છે.
• અંતિમ પદ્ધતિમાં બિનહાનિકારક રોગકારક વાહકનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. આ વાહકોથી જ્યારે કોષો સંક્રમિત થાય છે ત્યારે તે પુનઃસંયોજિત DNAને યજમાનમાં સ્થાનાંતરિત કરે છે.

વિશેષ જાણકારી (More Information):

• મારા વિદ્યુત છિદ્રતા (Electroporation) પુનઃ સંયોજિત DNAના પ્રવેશ માટે કોષરસસ્તરને પ્રવેશશીલ બનાવવા કોષોને ઊંચા વીજપ્રવાહના ત્વરિત થડકાર (ધબકાર) આપવામાં આવે છે.
• મેદસ્વીકરણ (Lipofection) પુનઃસંયોજિત DNAને ચરબી (મેદ)થી આવરિત કરવામાં આવે છે, જેથી કોષરસસ્તર તેને પસાર થવાની અનુમતિ આપે છે.

પ્રશ્ન 12.
પુનઃ સંયોજિતDNAટેકનોલોજીની ક્રિયાવિધિમાં કયાં કયાં સોપાનોનો સમાવેશ થાય છે?
ઉત્તર:
પાર પુનઃ સંયોજિત DNAટેક્નોલૉજીમાં કેટલાક ચોક્કસ ક્રમના સોપાનોનો સમાવેશ થાય છે:

1. DNAનું અલગીકરણ
2. રિસ્ટ્રીક્શન એન્ડોન્યુક્લિએઝની મદદથી DNAનું અવખંડન
3. પાઇચ્છિત DNAખંડનું અલગીકરણ
4. વાહકમાં DNAખંડોનું જોડાણ
5. યજમાનમાં પુનઃસંયોજિત DNAનો પ્રવેશ
6. યજમાન કોષોનું માધ્યમમાં વ્યાપક સ્તરે સંવર્ધન
7. ઇચ્છિત નીપજોનું નિષ્કર્ષણ

પ્રશ્ન 13.
જનીનદ્રવ્યના અલગીકરણ માટેની રીત જણાવો.
ઉત્તર:

1. કોઈ પણ અપવાદ વગર બધા જ સજીવોમાં આનુવંશિક દ્રવ્ય ન્યુક્લિક ઍસિડ છે. મોટા ભાગના સજીવોમાં તે DNA છે.
2. DNAને રિસ્ટ્રક્શન ઉન્સેચકોની મદદથી કાપતા પહેલાં તે શુદ્ધ સ્વરૂપે અને બીજા મહાઅણુઓથી મુક્ત હોવો જરૂરી છે.
3. DNA પટલો વડે ઘેરાયેલું હોય છે. માટે કોષોને તોડીને ખોલતા બીજા અણુઓ જેમ કે RNA, પ્રોટીન, પોલિસેકેરાઈડ અને લિપિડની સાથે DNA મુક્ત થાય છે.
4. જયારે બેક્ટરિયલ કોષો/વનસ્પતિ અથવા પ્રાણીપેશીને; લાઇસોઝાઇમ (બેક્ટરિયા), સેલ્યુલેઝ (વનસ્પતિકોષો), કાઇટિનેઝ (ફૂગ) જેવા ઉત્સુચકોની સારવાર દ્વારા જ તે મેળવી શકાયછે.
5. જનીનો એ હિસ્ટોનપ્રોટીન સાથે ગૂંથાયેલા DNAના લાંબા અણુઓ પરસ્થાન પામેલ હોય છે.
6. RNAને રિબોન્યુક્લિએઝની સારવારથી દૂર કરી શકાય છે. જયારે પ્રોટીનને પ્રોટીએઝની સારવારથી દૂર કરાય છે.
7. બીજા અણુઓને યોગ્ય સારવાર દ્વારા દૂર કરવામાં આવે છે અને અંતે ઠંડો ઈથેનોલ ઉમેરીને શુદ્ધ સ્વરૂપે DNAનું અવક્ષેપન કરાય છે. તેને અવલંબિત માધ્યમમાં પાતળાં તાંતણાઓના સમૂહ સ્વરૂપે જોઈ શકાય છે.

