अन्य जीवन विज्ञान. वैज्ञानिक अनुसंधान के सबसे आशाजनक क्षेत्र चिकित्सा और जैव प्रौद्योगिकी हैं
11 जुलाई 2008जीवन विज्ञान(जीवन विज्ञान) जीव विज्ञान, जैव प्रौद्योगिकी और चिकित्सा की विभिन्न शाखाओं को जोड़ती है। हाल के वर्षों में, यह विश्व विज्ञान और अर्थशास्त्र की प्राथमिकताओं में से एक रहा है। विकास के प्राथमिकता वाले क्षेत्र के रूप में जीवन विज्ञान के चुनाव को कई कारणों से समझाया गया है। ये विज्ञान मानवता की प्राथमिक आवश्यकताओं को प्रदान करने का आधार हैं।
सबसे पहले, यह स्वास्थ्य सेवा है। स्वास्थ्य की देखभाल के लिए, आपको यह समझने की आवश्यकता है कि एक स्वस्थ व्यक्ति के साथ क्या होता है और पैथोलॉजी में क्या होता है। जैसे-जैसे जीवन प्रत्याशा बढ़ती है, जीवन विज्ञान विशेष रूप से महत्वपूर्ण होता जा रहा है: समाज के वृद्ध सदस्यों को स्वस्थ और सक्रिय बुढ़ापा प्रदान करने की आवश्यकता जीव विज्ञान और चिकित्सा के लिए नई चुनौतियाँ खड़ी करती है। दूसरे, विश्व की बढ़ती आबादी और बढ़ती समृद्धि के लिए कृषि उत्पादकता बढ़ाने के नए तरीकों, पौधों की नई किस्मों के विकास की आवश्यकता है - न केवल अधिक उत्पादक, बल्कि बेहतर उपभोक्ता गुणों के साथ। तीसरा, प्रकृति पर मानवता द्वारा बढ़ते दबाव के कारण पारिस्थितिकी के गहन अध्ययन और इस भार को कम करने के उपायों को अपनाने की आवश्यकता है - उदाहरण के लिए, जैव ईंधन, बायोडिग्रेडेबल प्लास्टिक, उन्नत कृषि पद्धतियों, पर्यावरण प्रदूषण को कम करने और बायोरेमेडिएशन के उत्पादन के तरीकों के माध्यम से। - प्रदूषित या नष्ट हुए बायोकेनोज़ की बहाली।
जीवन विज्ञान को एकजुट करने वाली केंद्रीय कड़ी शब्द के व्यापक अर्थ में जैव प्रौद्योगिकी है।
जीवन प्रणालियों की प्राथमिकता
बीमारियों की व्यक्तिगत पहचान और विश्वसनीय निदान, मानव अंगों का विकास और विटामिन, वसा और प्रोटीन की उच्च सामग्री वाली फसलें तैयार करना, नए टीके और दवाएं - ये और कई अन्य प्रौद्योगिकियां "जीवित प्रणाली" कहे जाने वाले सबसे व्यापक स्थान से संबंधित हैं।
निवर्तमान आर्थिक प्रणाली के अनुरूप तकनीकी संरचना और वैज्ञानिक गतिविधि के रूपों को अद्यतन किए बिना एक उत्तर-औद्योगिक समाज में एक विकसित अर्थव्यवस्था बनाना असंभव है। इसलिए, हमारे राज्य के प्रमुख कार्यों में से एक विज्ञान और नवाचार के एक प्रभावी और प्रतिस्पर्धी क्षेत्र का गठन है। विज्ञान और प्रौद्योगिकी के विकास के क्षेत्र में राज्य का मुख्य साधन संघीय लक्ष्य कार्यक्रम "2007-2012 के लिए रूस के वैज्ञानिक और तकनीकी परिसर के विकास के लिए प्राथमिकता वाले क्षेत्रों में अनुसंधान और विकास" है। इस कार्यक्रम के ढांचे के भीतर, राज्य वित्त कार्य करता है जो चयनित वैज्ञानिक और वैज्ञानिक-तकनीकी राज्य प्राथमिकताओं से मेल खाता है, जिनमें से एक "लिविंग सिस्टम" है।
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प्राथमिकता वाले क्षेत्र "लिविंग सिस्टम्स" में काम संघीय लक्ष्य कार्यक्रम "2007-2012 के लिए रूस के वैज्ञानिक और तकनीकी परिसर के विकास के प्राथमिकता वाले क्षेत्रों में अनुसंधान और विकास" के ढांचे के भीतर भी किया जाता है। 2008 में इस दिशा के ढांचे के भीतर, विशेष रूप से, निम्नलिखित महत्वपूर्ण प्रौद्योगिकियां विकसित की गईं:
- मनुष्यों और जानवरों के जीवन समर्थन और सुरक्षा के लिए बायोमेडिकल और पशु चिकित्सा प्रौद्योगिकियां;
- बायोकैटलिटिक, बायोसिंथेटिक और बायोसेंसर प्रौद्योगिकियां;
- दवाएं बनाने के लिए जीनोमिक और पोस्ट-जीनोमिक प्रौद्योगिकियां;
- सेलुलर प्रौद्योगिकियां;
- बायोइंजीनियरिंग प्रौद्योगिकियां।
अवधारणा "जीवन विज्ञान""जैविक विज्ञान" की सामान्य अवधारणा को प्रतिस्थापित करने के लिए आया और जीवित चीजों के बारे में सभी विज्ञानों को एक सामान्य नाम दिया गया: प्राणीशास्त्र और आनुवंशिकी, वनस्पति विज्ञान और आणविक जीव विज्ञान, शरीर विज्ञान और जैव रसायन, पारिस्थितिकी और चिकित्सा। इन क्षेत्रों में काम करने वाला प्रत्येक व्यक्ति जीवित प्रणालियों, यानी जीवित जीवों से संबंधित है, चाहे वह व्यक्ति हो या फूल, वायरस हो या जीवाणु। हम कह सकते हैं कि जीवित प्रणालियाँ वह सब कुछ हैं जो प्रजनन करती हैं, सांस लेती हैं, भोजन करती हैं और चलती हैं।
हालाँकि, यह सिर्फ नाम बदलने का मामला नहीं है। "जीवित प्रणाली" शब्द अधिक सक्रिय, अधिक संरचित है। यह विज्ञान और ज्ञान के इस अंतःविषय क्षेत्र के लिए एक व्यवस्थित दृष्टिकोण को दर्शाता है, जिसमें जीवविज्ञानी, रसायनज्ञ, भौतिक विज्ञानी और गणितज्ञ काम करते हैं। इसके अलावा, "लिविंग सिस्टम्स" शब्द बहुत तकनीकी है। इसमें न केवल जीवित चीजों के संगठन के सिद्धांतों का ज्ञान और खोज शामिल है, बल्कि नई प्रौद्योगिकियों के रूप में इस ज्ञान का उपयोग भी शामिल है। यह दृष्टिकोण विभिन्न विशेषज्ञों को एक वैज्ञानिक विचार से उसके व्यावहारिक कार्यान्वयन और लोगों के हित में उपयोग की ओर संयुक्त रूप से आगे बढ़ने के लिए आमंत्रित करता है।
बीमारियों की व्यक्तिगत पहचान और विश्वसनीय निदान, मानव अंगों का विकास और विटामिन, वसा और प्रोटीन की उच्च सामग्री वाली फसलें तैयार करना, नए टीके और दवाएं - ये और कई अन्य प्रौद्योगिकियां "जीवित प्रणाली" कहे जाने वाले सबसे व्यापक स्थान से संबंधित हैं। इस क्षेत्र में किए गए अनुसंधान और विकास हमारे उद्योग को उच्च तकनीक प्रौद्योगिकियों से भर देंगे, स्वास्थ्य में सुधार करेंगे और रूसी नागरिकों की सुरक्षा बढ़ाएंगे। यही कारण है कि जीवित प्रणालियाँ विज्ञान और प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में मुख्य सरकारी प्राथमिकताओं में से एक हैं, जिन्हें संघीय लक्षित कार्यक्रमों के माध्यम से सक्रिय रूप से समर्थित किया जाता है।
यह संग्रह पाठक को तकनीकी प्लेटफार्मों और जैव प्रौद्योगिकी की अवधारणा के साथ-साथ प्राथमिकता दिशा "लिविंग सिस्टम" में काम करने वाली अग्रणी रूसी वैज्ञानिक टीमों के कुछ विकासों से परिचित कराएगा।
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क्षेत्र द्वारा 2008 में संघीय लक्ष्य कार्यक्रम के ढांचे के भीतर "लिविंग सिस्टम" की दिशा में धन का वितरण (मिलियन रूबल):
एफईएफडी - 9 अनुबंध, बजट 116.5
वोल्गा संघीय जिला - 17 अनुबंध, बजट 140.1
उत्तर पश्चिमी संघीय जिला - 32 अनुबंध, बजट 156.0
साइबेरियाई संघीय जिला - 34 अनुबंध, बजट 237.4
यूराल संघीय जिला - 1 अनुबंध, बजट 50
सेंट्रल फ़ेडरल डिस्ट्रिक्ट - 202 अनुबंध, बजट 2507.8
दक्षिणी संघीय जिला - 4 अनुबंध, बजट 34.85
प्रौद्योगिकी के रूप में ज्ञान
