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पुनः संयोजक प्रोटीन उत्पादन: एक सुरक्षित और अधिक कुशल तरीका

GS-3 : मुख्य परीक्षा :

विज्ञान और प्रौद्योगिकी

पुनः संयोजक प्रोटीन क्या हैं?

• आनुवंशिक रूप से संशोधित जीवों (बैक्टीरिया, खमीर या स्तनधारी कोशिकाओं) का उपयोग करके बनाए गए प्रोटीन।
• विभिन्न चिकित्सा अनुप्रयोगों जैसे टीके, इंसुलिन और मोनोक्लोनल एंटीबॉडीज में उपयोग किया जाता है।
• वांछित प्रोटीन के लिए कोडिंग जीन को एक मेजबान कोशिका में डालकर उत्पादित किया जाता है।

खमीर (पिकिया पाश्चरिस) को क्यों पसंद किया जाता है?

• पुनः संयोजक प्रोटीन उत्पादन के लिए सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला जीव।

पारंपरिक विधि (मेथनॉल-उत्प्रेरित):

• प्रोटीन उत्पादन को प्रेरित करने के लिए मेथनॉल द्वारा सक्रिय किए गए प्रमोटर का उपयोग करता है।
• चुनौतियाँ:
  • सुरक्षा खतरा: मेथनॉल अत्यधिक ज्वलनशील और जहरीला होता है।
  • ऑक्सीडेटिव तनाव: मेथनॉल उपापचय का उप-उत्पाद कोशिकाओं और प्रोटीनों को नुकसान पहुँचाता है।

नई विधि (MSG- प्रेरित):

• एक अलग प्रमोटर को सक्रिय करने के लिए मोनोसोडियम ग्लूटामेट (MSG), एक सुरक्षित खाद्य योजक का उपयोग करता है।
• लाभ:
  • सुरक्षित: MSG गैर-ज्वलनशील है और इसे संभालना आसान है।
  • अधिक कुशल: मेथनॉल से ऑक्सीडेटिव तनाव को समाप्त करता है।

नई विधि के अनुप्रयोग:

• जैव प्रौद्योगिकी उद्योगों में मूल्यवान प्रोटीन का बड़े पैमाने पर उत्पादन।
• उत्पाद: दूध और अंडे प्रोटीन, बच्चों के भोजन की खुराक, न्यूट्रास्यूटिकल्स और चिकित्सीय अणु।
• सुरक्षा और दक्षता के कारण व्यापक रूप से अपनाने के लिए स्केलेबल।
• जैव प्रौद्योगिकी में एक महत्वपूर्ण प्रगति, पुनः संयोजक प्रोटीन उत्पादन के लिए अधिक टिकाऊ और सुरक्षित दृष्टिकोण प्रदान करता है।

पुनः संयोजक प्रोटीन उत्पादन प्रक्रिया:

1. जीन क्लोनिंग:
   • प्रोटीन के लिए कोडिंग जीन को अलग करें।
   • जीन को मेजबान कोशिकाओं में स्थानांतरण के लिए एक वेक्टर (प्लास्मिड) में डालें।
   • वेक्टर को मेजबान कोशिकाओं (बैक्टीरिया, खमीर, कीट, या स्तनधारी) में डालें।
2. अभिव्यक्ति प्रणालियाँ:
   • प्रोकैरियोटिक (जैसे, ई. कोलाई): गैर-ग्लाइकोसिलेटेड प्रोटीन के लिए सरल, तेज और लागत प्रभावी।
   • यूकेरियोटिक:
     • खमीर (जैसे, सैकअरोमाइसेस सेरेविज़िया): कुछ अनुवाद के बाद के संशोधन कर सकते हैं।
     • कीट कोशिकाएँ (जैसे, बैकुलोविरस प्रणाली): जटिल प्रोटीन के लिए उच्च उपज और उचित तह।
     • स्तनधारी कोशिकाएँ (जैसे, CHO कोशिकाएँ): मानव जैसी संरचनाओं के साथ जटिल प्रोटीन के लिए सर्वश्रेष्ठ।

प्रोटीन शुद्धिकरण

प्रोटीन शुद्धिकरण वह प्रक्रिया है जिसका उपयोग कोशिकाओं से किसी विशिष्ट प्रोटीन को अलग करने के लिए किया जाता है। इसमें कई चरण शामिल होते हैं:

कोशिका विघटन ( कोशिका विघटन): मेजबान कोशिकाओं को तोड़कर प्रोटीन को छोड़ा जाता है।

क्रोमैटोग्राफी तकनीकों का उपयोग कर लक्ष्य प्रोटीन का शुद्धिकरण (लक्ष्य प्रोटीन का शुद्धिकरण):

• अभिaffinity chromatography : विशिष्ट लिगैंड का उपयोग कर लक्ष्य प्रोटीन को अन्य प्रोटीनों से अलग किया जाता है।
• आयन विनिमय क्रोमैटोग्राफी : प्रोटीन के आवेश ( आवेश) के आधार पर पृथक्करण किया जाता है।
• आकार बहिष्करण क्रोमैटोग्राफी : प्रोटीन के आकार के आधार पर पृथक्करण किया जाता है।

प्रोटीन अभिलक्षण : अलग किए गए प्रोटीन की जांच विभिन्न तकनीकों द्वारा की जाती है:

• एसडीएस-पेज (SDS-PAGE): प्रोटीन के आणविक भार का निर्धारण करता है।
• वेस्टर्न ब्लॉट (Western Blot): विशिष्ट एंटीबॉडी (Antibody) का उपयोग करके प्रोटीन की उपस्थिति की पुष्टि करता है।
• मास स्पेक्ट्रोमीटर (Maas Spektrometer): प्रोटीन के द्रव्यमान और संरचना के बारे में विस्तृत जानकारी प्रदान करता है।
• क्रियाशीलता जांच : प्रोटीन की कार्यात्मक सक्रियता का मूल्यांकन करता है।

पुनर्निर्मित प्रोटीन के अनुप्रयोग:

आनुवंशिक अभियांत्रिकी तकनीकों का उपयोग करके निर्मित प्रोटीनों के विभिन्न अनुप्रयोग हैं:

• उपचार : इंसुलिन, इरिथ्रोपोइटिन, मोनोक्लोनल एंटीबॉडी जैसे रोगों के उपचार में उपयोगी प्रोटीन।
• टीके : हेपेटाइटिस बी, एचपीवी जैसे रोगों से बचाव के लिए टीकों में उपयोग किए जाने वाले प्रोटीन।
• निदान : जांचों में उपयोग किए जाने वाले एंजाइम और प्रतिजन ।

पुनर्निर्मित प्रोटीन उत्पादन के लाभ :

• प्रोटीन की उच्च उपज
• अत्यधिक शुद्धिकृत प्रोटीन
• विभिन्न बैचों में निरंतर उत्पादन

चुनौतियां:

• सभी अनुवाद के बाद के संशोधन प्रोकैरियोटिक प्रणालियों में नहीं किए जा सकते।
• घुलनशीलता के मुद्दे: कुछ प्रोटीन अघुलनशील समुच्चयबनाते हैं।
• लागत: यूकेरियोटिक प्रणालियाँ महंगी हो सकती हैं।