પ્રશ્ન 14.
DNAની કાપણી સમજાવો.
ઉત્તર:
શુદ્ધ DNA અણુને રિસ્ટ્રીક્શન ઉત્સુચકની સાથે આ નિશ્ચિત ઉત્સુચક માટેની ઈષ્ટતમ પરિસ્થિતિમાં રાખવાથી રિસ્ટ્રક્શન ઉત્સુચક દ્વારા પાચન સંપન્ન થાય છે. – રિસ્ટ્રક્શન ઉત્સુચક દ્વારા થતા પાચનની પ્રગતિ જાણવા માટે એનેરોઝઑલ ઇલેક્ટ્રોફોરેસીસનો ઉપયોગ થાય છે.

DNA એ ઋણ વીજભારિત અણુ છે, જેના કારણે તે ધન વિદ્યુતબુવની તરફ ગતિ કરે છે. આ પ્રક્રિયા વાહક DNA દ્વારા પણ પુનરાવર્તિત કરી શકાય છે. – DNAના જોડાણ માટે ઘણી બધી પ્રક્રિયાઓ સામેલ છે. સ્રોત DNAતથા વાહક DNAને વિશિષ્ટ રિસ્ટ્રીક્શન ઉત્સુચક દ્વારા કાપ્યા પછી સ્રોત DNAમાંથી કાપેલ રુચિ પ્રમાણેના ઉપયોગી જનીનને વાહકની કપાયેલી જગ્યામાં મૂકી લાઈગેઝ દ્વારા જોડવામાં આવે છે. પરિણામ સ્વરૂપે એક પુનઃસંયોજિત DNAનું નિર્માણ થાય છે.

પ્રશ્ન 15.
PCRના ઉપયોગથી રુચિ પ્રમાણેના જનીનનું પ્રવર્ધન કેવી રીતે થાય છે તે સમજાવો.
અથવા
PCR વિશે ટૂંકમાં સમજાવો.
અથવા
વર્ણવો:PCRના ઉપયોગથી લાભકારી જનીનનું પ્રવર્ધન. (આકૃતિ જરૂરી)
ઉત્તર:

• PCRનો અર્થ પોલિમરેઝ ચેઈન રિએક્શન છે. આ પ્રક્રિયામાં પ્રાઇમરના બે સેટ (નાનાં રાસાયણિક સંશ્લેષિત ઓલિગો ન્યુક્લિઓટાઇડ જે DNA વિસ્તારના પૂરક હોય) અને DNA પોલિમરેઝનો ઉપયોગ કરી ઈન વિટ્રો (In vitro) ક્રિયાવિધિ દ્વારા રુચિ પ્રમાણેના ઉપયોગી જનીન (કે DNA) ની ઘણી બધી પ્રતિકૃતિઓનું સંશ્લેષણ કરાય છે.
• આ DNA પોલિમરેઝ ઉત્સુચક જનીન સંકુલ ધરાવતા DNAને ટેબ્લેટ સ્વરૂપે કામમાં લઈને તથા પ્રક્રિયામાં રહેલા ન્યુક્લિઓટાઈડનો ઉપયોગ કરીને પ્રાઇમરને વિસ્તૃત કરી દે છે.
• જો DNAની સ્વયંજનનની પ્રક્રિયા ઘણી વખત પુનરાવર્તિત થાય તો DNAના ખંડો આશરે અબજો વખત પ્રવર્ધિત થઈ શકે છે, એટલે કે અબજો નકલ બને છે.
• થરમૉસ્ટેબલ DNA પોલિમરેઝ (જે થર્મસ ઍક્વેટિક્સ બૅક્ટરિયામાંથી અલગ કરવામાં આવે છે.) ઉત્સચકના ઉપયોગ દ્વારા આ રીતે પુનરાવર્તિત પ્રવર્ધન મેળવવામાં આવે છે.
• જે ઊંચા તાપમાનદરમિયાન પણ સક્રિય રહી દ્વિશૃંખલીયDNAનાવિનૈસર્ગીકરણને પ્રેરે છે.
• જો જરૂરિયાત હોય તો આ પ્રવર્ધિત ખંડોને વાહક સાથે જોડીને ક્લોનિંગ માટે ઉપયોગ કરી શકાય છે.