जीवित प्रणालियों के क्षेत्र में मौलिक और व्यावहारिक विकास के बारे में बातचीत में, "प्रौद्योगिकी" की अवधारणा तेजी से सामने आ रही है। आधुनिक, उत्तर-औद्योगिक अर्थव्यवस्था में, प्रौद्योगिकी को तकनीकी साधनों (उदाहरण के लिए, संगठनात्मक प्रौद्योगिकियां, उपभोक्ता प्रौद्योगिकियां, सामाजिक प्रौद्योगिकियां, राजनीतिक प्रौद्योगिकियां) का उपयोग करके उद्देश्यपूर्ण गतिविधियों के लिए प्रलेखित ज्ञान के एक सेट के रूप में समझा जाता है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि एक बाजार अर्थव्यवस्था में, प्रौद्योगिकी, एक प्रकार के ज्ञान के रूप में, एक वस्तु है। इस अवधारणा द्वारा दर्शाया गया ज्ञान का भंडार न केवल हम क्या करते हैं, बल्कि यह भी सवाल उठाते हैं कि हम यह कैसे करते हैं, और सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि हम ऐसा क्यों करते हैं।
राष्ट्रीय स्तर पर वैज्ञानिक और तकनीकी परिसर के विकास के लिए रणनीतियों का निर्धारण करते समय, "तकनीकी मंच" की अवधारणा का उपयोग किया जाता है। इस शब्द की अभी तक कोई स्पष्ट परिभाषा नहीं है। फिर भी, यह पहले से ही स्पष्ट है कि इस अवधारणा में ज्ञान, विधियों, सामग्री और तकनीकी आधार और योग्य कर्मियों का एक समूह शामिल है, जो वैज्ञानिक और तकनीकी कार्यों के लिए बाहरी आदेशों के आधार पर भिन्न होता है। प्राथमिकता दिशा "लिविंग सिस्टम्स" को कई प्रौद्योगिकी प्लेटफार्मों के संयोजन के रूप में माना जा सकता है।
राज खुल गया
जीवित प्रणालियों से हम ऐसी प्रौद्योगिकियाँ प्राप्त करते हैं जो प्रकृति के लिए जीवन का आदर्श हैं। वह किसी भी जीवित जीव के जन्म, विकास और मृत्यु के दौरान उनका उपयोग करती है। इसके अलावा, जीवित प्रणाली के पदानुक्रम के प्रत्येक स्तर पर - आनुवंशिक, सेलुलर, जीव - तकनीकी समाधानों का एक अलग सेट होता है।
कोई भी जीवित प्रणाली जीवन के मुख्य अणु डीएनए से शुरू होती है, जो वंशानुगत जानकारी को पीढ़ी-दर-पीढ़ी संग्रहीत और प्रसारित करता है। डीएनए को मोटे तौर पर सिमेंटिक सेक्शन - जीन में विभाजित किया जा सकता है। वे कुछ प्रोटीनों को संश्लेषित करने के लिए आदेश भेजते हैं जो जीव की विशेषताओं का निर्माण करते हैं और उसके जीवन को सुनिश्चित करते हैं। वैज्ञानिकों का अनुमान है कि मनुष्यों में जीन की संख्या 20-25 हजार है। यदि जीन में दोष उत्पन्न हो जाता है, जिसे उत्परिवर्तन कहा जाता है, तो व्यक्ति को गंभीर बीमारियाँ हो जाती हैं। जीनोम में "दर्ज" पाठ की मात्रा 30 वर्षों के दैनिक समाचार पत्र इज़वेस्टिया की फ़ाइल के समान है।
डीएनए कोशिका में रहता है और काम करता है। एक जीवित कोशिका स्वयं पूर्णता है। वह जानती है कि बेकार पदार्थों को उपयोगी पदार्थों में कैसे बदला जाए, शरीर के लिए आंतरिक दवाओं, निर्माण सामग्री और बहुत कुछ का संश्लेषण कैसे किया जाए। हर मिनट, एक जीवित कोशिका में सबसे सामान्य परिस्थितियों में - जलीय वातावरण में, बिना उच्च दबाव और तापमान के लाखों रासायनिक प्रतिक्रियाएं होती हैं।
केवल एककोशिकीय जीवों - बैक्टीरिया में ही एक कोशिका अपने आप में जीवित रहती है, लेकिन अधिकांश जीवित प्रणालियाँ बहुकोशिकीय होती हैं। वयस्क मानव शरीर में औसतन 10 14 कोशिकाएँ होती हैं। वे जन्म लेते हैं, रूपांतरित होते हैं, अपना कार्य करते हैं और मर जाते हैं। लेकिन साथ ही वे रक्षा (प्रतिरक्षा प्रणाली), अनुकूलन (नियामक प्रणाली) और अन्य की सामूहिक प्रणालियों का निर्माण करते हुए, सद्भाव और सहयोग में रहते हैं।
कदम दर कदम हम जीवित प्रणालियों के रहस्यों को उजागर करते हैं और इस ज्ञान के आधार पर सृजन करते हैं जैव प्रौद्योगिकी.
जैव प्रौद्योगिकी
जैव प्रौद्योगिकी को ऐसी प्रक्रियाओं के रूप में परिभाषित किया जा सकता है जिसमें जीवित प्रणालियों या उनके घटकों का उपयोग पदार्थों या अन्य जीवित प्रणालियों का उत्पादन करने के लिए किया जाता है। जीवित प्राणी मूल "कारखाने" हैं जो कच्चे माल (पोषक तत्वों) को उनके जीवन का समर्थन करने के लिए आवश्यक विभिन्न प्रकार के उत्पादों में संसाधित करते हैं। और इसके अलावा, ये कारखाने पुनरुत्पादन करने में सक्षम हैं, यानी, अन्य समान "कारखानों" का निर्माण कर रहे हैं।
आज हम पहले से ही इस बारे में बहुत कुछ जानते हैं कि जीवित कारखानों के "श्रमिक" कैसे संरचित और कार्य करते हैं - जीनोम, सेलुलर संरचनाएं, प्रोटीन, स्वयं कोशिकाएं और संपूर्ण शरीर।
इस ज्ञान के लिए धन्यवाद, हालांकि अभी भी अधूरा है, शोधकर्ताओं ने जीवित प्रणालियों के व्यक्तिगत तत्वों - जीन (जीनोमिक टेक्नोलॉजीज), कोशिकाओं (सेलुलर टेक्नोलॉजीज) में हेरफेर करना सीख लिया है - और हमारे लिए उपयोगी गुणों (जेनेटिक इंजीनियरिंग) के साथ आनुवंशिक रूप से संशोधित जीवित जीवों का निर्माण करना सीख लिया है। हम जानते हैं कि अपनी ज़रूरत के उत्पाद (औद्योगिक जैव प्रौद्योगिकी) के उत्पादन के लिए प्राकृतिक "कारखानों" को कैसे अनुकूलित किया जाए। और इसके अलावा, इन कारखानों को आनुवंशिक रूप से संशोधित करें ताकि वे हमारी आवश्यकता का संश्लेषण करें।
इस प्रकार हम जैव प्रौद्योगिकी बनाते हैं, जिस पर आगे चर्चा की जाएगी। लेकिन इससे पहले कि हम आपको प्रौद्योगिकियों के उदाहरणों से परिचित कराएं जो पहले से ही मनुष्य की सेवा में लगाए गए हैं, कुछ शब्दों को एक शानदार समाधान के बारे में कहा जाना चाहिए जो आज वैज्ञानिकों को जीवन के रहस्यों को समझने और जीवित प्रणालियों के तंत्र को समझने में मदद करता है। आख़िरकार, कोशिका में होने वाली प्रक्रियाएँ अदृश्य होती हैं, और वैज्ञानिक अनुसंधान के लिए ऐसी तकनीकों की आवश्यकता होती है जिनकी मदद से उन्हें देखा और समझा जा सके। वैसे तो यह समाधान अपने आप में जैव प्रौद्योगिकी है।
चमकती गिलहरियाँ
यह पता लगाने के लिए कि जीन कैसे काम करते हैं, आपको उनके काम का परिणाम देखना होगा, यानी, प्रोटीन जो उनके आदेश पर संश्लेषित होते हैं। हम जिन्हें हम खोज रहे हैं, उन्हें ठीक-ठीक कैसे पहचान सकते हैं? वैज्ञानिकों ने एक ऐसी विधि ढूंढ ली है जो प्रोटीन को पराबैंगनी प्रकाश में चमकती हुई दिखाई देती है।
ऐसे चमकदार प्रोटीन प्रकृति में पाए जाते हैं, उदाहरण के लिए, समुद्री क्रस्टेशियंस और जेलिफ़िश में। द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान, जापानियों ने स्थानीय प्रकाश स्रोत के रूप में "समुद्री जुगनू" के पाउडर का उपयोग किया, जो एक द्विवार्षिक खोल वाला क्रस्टेशियन था। जब इसे पानी में भिगोया गया तो यह चमकने लगा। यह इस समुद्री जुगनू और जेलिफ़िश से था कि ओ शिमोमुरा (जापान) ने पहली बार 20 वीं सदी के 50 के दशक के अंत में चमकदार प्रोटीन को अलग किया था। यह अब प्रसिद्ध जीएफपी - हरे फ्लोरोसेंट प्रोटीन के इतिहास की शुरुआत थी। और 2008 में, ओ. शिमोमुरा, एम. चेल्फी और आर. त्सिएन (यूएसए) को फ्लोरोसेंट प्रोटीन के लिए रसायन विज्ञान में नोबेल पुरस्कार मिला। इन प्रोटीनों की मदद से, सेलुलर संरचनाओं से लेकर पूरे जानवर तक, विभिन्न प्रकार की जीवित वस्तुओं को चमकीला बनाया जा सकता है। एक फ्लोरोसेंट टॉर्च, जिसे आनुवंशिक हेरफेर का उपयोग करके वांछित प्रोटीन से जोड़ा जा सकता है, ने यह देखना संभव बना दिया कि यह प्रोटीन कहां और कब संश्लेषित होता है और इसे कोशिका के किन हिस्सों में भेजा जाता है। यह जीव विज्ञान और चिकित्सा में एक क्रांति थी।