PCRમાં સમાવિષ્ટ થતા તબક્કાયો:
PCRમાં મુખ્ય ત્રણ તબક્કાઓનો સમાવેશ થાય છે:
(1) વિનૈસર્ગીકરણ (Denaturation)
(i) ઇચ્છા મુજબના DNA અણુ 90-95 સે. જેટલી ગરમીથી વિનૈસર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે. તેઓને એકબીજા સાથે જકડી રાખતા હાઇડ્રોજન બંધોના તૂટવાથી આ (દ્વિસૂત્રીય) DNAની બે શૃંખલાઓ છૂટી પ્રડેછે.

(2) તાપમાનુશિતન (Annealing) :
(i) વધારાના ન્યુક્લિઓટાઇડ (નવા DNA દ્રવ્યના પાયાના ખંડકો)ની હાજરીમાં, ઓલીગો ન્યુક્લિઓઇડ (ઓછા એકમો યુક્ત ન્યુક્લિઓટાઇડ) પ્રાઇમર ઉમેરાય છે.
(ii) પ્રાઇમર એ લક્ષ શૃંખલાના અંતિમ છેડે બંધબેસતું પૂરક હોય છે પરંતુ વિરુદ્ધ શૃંખલાઓ પર પથરાયેલ હોય છે.
(iii) સંમિશ્રણને નીચા તાપમાને (50-65 સે.) લાવતા DNA અણુની દરેક શંખલાએ ઓલીગો ન્યુક્લિઓટાઇડ પ્રાઇમર સાથે જોડાય છે. (તાપમાનુશિતન બને છે.)

(3) વિસ્તૃતીકરણ (Extention):
(i) DNA પોલિમરેઝ, (થર્મસ એક્વેટિક્સ, નામના બેક્ટરિયામાંથી અલગ કરવામાં
આવેલ) ઉત્સુચક ઉમેરવાથી બંધબેસતા કે પૂરક શૃંખલાએ સંશ્લેષિત થાય છે. પોલિમરેઝ, એ 5 થી 3 દિશામાં નવી ” શૃંખલાનું સંશ્લેષણ કરે છે.
(ii) જો આ પ્રક્રિયા ઘણી વખત પુનરાવર્તિત થાય, તો DNAના ખંડો આશરે અબજો વખત પ્રવર્ધિત થઈ શકે છે. દા.ત અબજનકલો બને છે.

પ્રશ્ન 16.
યજમાનકોષકે સજીવમાંપુનઃ સંયોજિતDNAનો પ્રવેશકઈ રીતે થાય છે તે સમજાવો.
ઉત્તર:

1. જોડાયેલ DNAને ગ્રાહકોષોમાં પ્રવેશ કરાવવાની અનેક ક્રિયાવિધિઓ છે. આ કાર્ય જ્યારે ગ્રાહકોષો પોતાની ફરતે આવેલ DNAને ધારણ કરવા સક્ષમ થઈ જાય ત્યારે તે તેને ગ્રહણ કરે છે.
2. પુનઃ સંયોજિત DNA પ્રતિજૈવિક અવરોધક જનીન (દા.ત. એમ્પિસિલિન) ધરાવતો હોય તેને E-coli કોષોમાં સ્થાનાંતરિત કરાતાયજમાન કોષો એ એમ્પિસિલિન અવરોધક કોષોમાં રૂપાંતરિત થાય છે.
3. જો આપણે આવા રૂપાંતરિત થયેલા કોષોને એમ્પિસિલિન ધરાવતી અગર પ્લેટ્સ પર મૂકીએ તો ફક્ત રૂપાંતરિત કોષો જ વૃદ્ધિ પામે છે અને રૂપાંતરિત ન થયેલા ગ્રાહકોષો મૃત્યુ પામે છે.
4. કારણ કે એમ્પિસિલિનની હાજરીમાં રૂપાંતરિત કોષોની પસંદગીમાં સક્ષમ એવો એમ્પિસિલિન પ્રતિરોધક જનીન હોય છે. આવા કિસ્સામાં એમ્પિસિલિન પ્રતિજૈવિક અવરોધક જનીનને પસંદગીમાન રેખક કહે છે.