लेकिन लाल फ्लोरोसेंट प्रोटीन की खोज सबसे पहले दो रूसी शोधकर्ताओं - मिखाइल मैट्स और सर्गेई लुक्यानोव द्वारा मूंगों और अन्य समुद्री जीवों में की गई थी। अब हमारे पास इंद्रधनुष के सभी रंगों में फ्लोरोसेंट प्रोटीन हैं, और उनके अनुप्रयोग बहुत व्यापक हैं: ऑन्कोलॉजी सहित जीव विज्ञान और चिकित्सा के अत्याधुनिक क्षेत्र से लेकर, जहरीले और विस्फोटक पदार्थों का पता लगाने से लेकर चमकती एक्वैरियम मछली तक।
रूसी विज्ञान अकादमी के संवाददाता सदस्य एस लुक्यानोव (रूसी विज्ञान अकादमी के बायोऑर्गेनिक रसायन विज्ञान संस्थान) के नेतृत्व में, रूसी जैव प्रौद्योगिकी कंपनी एवरोजेन बनाई गई, जो दुनिया भर के वैज्ञानिकों को बहु-रंगीन फ्लोरोसेंट टैग की आपूर्ति करती है। आज, एवरोजेन जैविक अनुसंधान के लिए फ्लोरोसेंट प्रोटीन के वैश्विक बाजार में अग्रणी में से एक है।
आनुवंशिक पहचान
हम सभी बहुत अलग हैं. उपस्थिति, चरित्र, क्षमताएं, दवाओं के प्रति संवेदनशीलता, इस या उस भोजन के प्रति घृणा - यह सब आनुवंशिक रूप से निर्धारित होता है। हममें से प्रत्येक जीनोम की विशिष्टता इसे पहचान की पहचान के लिए एक विश्वसनीय उपकरण बनाती है। मूलतः, हमारे जीन एक ही उंगलियों के निशान हैं, केवल एक अलग प्रकृति के। डीएनए पहचान पद्धति को पिछली शताब्दी के 80 के दशक में ब्रिटिश शोधकर्ता एलिक जेफ़रीज़ द्वारा फोरेंसिक अभ्यास में पेश किया गया था। आज यह पूरी दुनिया में पहले से ही एक सामान्य और परिचित प्रक्रिया है।
इसका प्रयोग रूस में भी किया जाता है। हालाँकि, हम विदेश में विश्लेषण के लिए अभिकर्मकों को खरीदते हैं। रूसी विज्ञान अकादमी के जनरल जेनेटिक्स संस्थान में, रूसी विज्ञान अकादमी के संवाददाता सदस्य निकोलाई यान्कोवस्की के नेतृत्व में, मानव डीएनए पहचान के लिए अभिकर्मकों का एक सेट बनाया जा रहा है। इस तरह के घरेलू उपकरण का उद्भव बहुत सामयिक है, क्योंकि 1 जनवरी, 2009 को, 19 नवंबर, 2008 को रूसी संघ के राज्य ड्यूमा द्वारा अपनाया गया कानून "जीनोमिक पंजीकरण पर" लागू होगा। हमारे वैज्ञानिकों का विकास न केवल हमें आयात से इनकार करने की अनुमति देगा, बल्कि अपराध विशेषज्ञों को एक अधिक उन्नत उपकरण भी देगा, जो पश्चिमी समकक्षों के विपरीत, भारी क्षतिग्रस्त डीएनए के साथ काम करता है। और फोरेंसिक चिकित्सा में यह एक सामान्य मामला है।
इस टूल की मदद से एक और महत्वपूर्ण सामाजिक कार्य हल हो जाएगा - कानून तोड़ने वालों के आनुवंशिक डेटा का एक बैंक बनाना, जिससे अपराधों का पता लगाने में वृद्धि होगी और जांच का समय कम होगा। यूके में, आपराधिक दुनिया से किसी न किसी तरह से जुड़े लोगों के आनुवंशिक डेटाबेस में पहले से ही कई मिलियन लोग हैं।
डीएनए पहचान विधि युद्धों, आपदाओं और अन्य परिस्थितियों में मारे गए लोगों की पहचान करने के लिए विशेष रूप से अच्छी है। आज इसका प्रयोग रूस में भी किया जाता है। सबसे प्रसिद्ध मामला अंतिम शाही परिवार के अवशेषों की पहचान का है। इस महान कार्य का अंतिम चरण - सम्राट के बेटे और बेटी के अवशेषों की पहचान - रूसी विज्ञान अकादमी के जनरल जेनेटिक्स संस्थान के जीनोमिक्स विभाग के प्रमुख प्रोफेसर एवगेनी रोगेव द्वारा किया गया था।
अंत में, डीएनए पहचान पद्धति के अनुप्रयोग का एक अन्य क्षेत्र पितृत्व स्थापित करना है। शोध से पता चलता है कि कई प्रतिशत कानूनी पिता जैविक नहीं होते हैं। लंबे समय तक, बच्चे और माता-पिता के रक्त का विश्लेषण करके पितृत्व स्थापित किया गया था - रक्त प्रकार और आरएच कारक निर्धारित किया गया था और डेटा की तुलना की गई थी। हालाँकि, यह विधि स्वाभाविक रूप से अविश्वसनीय थी, जैसा कि शोधकर्ता अब समझते हैं, और इससे कई त्रुटियाँ उत्पन्न हुईं जिनके परिणामस्वरूप व्यक्तिगत त्रासदियाँ हुईं। डीएनए पहचान के उपयोग से विश्लेषण की सटीकता लगभग 100% तक बढ़ गई है। पितृत्व स्थापित करने की यह तकनीक आज रूस में उपलब्ध है।
आनुवंशिक निदान
एक व्यक्ति के जीनोम का संपूर्ण विश्लेषण करने में वर्तमान में भारी धनराशि खर्च होती है - दो मिलियन डॉलर। सच है, दस वर्षों में, जैसे-जैसे प्रौद्योगिकी में सुधार होगा, कीमत एक हजार डॉलर तक गिरने का अनुमान है। लेकिन सभी जीनों का वर्णन करना संभव नहीं है। अक्सर यह केवल जीन के कुछ समूहों के काम का मूल्यांकन करने के लिए पर्याप्त होता है जो विभिन्न बीमारियों की घटना के लिए महत्वपूर्ण होते हैं।
आनुवंशिक निदान के लिए विशेष उपकरणों की आवश्यकता होती है, लघु, तेज और सटीक। इन उपकरणों को बायोचिप्स कहा जाता है। डीएनए की संरचना निर्धारित करने के लिए बायोचिप्स के लिए दुनिया का पहला पेटेंट रूस का है - आणविक जीवविज्ञान संस्थान के शिक्षाविद आंद्रेई मिर्जाबेकोव की टीम के नाम पर। वी.ए. एंगेलहार्ड्ट आरएएस। फिर, पिछली सदी के 80 के दशक के अंत में, मिर्ज़ाबेकोव की टीम ने माइक्रोमैट्रिक्स तकनीक विकसित की। इन्हें बाद में बायोचिप्स कहा जाने लगा।
जैविक माइक्रोचिप्स कांच या प्लास्टिक की एक छोटी प्लेट होती है, जिसकी सतह पर कई कोशिकाएँ होती हैं। इनमें से प्रत्येक कुएं में जीनोम के एक या दूसरे भाग के लिए एक मार्कर होता है जिसे नमूने में पता लगाने की आवश्यकता होती है। यदि किसी मरीज के रक्त का नमूना बायोचिप पर डाला जाता है, तो हम यह पता लगा सकते हैं कि क्या इसमें वह है जो हम ढूंढ रहे हैं - फ्लोरोसेंट लेबल के कारण संबंधित कुआं चमक जाएगा।
खर्च किए गए बायोचिप की जांच करके, शोधकर्ता कुछ बीमारियों की प्रवृत्ति का निदान कर सकते हैं, साथ ही रोगी के रक्त में खतरनाक वायरस का पता लगा सकते हैं, उदाहरण के लिए, तपेदिक या हेपेटाइटिस सी। आखिरकार, एक वायरस विदेशी डीएनए के एक टुकड़े से ज्यादा कुछ नहीं है एक प्रोटीन खोल में. नई तकनीक की बदौलत, जैविक सामग्रियों के जटिल प्रयोगशाला विश्लेषण की अवधि कई हफ्तों से कम होकर एक दिन हो गई है।
आज, यूरोप और संयुक्त राज्य अमेरिका में दर्जनों कंपनियों द्वारा जैविक माइक्रोबायोचिप विकसित किए जा रहे हैं। हालाँकि, रूसी बायोचिप्स सफलतापूर्वक प्रतिस्पर्धा का सामना करते हैं। बायोचिप-आईएमबी परीक्षण प्रणाली का उपयोग करके एक विश्लेषण की लागत केवल 500 रूबल है, जबकि एक विदेशी एनालॉग का उपयोग करने की लागत $ 200-500 है।
और रूसी विज्ञान अकादमी के आणविक जीवविज्ञान संस्थान ने बायोचिप्स को प्रमाणित करना शुरू कर दिया है जो एक मरीज में हेपेटाइटिस सी वायरस के प्रकारों का पता लगाता है। नई प्रौद्योगिकी की बाजार क्षमता बहुत अधिक है। आख़िरकार, पारंपरिक परीक्षणों की मदद से हर तीसरे मामले में यह पता लगाना संभव नहीं है कि पाया गया वायरस किस किस्म का है। अब इस समस्या का समाधान हो गया है.