પ્રશ્ન 17.
પુનઃ સંયોજિતપ્રોટીનકઈ રીતે પ્રાપ્ત કરી શકાય છે?
ઉત્તર:

• જ્યારે વિદેશી DNA ખંડને ક્લોનિંગ વાહકમાં પ્રવેશ કરાવીને કોઈ પણ બૅક્ટરિયા, વનસ્પતિ અથવા પ્રાણીકોષમાં સ્થાનાંતરિત કરો છો ત્યારે વિદેશી DNAતેમાં બહુગુણિત થાય છે.
• પુનઃસંયોજિત ટેક્નોલૉજીનો અંતિમ ઉદ્દેશ ઇચ્છિત પ્રોટીનનું ઉત્પાદન કરવાનો હોય છે. માટે પુનઃસંયોજિત DNAને અભિવ્યક્ત થવું જરૂરી છે.
• વિદેશી જનીન ઈષ્ટતમ પરિસ્થિતિઓમાં જ અભિવ્યક્ત થાય છે.
• જો કોઈ પ્રોટીન સંકેતન જનીન કોઈક વિષમજાત યજમાનમાં અભિવ્યક્ત થાય છે તો તેને પુનઃસંયોજિત પ્રોટીન કહેવાય છે.
• લાભદાયી ક્લોનિંગ જનીનોને આશ્રય આપતા કોષોને નાના પાયે પ્રયોગશાળામાં ઉછેરવામાં આવે છે.
• ઇચ્છિત પ્રોટીનના નિષ્કર્ષણ માટે સંવર્ધન માધ્યમનો ઉપયોગ કરી શકાય છે અને પછી જુદી-જુદી અલગીકરણ પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરી તેનું શુદ્ધીકરણ કરવામાં આવે છે.
• કોષોને સતત સંવર્ધનતંત્રમાં ગુણિત કરી શકાય છે. જેમાં વપરાયેલ માધ્યમને એક બાજુએથી બહાર કાઢવામાં આવે છે અને બીજી બાજુએથી તાજું માધ્યમ ભરવામાં આવે છે. જેથી કોષો પોતાની દેહધાર્મિક રીતે સક્રિય સ્વરૂપે ઝડપી/વિસ્તારિત પ્રાવસ્થામાં જળવાઈ રહે છે.
• આ સંવર્ધન પદ્ધતિ મોટા પાયે જૈવભારના ઉત્પાદન તથા ઇચ્છિત પ્રોટીનના વધુ ઉત્પાદન માટે ઉપયોગી છે.

પ્રશ્ન 18.
જૈવભઠ્ઠી વિશે માહિતી આપો.
ઉત્તર:

• ઓછી માત્રા ધરાવતા સંવર્ધનથી નીપજોનું પર્યાપ્ત માત્રામાં ઉત્પાદન થઈ શકતું નથી. તેના વ્યાપક સ્તરે ઉત્પાદન માટે જૈવભઠ્ઠીનો ઉપયોગ થાય છે. જેમાં સંવર્ધનનો મોટી માત્રામાં (100-1000 લિટર) ઉપયોગ કરી શકાય છે.
• આ રીતે જૈવભઠ્ઠી એક વાસણ સમાન છે. જેમાં સૂક્ષ્મ વનસ્પતિઓ, પ્રાણીઓ તેમજ માનવકોષોનો ઉપયોગ કરીને કાચા સામાન (raw Material) ને જૈવસ્વરૂપે વિશિષ્ટ નીપજો, વ્યક્તિગત ઉભેચકો વગેરેમાં પરિવર્તિત કરવામાં આવે છે.

• જૈવભઠ્ઠીમાં તાપમાન, pH, પ્રક્રિયાર્થી, ક્ષાર, વિટામિન કે ઑક્સિજન જેવા પરિબળોને ઈષ્ટતમ રીતે નિયંત્રિત રાખવામાં આવે છે.
• સર્વાધિક ઉપયોગમાં લેવામાં આવતું બાયૉરિએક્ટરસ્ટિરિંગ પ્રકારનું છે.
• મિશ્રકટેન્કરિએક્ટર સામાન્ય રીતે નળાકાર હોય છે જેથી રિએક્ટરની અંદર દ્રવ્યોના મિશ્રણમાં સહાયતા પ્રાપ્ત થાય છે.
• બાયૉરિએક્ટરમાં મિશ્રક એ ઑક્સિજનની ઉપલબ્ધતા તથા તેના મિશ્રણનું કામ પણ કરે છે જેને સમયાંતરે હવા પરપોટા સ્વરૂપે બાયૉરિએક્ટરમાં મોકલવામાં આવેછે.
• રિએક્ટરમાં એક આંદોલક તંત્ર, ઑક્સિજન વિતરણ તંત્ર, ફીણ-નિયંત્રણ તંત્ર, તાપમાન-નિયંત્રણ તંત્ર, pHનિયંત્રણ તંત્ર અને પ્રતિચયન પ્રધાર (SamplingPorts) આવેલા હોય છે. જેનાથી સમયાંતરે સંવર્ધનની થોડી માત્રા બહાર કાઢી શકાય છે.