डीएनए डायग्नोस्टिक्स का उपयोग करके, आप न केवल बीमारियों और उनकी प्रवृत्ति की पहचान कर सकते हैं, बल्कि अपने दैनिक आहार को भी समायोजित कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, पूरा दूध शामिल करना है या नहीं। तथ्य यह है कि कई लोगों के लिए, संपूर्ण दूध मतली, दस्त और सामान्य अस्वस्थता का कारण बनता है। यह दूध की शर्करा - लैक्टोज को तोड़ने वाले एंजाइम की कमी के कारण होता है। इससे शरीर में परेशानियां जन्म लेने लगती हैं। और एंजाइम की उपस्थिति आनुवंशिक रूप से निर्धारित होती है। आनुवंशिक अध्ययनों के अनुसार, हमारे देश में एक तिहाई से आधे वयस्क (क्षेत्र के आधार पर) पूरा दूध पचाने में सक्षम नहीं हैं। हालाँकि, स्कूली आहार में अभी भी प्रत्येक बच्चे के लिए प्रतिदिन एक गिलास दूध की आवश्यकता होती है। रूसी एकेडमी ऑफ साइंसेज के इंस्टीट्यूट ऑफ जनरल जेनेटिक्स में विकसित डीएनए डायग्नोस्टिक परीक्षण का उपयोग करके, यह निर्धारित करना आसान है कि किसे संपूर्ण दूध की सिफारिश की जा सकती है और किसे नहीं। यह "स्वस्थ लोगों के स्वास्थ्य का संरक्षण" परियोजना का लक्ष्य है, जिसे रूसी विज्ञान अकादमी ने ताम्बोव क्षेत्र के प्रशासन के साथ मिलकर कार्यान्वित किया है।
पित्रैक उपचार
आनुवंशिक निदान भविष्य की दवा की नींव तैयार करता है। लेकिन दवा सिर्फ निदान ही नहीं, इलाज भी है. क्या हम किसी जीवित जीव में दोषपूर्ण जीन को ठीक कर सकते हैं या उन गंभीर मामलों में उन्हें पूर्ण जीन से बदल सकते हैं जब पारंपरिक उपचार शक्तिहीन हो? यह बिल्कुल वही कार्य है जो जीन थेरेपी स्वयं निर्धारित करती है।
जीन थेरेपी का सार शब्दों में सरल है: या तो उन ऊतकों और अंगों की कोशिकाओं में टूटे हुए जीन की "मरम्मत" करना आवश्यक है जहां यह काम नहीं करता है, या रोगी के शरीर में एक पूर्ण जीन पहुंचाना है, जिसे हम इन विट्रो में संश्लेषण कर सकते हैं। आज, कोशिकाओं में नए जीन डालने के लिए कई तरीके विकसित किए गए हैं। इसमें निष्क्रिय वायरस का उपयोग करके जीन वितरण, कोशिका नाभिक में आनुवंशिक सामग्री का माइक्रोइंजेक्शन, छोटे सोने के कणों के साथ एक विशेष बंदूक से कोशिकाओं को फायर करना शामिल है जो उनकी सतह पर स्वस्थ जीन ले जाते हैं, आदि। अब तक, इस क्षेत्र में बहुत कम सफलता मिली है। व्यावहारिक जीन थेरेपी. हालाँकि, रूसी प्रयोगशालाओं सहित, उज्ज्वल और मजाकिया खोजें की गई हैं।
कैंसर के इलाज के लिए इन विचारों में से एक को "ट्रोजन हॉर्स" कहा जा सकता है। हर्पस वायरस के जीनों में से एक को कैंसर कोशिकाओं में पेश किया जाता है। एक निश्चित समय तक, यह "ट्रोजन हॉर्स" स्वयं को प्रकट नहीं करता है। लेकिन जैसे ही हर्पीस के इलाज के लिए व्यापक रूप से इस्तेमाल की जाने वाली दवा (गैन्सीक्लोविर) को रोगी के शरीर में डाला जाता है, जीन काम करना शुरू कर देता है। परिणामस्वरूप, कोशिकाओं में एक अत्यंत विषैला पदार्थ बनता है, जो ट्यूमर को अंदर से नष्ट कर देता है। कैंसर जीन थेरेपी का एक अन्य विकल्प कैंसर कोशिकाओं में जीन की डिलीवरी है जो तथाकथित "आत्महत्या" प्रोटीन के संश्लेषण को ट्रिगर करेगा, जिससे कैंसर कोशिकाओं की "आत्महत्या" होगी।
कैंसर कोशिकाओं में जीन वितरण की तकनीक इंस्टीट्यूट ऑफ बायोऑर्गेनिक केमिस्ट्री के वैज्ञानिकों की एक बड़ी टीम द्वारा विकसित की जा रही है। एम.एम. शेम्याकिन और यू.ए. ओविचिनिकोव आरएएस, रूसी ऑन्कोलॉजी रिसर्च सेंटर रैमएस, इंस्टीट्यूट ऑफ मॉलिक्यूलर जेनेटिक्स आरएएस, इंस्टीट्यूट ऑफ जीन बायोलॉजी आरएएस। इस कार्य का नेतृत्व शिक्षाविद् एवगेनी स्वेर्दलोव ने किया है। परियोजना का मुख्य फोकस फेफड़ों के कैंसर (मृत्यु दर में पहला स्थान) और एसोफैगल कैंसर (सातवां स्थान) के खिलाफ दवाएं बनाने पर है। हालाँकि, बनाए जा रहे तरीके और डिज़ाइन किसी भी प्रकार के कैंसर के खिलाफ लड़ाई में उपयोगी होंगे, जिनमें से सौ से अधिक हैं। आवश्यक नैदानिक परीक्षणों के बाद, सफल होने पर, दवाएं 2012 में अभ्यास में आ जाएंगी।
कैंसर का निदान
रूस और दुनिया भर में बड़ी संख्या में वैज्ञानिक टीमें कैंसर की समस्या पर काम कर रही हैं। यह समझ में आने योग्य है: हर साल कैंसर हृदय रोगों की तुलना में थोड़ी कम घातक फसल काटता है। वैज्ञानिकों का कार्य ऐसी प्रौद्योगिकियां बनाना है जो शुरुआती चरणों में कैंसर का पता लगाना और शरीर पर दुष्प्रभाव के बिना कैंसर कोशिकाओं को लक्षित तरीके से नष्ट करना संभव बनाती हैं। प्रारंभिक और त्वरित निदान, जब विश्लेषण में केवल कुछ घंटे लगते हैं, पारंपरिक कैंसर चिकित्सा के लिए बेहद महत्वपूर्ण है। डॉक्टर जानते हैं कि बीमारी को शुरुआत में ही नष्ट करना आसान है। इसलिए, दुनिया भर के क्लीनिकों को ऐसी नैदानिक तकनीकों की आवश्यकता है जो इन आवश्यकताओं को पूरा करती हों। और यहीं पर जैव प्रौद्योगिकी शोधकर्ताओं की सहायता के लिए आती है।
कैंसर के शीघ्र और त्वरित निदान के लिए एक नया दृष्टिकोण दुनिया में पहली बार रूसी विज्ञान अकादमी के प्रोटीन संस्थान के अलेक्जेंडर चेतवेरिन द्वारा प्रस्तावित किया गया था। विधि का सार रक्त में उन एमआरएनए अणुओं की पहचान करना है जो जीनोम के संबंधित भागों से जानकारी निकालते हैं और कैंसर प्रोटीन के संश्लेषण के लिए आदेश देते हैं। यदि ऐसे अणु किसी मरीज के रक्त के नमूने में मौजूद हैं, तो कैंसर का निदान किया जा सकता है। हालाँकि, समस्या यह है कि रक्त के नमूने में इनमें से बहुत कम अणु होते हैं, जबकि कई अन्य होते हैं। उन एकल नमूनों को कैसे खोजें और पहचानें जिनकी हमें आवश्यकता है? इस समस्या का समाधान ए. चेतवेरिन के नेतृत्व में वैज्ञानिकों की एक टीम ने किया।
शोधकर्ताओं ने तथाकथित पोलीमरेज़ चेन रिएक्शन (पीसीआर) का उपयोग करके मांगे गए लेकिन अदृश्य कैंसर सेल मार्कर अणुओं को गुणा करना सीख लिया है।
परिणामस्वरूप, संपूर्ण आणविक उपनिवेश एक अदृश्य अणु से विकसित होते हैं, जिन्हें पहले से ही माइक्रोस्कोप के नीचे देखा जा सकता है। यदि किसी मरीज के रक्त के नमूने (मान लीजिए, एक मिलीलीटर) में कम से कम एक कैंसर कोशिका और एक मार्कर अणु है, तो प्रारंभिक बीमारी का पता लगाया जा सकता है।
विश्लेषण कुछ ही घंटों में किया जा सकता है, और इसकी लागत कई हजार रूबल है। लेकिन यदि आप इसे सामूहिक रूप से उपयोग करते हैं, उदाहरण के लिए, वार्षिक निवारक चिकित्सा परीक्षा के दौरान, तो कीमत 300-500 रूबल तक गिर सकती है।
कैंसर का उपचार
कैंसर के उपचार के क्षेत्र में, कई नए दृष्टिकोण भी हैं जो जैव प्रौद्योगिकी पर निर्भर हैं। उनमें से एक कैंसर रोधी एजेंटों के रूप में विशिष्ट एंटीबॉडी का उपयोग है।
एंटीबॉडीज़ प्रोटीन अणु हैं जो प्रतिरक्षा प्रणाली की कोशिकाओं द्वारा निर्मित होते हैं। वास्तव में, यह एक रासायनिक हथियार है जिसका उपयोग हमारा शरीर सभी प्रकार के वायरस के साथ-साथ हमारे अपने शरीर की विकृत कोशिकाओं - कैंसर कोशिकाओं के खिलाफ लड़ाई में करता है। यदि प्रतिरक्षा प्रणाली स्वयं कैंसर से नहीं निपट सकती, तो उसकी मदद की जा सकती है।
रूसी एकेडमी ऑफ साइंसेज के संवाददाता सदस्य सर्गेई डेव के नेतृत्व में आणविक इम्यूनोलॉजी प्रयोगशाला (रूसी एकेडमी ऑफ साइंसेज के बायोऑर्गेनिक रसायन विज्ञान संस्थान) के वैज्ञानिक, एंटीबॉडी की एक नई पीढ़ी का निर्माण कर रहे हैं जो लक्ष्य को पहचानते हैं और इसे नष्ट कर देते हैं। यह दृष्टिकोण तथाकथित "जादुई गोली" के सिद्धांत पर आधारित है, जो हमेशा और सटीक रूप से अपने शिकार को ढूंढता है। एंटीबॉडीज़ इस भूमिका के लिए बिल्कुल उपयुक्त हैं। उनके अणु का एक हिस्सा "एंटीना" के रूप में कार्य करता है जो लक्ष्य - कैंसर कोशिका की सतह पर इंगित करता है। और विभिन्न हानिकारक एजेंट - विषाक्त पदार्थ, कार्बनिक अणु, रेडियोधर्मी आइसोटोप - एंटीबॉडी की पूंछ से जुड़े हो सकते हैं। उनके अलग-अलग प्रभाव होते हैं, लेकिन वे सभी अंततः ट्यूमर को मार देते हैं।
कैंसर कोशिकाएं भी लगभग प्राकृतिक रूप से नष्ट हो सकती हैं। यह क्रमादेशित कोशिका मृत्यु के तंत्र को ट्रिगर करने के लिए पर्याप्त है, जो प्रकृति द्वारा प्रदत्त एक प्रकार की आत्महत्या है। वैज्ञानिक इसे कहते हैं apoptosis. आत्महत्या तंत्र इंट्रासेल्युलर एंजाइमों द्वारा शुरू किया जाता है जो कोशिका के अंदर प्रोटीन और डीएनए को ही नष्ट कर देते हैं। दुर्भाग्य से, कैंसर कोशिकाएं आश्चर्यजनक रूप से लचीली होती हैं क्योंकि वे अपने आत्मघाती "मनोदशा" को दबाने में सक्षम होती हैं। समस्या यह है कि कैंसर कोशिकाओं में ये एंजाइम बहुत कम होते हैं, इसलिए एपोप्टोसिस को ट्रिगर करना मुश्किल होता है।
हालाँकि, इस समस्या का समाधान भी किया जा सकता है। आत्महत्या तंत्र को ट्रिगर करने के लिए, साइबेरियाई वैज्ञानिक सेलुलर संरचनाओं की झिल्लियों को खोलने का प्रस्ताव रखते हैं, उदाहरण के लिए, माइटोकॉन्ड्रिया। तब कोशिका अनिवार्य रूप से मर जाएगी। रूसी विज्ञान अकादमी की साइबेरियाई शाखा के बायोऑर्गेनिक रसायन विज्ञान संस्थान, राज्य वैज्ञानिक केंद्र "वेक्टर" (कोलत्सोवो गांव), नगरपालिका पल्मोनरी सर्जिकल अस्पताल (नोवोसिबिर्स्क), वैज्ञानिक और उत्पादन फाउंडेशन "मेडिकल टेक्नोलॉजीज" (कुर्गन), और रूसी एकेडमी ऑफ मेडिकल साइंसेज (नोवोसिबिर्स्क) के क्लिनिकल एंड एक्सपेरिमेंटल इम्यूनोलॉजी रिसर्च इंस्टीट्यूट इस बड़े प्रोजेक्ट में हिस्सा ले रहे हैं। साथ में, शोधकर्ताओं ने ऐसे पदार्थों का चयन किया जो सेलुलर संरचनाओं की झिल्लियों को खोल सकते हैं और इन पदार्थों को कैंसर कोशिका तक पहुंचाने की एक विधि विकसित की।
टीके
जानवरों की प्रतिरक्षा प्रणाली के बारे में हमारा ज्ञान न केवल कैंसर, बल्कि किसी भी संक्रामक बीमारी के इलाज के लिए भी इस्तेमाल किया जा सकता है। हम अधिकांश बीमारियों के खिलाफ प्रतिरक्षा "विरासत से" प्राप्त करते हैं; दूसरों के खिलाफ हम एक नए संक्रमण के कारण होने वाली बीमारी से पीड़ित होने पर प्रतिरक्षा प्राप्त करते हैं। लेकिन प्रतिरक्षा को प्रशिक्षित भी किया जा सकता है - उदाहरण के लिए, टीकाकरण के माध्यम से।
टीकाकरण की प्रभावशीलता पहली बार 200 साल से भी पहले चिकित्सक एडवर्ड जेनर द्वारा प्रदर्शित की गई थी, जिन्होंने साबित किया था कि जिस व्यक्ति को काउपॉक्स हुआ था वह चेचक के प्रति प्रतिरक्षित हो गया था। तब से, कई बीमारियों को डॉक्टरों के नियंत्रण में लाया गया है। पाश्चर के समय से, कमजोर या मारे गए वायरस का उपयोग टीकों के लिए किया जाता रहा है। लेकिन यह सीमाएं लगाता है: इस बात की कोई गारंटी नहीं है कि टीका सक्रिय वायरल कणों से पूरी तरह मुक्त है; उनमें से कई के साथ काम करने के लिए बहुत सावधानी की आवश्यकता होती है; टीके का शेल्फ जीवन भंडारण की स्थिति पर निर्भर करता है।
जेनेटिक इंजीनियरिंग विधियों का उपयोग करके इन कठिनाइयों को दूर किया जा सकता है। उनकी मदद से, आप बैक्टीरिया और वायरस के अलग-अलग घटकों का उत्पादन कर सकते हैं, और फिर उन्हें रोगियों में इंजेक्ट कर सकते हैं - सुरक्षात्मक प्रभाव पारंपरिक टीकों का उपयोग करने से भी बदतर नहीं होगा। जेनेटिक इंजीनियरिंग का उपयोग करके प्राप्त किए गए पहले टीके जानवरों के लिए टीके थे - पैर और मुंह की बीमारी, रेबीज, पेचिश और अन्य पशु रोगों के खिलाफ। मनुष्यों के लिए पहला आनुवंशिक रूप से इंजीनियर किया गया टीका हेपेटाइटिस बी का टीका था।