પ્રશ્ન 19.
અનુપ્રવાહિત પ્રક્રિયા સમજાવો.
ઉત્તર:

1. જૈવ સંશ્લેષિત તબક્કો પૂર્ણ થયા બાદ નીપજોને બજારમાં માર્કેટિંગ માટે મોકલતા પહેલા શૃંખલામય પ્રક્રિયાઓમાંથી પસાર કરવામાં આવે છે.
2. નીપજોની અલગીકરણ અને શુદ્ધીકરણ જેવી પ્રક્રિયાઓને સામૂહિક રીતે અનુપ્રવાહિત પ્રક્રિયા તરીકે ઉલ્લેખવામાં આવે છે.
3. નીપજોને યોગ્ય પરિરક્ષકોથી પરિરક્ષિત બનાવાયછે.
4. ઔષધોની બાબતમાં આવી બનાવટોને ચીવટપૂર્વકના ચિકિત્સકીય પરીક્ષણમાંથી પસાર કરવામાં આવે છે.
5. પ્રત્યેકનીપજોની ચુસ્તપણે ગુણવત્તા નિયંત્રણ ચકાસણી થાયતે પણ આવશ્યક હોય છે.
6. અનુપ્રવાહિત પ્રક્રિયા અને ગુણવત્તા નિયંત્રણ ચકાસણી પ્રત્યેકનીપજો માટે અલગ-અલગ હોય છે.

પ્રશ્ન 20.
સ્ટિીક્શન ઉસેચકો સમજાવો. (આકૃતિ જરૂરી નથી)
ઉત્તર:

• વર્ષ 1963માં બે ઉન્સેચકોને અલગ કરવામાં આવ્યા છે, જે -કોલાઈમાં બેક્ટરિયોફેઝની વૃદ્ધિને અવરોધવા માટે જવાબદાર છે. તેમાંનો એક DNAમાં મિથાઇલ સમૂહને ઉમેરે છે. જયારે બીજો DNAને કાપે છે.
• DNAને કાપતા ઉત્સચકોને રિસ્ટ્રીક્શન એન્ડોન્યુક્લિએઝ કહેવામાં આવ્યો.
• Hind-IIએ પ્રથમ રિસ્ટ્રીક્શન એન્ડોન્યુક્લિએઝ ઉત્સુચક છે.
• Hind-II હંમેશાં DNAના એક ચોક્કસ બિંદુ પર કાપ મૂકે છે જ્યાં છ બેઈઝ જોડના એક વિશેષ ક્રમ હોય છે. જે Hind-IIના ઓળખક્રમ તરીકે ઓળખાય છે.
• Hind-II સિવાય આજે 900 થી વધારે રિસ્ટ્રીશન ઉસેચકો વિશે જાણકારી છે જે બૅક્ટરિયાની 230થી વધુ જાતમાંથી અલગ કરવામાં આવી છે.
• નામકરણ: આ ઉત્સચકોનું નામકરણ તેઓ જે બૅક્ટરિયામાંથી મેળવાયા છે, તેને આધારે ત્રણ કે ચાર ટૂંકા અક્ષરો દ્વારા કરવામાં આવે છે.
• દા.ત., Eco RI એ ઈશ્વરેશિયા કોલાઈમાંથી મેળવવામાં આવે છે. “R’ જાતિના નામ પરથી જયારે રોમન અંક એ બૅક્ટરિયાની કઈ જાતિમાંથી કયો ઉત્સુચક અલગ કરવામાં આવ્યો છે, તેના નામના સૂચનને અનુસરે છે.