आज, अधिकांश संक्रमणों के लिए हम टीके बना सकते हैं - शास्त्रीय या आनुवंशिक रूप से इंजीनियर। मुख्य समस्या बीसवीं सदी के प्लेग - एड्स से जुड़ी है। टीकाकरण उनके लिए अच्छा है. आख़िरकार, यह प्रतिरक्षा प्रणाली को बढ़ावा देता है और शरीर को अधिक प्रतिरक्षा कोशिकाओं का उत्पादन करने के लिए मजबूर करता है। ह्यूमन इम्युनोडेफिशिएंसी वायरस (एचआईवी), जो एड्स का कारण बनता है, इन कोशिकाओं में रहता है और बढ़ता है। दूसरे शब्दों में, हम इसे और भी अधिक अवसर देते हैं - प्रतिरक्षा प्रणाली की नई, स्वस्थ कोशिकाओं को संक्रमित करने के लिए।
एड्स के खिलाफ टीके खोजने के शोध का एक लंबा इतिहास है और यह पिछली शताब्दी के 70 के दशक में भविष्य के शिक्षाविदों आर.वी. पेत्रोव, वी.ए. काबानोव और आर.एम. खैतोव द्वारा की गई खोज पर आधारित है। इसका सार यही है पॉलीइलेक्ट्रोलाइट्स (आवेशित बहुलक अणु जो पानी में घुलनशील होते हैं)प्रतिरक्षा प्रणाली की कोशिकाओं के साथ बातचीत करते हैं और प्रतिरक्षा प्रणाली को तीव्रता से एंटीबॉडी का उत्पादन करने के लिए प्रेरित करते हैं। और यदि, उदाहरण के लिए, वायरस शेल बनाने वाले प्रोटीनों में से एक पॉलीइलेक्ट्रोलाइट अणु से जुड़ा हुआ है, तो इस वायरस के खिलाफ प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया सक्रिय हो जाएगी। इस टीके की क्रिया का तंत्र दुनिया में पहले बनाए गए सभी टीकों से मौलिक रूप से अलग है।
यह दुनिया का पहला और अब तक का एकमात्र पॉलीइलेक्ट्रोलाइट था जिसे मानव शरीर में डालने की अनुमति दी गई थी पॉलीओक्सिडोनियम. फिर इन्फ्लूएंजा वायरस प्रोटीन को पॉलिमर पर "सिलाया" गया। नतीजा "ग्रिपपोल" वैक्सीन था, जो लगभग 10 वर्षों से रूस में लाखों लोगों को वायरल संक्रमण से बचा रहा है।
आज उसी विधि से एड्स का टीका बनाया जा रहा है। एड्स वायरस की एक प्रोटीन विशेषता एक पॉलीइलेक्ट्रोलाइट से बंधी थी। परिणामी टीके का चूहों और खरगोशों पर सफलतापूर्वक परीक्षण किया गया। प्रीक्लिनिकल परीक्षणों के परिणामों के आधार पर, रूसी विज्ञान अकादमी के इम्यूनोलॉजी संस्थान को स्वयंसेवकों की भागीदारी के साथ नैदानिक परीक्षण करने की अनुमति दी गई थी। यदि दवा के परीक्षण के सभी चरण सफल रहे, तो इसका उपयोग न केवल एचआईवी संक्रमण की रोकथाम के लिए, बल्कि एड्स के इलाज के लिए भी किया जा सकता है।
जैव प्रौद्योगिकी द्वारा दान की गई दवाएँ
औषधियाँ अभी भी चिकित्सा पद्धति का मुख्य उपकरण बनी हुई हैं। हालाँकि, रासायनिक उद्योग की क्षमताएँ, जो दवाओं का बड़ा हिस्सा पैदा करती हैं, सीमित हैं। कई पदार्थों का रासायनिक संश्लेषण जटिल और अक्सर असंभव होता है, जैसे कि अधिकांश प्रोटीन का संश्लेषण। और यहीं पर जैव प्रौद्योगिकी बचाव के लिए आती है।
सूक्ष्मजीवों का उपयोग करके दवाओं के उत्पादन का एक लंबा इतिहास रहा है। पहला एंटीबायोटिक, पेनिसिलिन, 1928 में फफूंद से अलग किया गया था और इसका औद्योगिक उत्पादन 1940 में शुरू हुआ था। पेनिसिलिन के बाद, अन्य एंटीबायोटिक दवाओं की खोज की गई और उनका बड़े पैमाने पर उत्पादन शुरू हुआ।
लंबे समय तक, मानव प्रोटीन पर आधारित कई दवाएं केवल कम मात्रा में ही प्राप्त की जा सकती थीं; उनका उत्पादन बहुत महंगा था। जेनेटिक इंजीनियरिंग ने आशा दी है कि प्रोटीन दवाओं की श्रृंखला और उनकी संख्या में तेजी से वृद्धि होगी। और ये उम्मीदें उचित थीं। जैव प्रौद्योगिकी माध्यमों से प्राप्त कई दर्जन औषधियाँ पहले ही चिकित्सा पद्धति में प्रवेश कर चुकी हैं। विशेषज्ञों के अनुसार, जेनेटिक इंजीनियरिंग द्वारा बनाए गए प्रोटीन पर आधारित दवाओं के वैश्विक बाजार की वार्षिक मात्रा 15% बढ़ रही है और 2010 तक यह 18 बिलियन डॉलर हो जाएगी।
इस क्षेत्र में हमारे जैव प्रौद्योगिकीविदों के काम का सबसे महत्वपूर्ण उदाहरण आनुवंशिक रूप से इंजीनियर मानव इंसुलिन है, जिसका नाम इंस्टीट्यूट ऑफ बायोऑर्गेनिक केमिस्ट्री में उत्पादित किया जाता है। एम.एम.शेम्याकिन और यू.ए.ओविचिनिकोव आरएएस। इंसुलिन, यानी प्रोटीन संरचना वाला एक हार्मोन, हमारे शरीर में शर्करा के टूटने को नियंत्रित करता है। इसे जानवरों से निकाला जा सकता है. उन्होंने पहले भी यही किया था. लेकिन यहां तक कि सूअरों के अग्न्याशय से प्राप्त इंसुलिन - जो जैव रासायनिक रूप से हमारे सबसे करीब हैं - अभी भी मानव इंसुलिन से थोड़ा अलग है।
मानव शरीर में इसकी गतिविधि मानव इंसुलिन की गतिविधि से कम है। इसके अलावा, हमारी प्रतिरक्षा प्रणाली विदेशी प्रोटीन को बर्दाश्त नहीं करती है और उन्हें अस्वीकार करने की पूरी कोशिश करती है। इसलिए, इंजेक्ट किया गया पोर्क इंसुलिन चिकित्सीय प्रभाव होने से पहले ही गायब हो सकता है। समस्या को जेनेटिक इंजीनियरिंग तकनीक द्वारा हल किया गया था, जिसका उपयोग आज रूस सहित मानव इंसुलिन का उत्पादन करने के लिए किया जाता है।
बायोऑर्गेनिक रसायन विज्ञान संस्थान में आनुवंशिक रूप से इंजीनियर किए गए मानव इंसुलिन के अलावा। रूसी विज्ञान अकादमी, बायोऑर्गेनिक रसायन विज्ञान संस्थान, रूसी विज्ञान अकादमी के एम.एम. शेम्याकिना और यू.ए. ओविचिनिकोवा ने रूसी चिकित्सा विज्ञान अकादमी के हेमेटोलॉजिकल रिसर्च सेंटर के साथ मिलकर बड़े पैमाने पर मुकाबला करने के लिए प्रोटीन के उत्पादन के लिए एक तकनीक बनाई। रक्त की हानि। मानव सीरम एल्बुमिन और रक्त जमावट कारक आपदा चिकित्सा में मांग में उत्कृष्ट प्राथमिक चिकित्सा और पुनर्जीवन उपकरण हैं।
आनुवंशिक रूप से संशोधित पौधे
आनुवंशिकी के बारे में हमारा ज्ञान, जो हर दिन बढ़ रहा है, ने हमें न केवल बीमारियों और चमकते प्रोटीन, टीकों और दवाओं के निदान के लिए आनुवंशिक परीक्षण, बल्कि नए जीव भी बनाने की अनुमति दी है। आज शायद ही कोई व्यक्ति हो जिसने आनुवंशिक रूप से संशोधित, या ट्रांसजेनिक, जीवों (जीएमओ) के बारे में नहीं सुना हो। ये वे पौधे या जानवर हैं जिनके डीएनए में जीन बाहर से लाए गए हैं, जिससे इन जीवों को नए गुण मिलते हैं जो मानवीय दृष्टिकोण से उपयोगी होते हैं।