• રિસ્ટ્રક્શન ઉન્સેચકોનો સમાવેશ ન્યુક્લિએઝ કહેવાતા ઉત્સચકોના મોટા વર્ગમાં થાય છે.
  1. એક્સોન્યુક્લિએઝ ઉત્સુચક DNAના અંત છેડા પરથી ન્યુક્લિઓટાઇડને દૂર કરે છે.
  2. એન્ડોન્યુક્લિએઝ ઉત્સુચકતે DNAની અંદર ચોક્કસ સ્થાન પર કાપ મૂકે છે.
• પ્રત્યેક રિસ્ટ્રીક્શન એન્ડોન્યુક્લિએઝ DNAની શૃંખલાની લંબાઈનું નિરીક્ષણ કર્યા બાદ પોતાનો ઓળખક્રમ પ્રાપ્ત કરે છે અને તે DNAસાથે જોડાયછે.
• ત્યારબાદ તે બેવડા કુંતલની બંને શૃંખલાને શર્કરા-ફૉસ્ફટ આધારસ્તંભોમાં વિશિષ્ટ કેન્દ્રો પરથી કાપે છે.
• એન્ડોન્યુક્લિએઝ ઉન્સેચકો એ ટૂંકી પેલિન્ડોમિક શૃંખલાઓ (પરસ્પર વિરુદ્ધ દિશામાં સરખી શૃંખલાઓ)ને ઓળખી ચોક્કસ જગ્યાએથી તોડે છે.
• પેલિન્ડોમિક ક્રમ બેવડા કુંતલ ધરાવતા DNAમાં બેઈઝની જોડીનો ક્રમ છે. જે DNAની એક બાજુએથી બીજી બાજુ તરફ આગળ અને પાછળથી એકસરખાં વાંચી શકાય છે.
• ઉદાહરણ આપેલ ક્રમને 5′ → 3′ દિશામાં વાંચવાથી બંને શૃંખલામાં એકસરખા વાંચી શકાય. જો તેને 3′ – 5′ દિશામાં વાંચવામાં આવે તો પણ તે સાચું પડે છે.

• જ્યારે રિસ્ટ્રીક્શન એન્ડોન્યુક્લિએઝપેલિન્ડોમ પર કાર્ય કરે ત્યારે DNAઅણુની બંને શૃંખલાઓને તોડે છે.
• કેટલાક ઉન્સેચકો બે તંતુઓને સમમિતીય (સરખી) રીતે કાર્ય કરે છે અને બુટ્ટા છેડા બનાવે છે. જ્યારે બીજા ઉન્સેચકો, તંતુઓને વિષમ રીતે કાપી ચીપકુછેડા બનાવે છે.
• પાર પુનઃસંયોજિત DNAટેકનોલોજીમાં એવા જ ઉત્સચકોનો ઉપયોગ થાય છે. જે DNAને કાપી ચીપકુછેડા બનાવે છે.

• જ્યારે વાહક (પ્લાસ્મિડ) અને ઇચ્છિત DNA બંને એક જ ઉત્સુચક દ્વારા કપાય તેના પરિણામ સ્વરૂપે DNAના ટુકડાઓ એકસરખા પ્રકારના બંધબેસતા આવા ચીપકુછડાઓ ધરાવે છે.
• આવા કપાયેલા DNAના ટુકડાઓને DNA-લાઇમેઝ ઉત્સુચકના ઉપયોગ વડે જોડી શકાય છે.
• જ્યાં સુધી વાહક અને સ્રોત DNAને એક જ રિટ્રીક્શન ઉત્સુચક દ્વારા કાપવામાં ન આવે ત્યાં સુધી પુનઃસંયોજિત વાહક અણુનું નિર્માણ થઈ શકતું નથી.

વિશેષ જાણકારી (More Information):
પાર પુનઃ સંયોજિતUNAટેક્નોલૉજીમાં ઉપયોગમાં લેવાતા વિવિધ ઉત્સચકોઃ

(1) DNAલાઈગેઝ=DNAલાઇમેઝ એ ઈ-કોલાઈ અને બૅક્ટરિયોફેઝમાંથી અલગીકરણ કરેલ છે. જે DNAના ટુકડાઓને માટે ઉપયોગીછે.