जीएमओ सेना बड़ी है. इसकी श्रेणी में लाभकारी सूक्ष्म जीव हैं जो जैव प्रौद्योगिकी कारखानों में काम करते हैं और हमारे लिए कई उपयोगी पदार्थ पैदा करते हैं, बेहतर गुणों वाली फसलें, और अधिक मांस और अधिक दूध का उत्पादन करने वाले स्तनधारी हैं।
निस्संदेह, जीएमओ के सबसे व्यापक उपविभागों में से एक है पौधे। आख़िरकार, अनादि काल से वे मनुष्यों के लिए भोजन और जानवरों के चारे के रूप में काम करते आए हैं। पौधों से हमें निर्माण के लिए रेशे, दवाइयों और इत्र के लिए पदार्थ, रासायनिक उद्योग और ऊर्जा के लिए कच्चा माल, आग और गर्मी प्राप्त होती है।
हम चयनात्मक प्रजनन के माध्यम से पौधों की गुणवत्ता में सुधार और नई किस्में विकसित करना जारी रखते हैं। लेकिन इस श्रमसाध्य और श्रमसाध्य प्रक्रिया में बहुत समय लगता है। जेनेटिक इंजीनियरिंग, जिसने हमें पौधों के जीनोम में उपयोगी जीन डालने की अनुमति दी है, ने प्रजनन को मौलिक रूप से नए स्तर पर पहुंचा दिया है।
सबसे पहला ट्रांसजेनिक पौधा, जो एक चौथाई सदी पहले बनाया गया था, तम्बाकू था, और आज दुनिया में 160 ट्रांसजेनिक फसलों का औद्योगिक पैमाने पर उपयोग किया जाता है। इनमें मक्का और सोयाबीन, चावल और रेपसीड, कपास और सन, टमाटर और कद्दू, तंबाकू और चुकंदर, आलू और लौंग और अन्य शामिल हैं।
रूसी विज्ञान अकादमी के बायोइंजीनियरिंग केंद्र में, शिक्षाविद के.जी. स्क्रीबिन की अध्यक्षता में। बेलारूसी सहयोगियों के साथ मिलकर, उन्होंने पहली घरेलू आनुवंशिक रूप से संशोधित फसल बनाई - एलिसैवेटा आलू की किस्म, जो कोलोराडो आलू बीटल के लिए प्रतिरोधी है।
1980 के दशक की शुरुआत में विकसित पहली आनुवंशिक रूप से संशोधित फसलें, शाकनाशी और कीड़ों के प्रति प्रतिरोधी थीं। आज, जेनेटिक इंजीनियरिंग की मदद से, हम ऐसी किस्में प्राप्त कर रहे हैं जिनमें अधिक पोषक तत्व होते हैं, जो बैक्टीरिया और वायरस और सूखे और ठंड के प्रति प्रतिरोधी होते हैं। 1994 में, पहली बार टमाटर की एक ऐसी किस्म बनाई गई जो सड़ने के लिए अतिसंवेदनशील नहीं थी। यह किस्म दो वर्षों के भीतर आनुवंशिक रूप से संशोधित खाद्य बाजारों में दिखाई दी। एक अन्य ट्रांसजेनिक उत्पाद, गोल्डन राइस, व्यापक रूप से जाना जाने लगा है। इसमें, नियमित चावल के विपरीत, बीटा-कैरोटीन बनता है - विटामिन ए का अग्रदूत, जो शरीर के विकास के लिए बिल्कुल आवश्यक है। गोल्डन चावल उन देशों के निवासियों के लिए पर्याप्त पोषण की समस्या को आंशिक रूप से हल करता है जहां चावल अभी भी आहार में मुख्य व्यंजन है। और यह कम से कम दो अरब लोग हैं।
आनुवंशिक इंजीनियरों द्वारा अपनाए गए एकमात्र लक्ष्य पोषण और उत्पादकता नहीं हैं। पौधों की ऐसी किस्में बनाना संभव है जिनकी पत्तियों और फलों में टीके और दवाएं होंगी। यह बहुत मूल्यवान और सुविधाजनक है: ट्रांसजेनिक पौधों से बने टीके खतरनाक पशु वायरस से दूषित नहीं हो सकते हैं, और पौधों को बड़ी मात्रा में उगाना आसान होता है। और अंत में, पौधों के आधार पर "खाद्य" टीके बनाए जा सकते हैं, जब टीकाकरण के लिए किसी भी ट्रांसजेनिक फल या सब्जी, उदाहरण के लिए, आलू या केले की एक निश्चित मात्रा खाने के लिए पर्याप्त है। उदाहरण के लिए, गाजर में ऐसे पदार्थ होते हैं जो शरीर की प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया के निर्माण में शामिल होते हैं। ऐसे पौधे साइबेरिया के दो प्रमुख जैविक संस्थानों के वैज्ञानिकों द्वारा संयुक्त रूप से बनाए गए हैं: रूसी विज्ञान अकादमी की साइबेरियाई शाखा के साइटोलॉजी और जेनेटिक्स संस्थान और एसबी आरएएस के रासायनिक जीवविज्ञान और मौलिक चिकित्सा संस्थान।
यह नहीं कहा जा सकता कि समाज आनुवंशिक रूप से संशोधित पौधों (जीएमपी) से सावधान है। और स्वयं वैज्ञानिक समुदाय में भी जीएमआर के संभावित खतरे को लेकर चर्चा चल रही है। इसलिए, जीएमआर - खाद्य, कृषि तकनीकी और पर्यावरण के उपयोग से जुड़े जोखिमों का आकलन करने के लिए दुनिया भर में शोध चल रहा है। जबकि विश्व स्वास्थ्य संगठन निम्नलिखित कहता है: "जीएम फसलों के व्यावसायिक उपयोग के 10 वर्षों से अधिक का अनुभव, विशेष अध्ययनों के परिणामों के विश्लेषण से पता चलता है: आज तक, पंजीकृत जीएम की विषाक्तता या प्रतिकूल प्रभाव का एक भी सिद्ध मामला नहीं है। दुनिया में भोजन या चारे के स्रोत के रूप में फसलें।"
1996 से, जब जीएमआर की व्यावसायिक खेती शुरू हुई, 2007 तक, ट्रांसजेनिक पौधों के साथ बोया गया कुल क्षेत्र 1.7 मिलियन से बढ़कर 114 मिलियन हेक्टेयर हो गया, जो दुनिया के सभी कृषि योग्य क्षेत्र का लगभग 9% है। इसके अलावा, इस क्षेत्र के 99% हिस्से पर पांच फसलें उगाई जाती हैं: सोयाबीन, कपास, चावल, मक्का और रेपसीड। उनके उत्पादन की कुल मात्रा में, आनुवंशिक रूप से संशोधित किस्मों का हिस्सा 25% से अधिक है। जीएमआर के उपयोग में पूर्ण नेता संयुक्त राज्य अमेरिका है, जहां 2002 में ही 75% कपास और सोयाबीन ट्रांसजेनिक थे। अर्जेंटीना में, ट्रांसजेनिक सोयाबीन की हिस्सेदारी 99% थी, कनाडा में 65% रेपसीड का उत्पादन इस प्रकार किया गया था, और चीन में - 51% कपास का उत्पादन किया गया था। 2007 में, 12 मिलियन किसान हाइड्रोकार्बन की खेती में लगे हुए थे, जिनमें से 90% विकासशील देशों में रहते हैं। रूस में, हाइड्रोकार्बन की औद्योगिक खेती कानून द्वारा निषिद्ध है।
आनुवंशिक रूप से संशोधित जानवर
जेनेटिक इंजीनियर जानवरों की नई नस्लें विकसित करने के लिए इसी तरह की रणनीति का उपयोग करते हैं। इस मामले में, किसी भी मूल्यवान गुण की अभिव्यक्ति के लिए जिम्मेदार जीन को निषेचित अंडे में पेश किया जाता है, जिससे एक नया जीव आगे विकसित होता है। उदाहरण के लिए, यदि किसी जानवर के जीन के सेट को विकास-उत्तेजक हार्मोन के जीन के साथ पूरक किया जाता है, तो ऐसे जानवर कम भोजन के साथ तेजी से बढ़ेंगे। परिणाम अधिक सस्ता मांस है.