(2) રિવર્સ ટ્રાન્સક્રિપ્ટેઝ=RT એ RNAટેમ્પલેટ પરપૂરક DNAનું સંશ્લેષણ કરે છે.

(3) ડિસ્ટ્રીક્શન એન્ડોન્યુક્લિએઝ = મોટેભાગે તેનું અલગીકરણ સૂક્ષ્મજીવોમાંથી કરવામાં આવે છે. તે DNAને ચોક્કસ સ્થાનેથી કાપે છે. જેના ત્રણ પ્રકાર છે:
(a) રિસ્ટ્રક્શન એન્ડોન્યુક્લિએઝT:

1. તેને DNAને કાપવા ATPની જરૂર પડે છે.
2. તે DNAને રિસ્ટ્રક્શન સાઇટથી તો 1000bp દૂર સુધી કાપી શકે છે.
3. દા.ત., ECOKI

(b) રિસ્ટ્રીક્શન એન્ડોન્યુક્લિએઝ :

1. DNAને કાપવા તેને ATPની જરૂર રહેતી નથી.
2. તે પોતાની જાતે જ DNAને કાપે છે.
3. દા.ત., EcoRI, Hind III

(c) રિસ્ટ્રીક્શન એન્ડોન્યુક્લિએઝ III:

1. તેને ATPની જરૂર છે.
2. તે DNAને રિસ્ટ્રક્શન સાઇટથી 25 bp દૂર સુધી કાપે છે.
3. દા.ત., ECOPI

(4) ટર્મીનલ ટ્રાન્સફરેઝન્ન = તે DNAના ટુકડામાં બુટ્ટા છેડાને ચીપકુછડામાં ફેરવે છે.

(5) DNA પોલીમરેઝ = તે DNA ટેમ્પલેટ પર પૂરક DNAના સંશ્લેષણમાં મદદ કરે છે. મોટેભાગે તે પ્રતિકૃતિ કે ક્લોનિંગની આ પ્રક્રિયામાં ઉપયોગી છે.

(6) રિબોન્યુક્લિએઝ-H (RNase H) =

1. તેનું અલગીકરણ રીટ્રોવાઈરસમાંથી કરવામાં આવ્યું હતું.
2. તે DNA-RNA માંથી પાણી m-RNAને દૂર કરે છે. તે

(7) આલ્કલાઇન ફૉસ્ફટ=તે વલયાકાર DNAના છેડા પરથી ફૉસ્ફટસમૂહને છૂટા પાડે છે અને ફરી તેને વલયકારિત થતા અટકાવે છે. તો

(8) પોલિવુક્તિઓટાઈડ કાઇનેઝ= તેનો ઉપયોગ ફૉસ્ફટસમૂહનો ઉમેરો કરવા માટે થાય છે.

તફાવત આપો. (2 ગુણ)

પ્રશ્ન 1.
રિસ્ટ્રીક્શન એન્ડોન્યુક્લિએઝ અને રિસ્ટ્રીક્શન એક્ઝોન્યુક્લિએઝ
ઉત્તર:

રિસ્ટ્રીક્શન એન્ડોન્યુક્લિએઝ	રિસ્ટ્રીક્શન એક્ઝોન્યુક્લિએઝ
(1) એન્ડોન્યુક્લિએઝ DNAની અંદરચોક્કસ જગ્યાએ કાપ મૂકેછે.	(1) એક્ઝોન્યુક્લિએઝDNAનાછેડા પરથી ન્યુક્લિઓટાઇને દૂર કરેછે.
(2) તે DNAમાં ચીપકુછેડા ઉત્પન્ન કરે છે.	(2) તે DNAનાબુટ્ટાછેડા ઉત્પન્ન કરે છે.
(3) તે ઓલીગો ન્યુક્લિઓટાઇડનું સર્જન કરે છે.	(3) તે ન્યુક્લિઓટાઈડ અથવા ન્યુક્લિઓસાઇડ સર્જે છે.
(4) ઉદા. Bam HI, Hind III, Eco RI	(4) ઉદા. DNA પોલીમરેઝ III, RecJ, RecE

પ્રશ્ન 2.
PCR અને પ્લામિડ
ઉત્તર:

PCR	પ્લામિડ
(1) તે બહુગુણન માટેની અજૈવિક પદ્ધતિ છે.	(1) તે એક જૈવિક વાહક અણુ છે.
(2) PCBએ DNAના ટુકડાઓની અબજો નકલ બનાવી શકે છે.	(2) જૈવિક અણુ હોવાથી DNAના ટુકડાઓની નકલો ઓછી સંખ્યામાં પ્રાપ્ત થાય છે.
(3) PCRમાં એકશૃંખલીયDNAમાંથી દ્વિશૃંખલીય DNA પ્રાપ્ત કરી શકાય છે.	(3) પ્લાસ્મિડમાં ઇચ્છિત DNAના ટુકડાને યોગ્ય ઉત્સચકોની મદદથી દાખલ કરી જોડવામાં આવે છે.
(4) PCRની પ્રક્રિયા વિવિધ તબક્કાઓમાં થાય છે.	(4) પ્લામિડમાં PCR જેવા કોઈ તબક્કા જોવા મળતા નથી.

વૈજ્ઞાનિક કારણો આપો. (2 ગુણ)

પ્રશ્ન 1.
પુનઃસંયોજિતDNAટેક્નોલોજીમાં એન્ડોન્યુક્લિએઝનો ઉપયોગ એક્સોન્યુક્લિએઝ કરતા વધુ યોગ્ય છે.
ઉત્તર:
પુનઃસંયોજિત DNA ટેકનોલૉજીમાં ઇચ્છિત DNAના ટુકડાને વાહક સાથે જોડીને કૉપી કે નકલો તૈયાર કરવામાં આવે છે. તેના માટે વાહક અને ઇચ્છિત DNAની કાપણી આવશ્યક છે. એન્ટોન્યુક્લિએઝ એ DNAની અંદર ચીપક છેડા ઉત્પન્ન થાય તેવી રીતે કાપણી કરે છે, જયારે એક્સોન્યુક્લિએઝ, DNAના છેડા દૂર કરી બુટ્ટા છેડા ઉત્પન્ન કરે છે. પરંતુ ઇચ્છિત DNAના ટુકડાને વાહક સાથે જોડવાચીપકુછેડા આવશ્યક છે. માટે એન્ડોન્યુક્લિએઝએ એક્સોન્યુક્લિએઝ ઉત્સુચક કરતા વધુ યોગ્ય છે.

પ્રશ્ન 2.
સંકરણકરતા જનીનઇજનેરી વિધાશ્રેષ્ઠ છે.
ઉત્તર:
સંકરણ કરતા જનીન ઇજનેરી વિદ્યા શ્રેષ્ઠ છે, કારણ કે પરંપરાગત સંકરણની પદ્ધતિ એ વનસ્પતિઓ તથા પ્રાણીઓના સંવર્ધનમાં ઉપયોગી છે પરંતુ આ પદ્ધતિમાં ઇચ્છિત જનીન સાથે અનિચ્છનીય જનીનો પણ આવી જાય છે. જ્યારે જનીન ઇજનેરી વિદ્યાની મદદથી આવી ક્ષતિઓ દૂર કરી શકાય છે અને ઇચ્છિત લક્ષણો ધરાવતા વનસ્પતિઓ અને પ્રાણીઓ તૈયાર કરી શકાય છે.

પ્રશ્ન 3.
પુનઃસંયોજિતDNAદ્વારાતૈયાર થયેલીનીપજોને અનુપ્રવાહિત પ્રક્રિયામાંથી પસાર થવું પડે છે.
ઉત્તર:
તૈયાર થયેલી નીપજોને માનવકલ્યાણ માટે ઉપયોગમાં લેતા પહેલા અનુપ્રવાહિત પ્રક્રિયામાંથી પસાર કરવું અગત્યનું છે. અનુપ્રવાહિત પ્રક્રિયામાં જે તે નપજોનું યોગ્ય પરીક્ષણ કરવામાં આવે છે. તૈયાર કરેલા પ્રોટીન અને ઔષધિઓને પારજનીનિક પ્રાણીઓમાં દાખલ કરી તેનું નિરીક્ષણ કરવામાં આવે છે જેથી જે તે પ્રોટીન કે ઔષધિઓની ઘાતક કે આડઅસરની માહિતી પ્રાપ્ત થાય તેમજ તેને સુધારી શકાય અને માનવકલ્યાણ માટે તેને ઉપયોગમાં લઈ શકાય.