एक जानवर न केवल मांस और दूध का स्रोत हो सकता है, बल्कि इस दूध में निहित औषधीय पदार्थों का भी स्रोत हो सकता है। उदाहरण के लिए, सबसे मूल्यवान मानव प्रोटीन। उनमें से कुछ के बारे में हम पहले ही बात कर चुके हैं। अब इस सूची को लैक्टोफेरिन द्वारा पूरक किया जा सकता है, एक प्रोटीन जो नवजात बच्चों को खतरनाक सूक्ष्मजीवों से तब तक बचाता है जब तक कि उनकी अपनी प्रतिरक्षा विकसित नहीं हो जाती।
एक महिला का शरीर स्तन के दूध के पहले हिस्से के साथ इस पदार्थ का उत्पादन करता है। दुर्भाग्य से, सभी माताओं को दूध नहीं मिलता है, इसलिए नवजात शिशुओं के स्वास्थ्य को बनाए रखने के लिए फॉर्मूला फीडिंग में ह्यूमन लैक्टोफेरिन को शामिल किया जाना चाहिए। यदि आहार में पर्याप्त सुरक्षात्मक प्रोटीन है, तो विभिन्न गैस्ट्रोइंटेस्टाइनल संक्रमणों से कृत्रिम शिशुओं की मृत्यु दर को दस गुना कम किया जा सकता है। इस प्रोटीन की मांग न केवल शिशु आहार उद्योग में है, बल्कि उदाहरण के लिए, सौंदर्य प्रसाधन उद्योग में भी है।
मानव लैक्टोफेरिन के साथ बकरी के दूध के उत्पादन की तकनीक रूसी विज्ञान अकादमी के जीन जीवविज्ञान संस्थान और बेलारूस के राष्ट्रीय पशुपालन विज्ञान अकादमी के वैज्ञानिक और व्यावहारिक केंद्र में विकसित की जा रही है। इस वर्ष पहली दो ट्रांसजेनिक बकरियों का जन्म हुआ। कई वर्षों के शोध के दौरान, उनमें से प्रत्येक के निर्माण पर 25 मिलियन रूबल खर्च किए गए थे। हमें बस तब तक इंतजार करना होगा जब तक वे बड़े न हो जाएं, बहुगुणित न हो जाएं और मूल्यवान मानव प्रोटीन के साथ दूध का उत्पादन शुरू न कर दें।
सेल इंजीनियरिंग
जैव प्रौद्योगिकी का एक और रोमांचक क्षेत्र है: कोशिका प्रौद्योगिकी। स्टेम कोशिकाएं, जो अपनी क्षमताओं में अद्भुत हैं, मानव शरीर में रहती हैं और काम करती हैं। वे मृत कोशिकाओं (जैसे, एक एरिथ्रोसाइट, एक लाल रक्त कोशिका, केवल 100 दिन जीवित रहती है) की जगह लेते हैं, वे हमारे फ्रैक्चर और घावों को ठीक करते हैं, और क्षतिग्रस्त ऊतकों को बहाल करते हैं।
स्टेम कोशिकाओं के अस्तित्व की भविष्यवाणी सेंट पीटर्सबर्ग के एक रूसी हेमेटोलॉजिस्ट, अलेक्जेंडर मक्सिमोव ने 1909 में की थी। कई दशकों बाद, उनकी सैद्धांतिक धारणा की प्रयोगात्मक रूप से पुष्टि की गई: स्टेम कोशिकाओं की खोज की गई और उन्हें अलग कर दिया गया। लेकिन असली उछाल बीसवीं सदी के अंत में शुरू हुआ, जब प्रायोगिक प्रौद्योगिकियों के क्षेत्र में प्रगति ने इन कोशिकाओं की क्षमता को समझना संभव बना दिया।
अब तक, स्टेम सेल के उपयोग से जुड़ी चिकित्सा में प्रगति मामूली से अधिक रही है। हम जानते हैं कि इन कोशिकाओं को कैसे अलग करना है, उन्हें कैसे संग्रहित करना है, उन्हें कैसे बढ़ाना है और उनके साथ प्रयोग करना है। लेकिन हम अभी भी उनके जादुई परिवर्तनों के तंत्र को पूरी तरह से नहीं समझ पाए हैं, जब एक फेसलेस स्टेम सेल रक्त कोशिका या मांसपेशी ऊतक में बदल जाता है। हम अभी तक उस रासायनिक भाषा को पूरी तरह से नहीं समझ पाए हैं जिसमें स्टेम सेल को रूपांतरित होने का आदेश मिलता है। यह अज्ञानता स्टेम कोशिकाओं के उपयोग से जोखिम पैदा करती है और चिकित्सा पद्धति में उनके सक्रिय कार्यान्वयन में बाधा उत्पन्न करती है। हालाँकि, वृद्ध लोगों में न ठीक होने वाले फ्रैक्चर के इलाज के साथ-साथ दिल के दौरे और दिल की सर्जरी के बाद पुनर्स्थापनात्मक उपचार में भी प्रगति हुई है।
रूस में, मानव मस्तिष्क स्टेम कोशिकाओं का उपयोग करके रेटिना की जलन के इलाज के लिए एक विधि विकसित की गई है। यदि इन कोशिकाओं को आंख में डाला जाता है, तो वे सक्रिय रूप से जले हुए क्षेत्र में चली जाएंगी, क्षतिग्रस्त रेटिना की बाहरी और भीतरी परतों में बस जाएंगी और जले के उपचार को उत्तेजित करेंगी। यह विधि मॉस्को रिसर्च इंस्टीट्यूट ऑफ आई डिजीज के वैज्ञानिकों के एक शोध समूह द्वारा विकसित की गई थी। जी. हेल्महोल्ट्ज़ रूसी संघ के स्वास्थ्य मंत्रालय, विकासात्मक जीवविज्ञान संस्थान के नाम पर रखा गया। एन.के.कोल्टसोव आरएएस, इंस्टीट्यूट ऑफ जीन बायोलॉजी आरएएस और रूसी एकेडमी ऑफ मेडिकल साइंसेज के प्रसूति, स्त्री रोग और पेरिनेटोलॉजी के वैज्ञानिक केंद्र।
हम वर्तमान में स्टेम कोशिकाओं के बारे में ज्ञान संचय करने के चरण में हैं। वैज्ञानिकों के प्रयास अनुसंधान पर, बुनियादी ढांचे के निर्माण पर, विशेष रूप से स्टेम सेल बैंकों पर केंद्रित हैं, जिनमें से रूस में पहला गेमबैंक था। अंगों का विकास, मल्टीपल स्केलेरोसिस और न्यूरोडीजेनेरेटिव बीमारियों का इलाज भविष्य है, हालांकि इतना दूर नहीं है।
बायोइनफॉरमैटिक्स
ज्ञान और सूचना की मात्रा स्नोबॉल की तरह बढ़ रही है। जीवित प्रणालियों के कामकाज के सिद्धांतों को समझते हुए, हमें जीवित पदार्थ की संरचना की अविश्वसनीय जटिलता का एहसास होता है, जिसमें विभिन्न प्रकार की जैव रासायनिक प्रतिक्रियाएं एक-दूसरे के साथ जटिल रूप से जुड़ी होती हैं और जटिल नेटवर्क बनाती हैं। जीवित प्रणालियों में प्रक्रियाओं को मॉडल करने के लिए आधुनिक गणितीय तरीकों का उपयोग करके ही जीवन के इस "जाल" को सुलझाना संभव है।
इसीलिए, जीव विज्ञान और गणित के चौराहे पर, एक नई दिशा का जन्म हुआ - जैव सूचना विज्ञान, जिसके बिना जैव प्रौद्योगिकीविदों का काम अब संभव नहीं है। बेशक, अधिकांश जैव सूचनात्मक विधियां चिकित्सा के लिए काम करती हैं, अर्थात् नए औषधीय यौगिकों की खोज के लिए। उन्हें उस अणु की संरचना के ज्ञान के आधार पर खोजा जा सकता है जो किसी विशेष बीमारी के विकास के लिए जिम्मेदार है। यदि ऐसे अणु को उच्च परिशुद्धता के साथ चयनित किसी पदार्थ से अवरुद्ध कर दिया जाए, तो रोग के पाठ्यक्रम को रोका जा सकता है। जैव सूचना विज्ञान नैदानिक उपयोग के लिए उपयुक्त अवरोधक अणु की खोज करना संभव बनाता है। यदि हम लक्ष्य, मान लीजिए, "बीमारी पैदा करने वाले" प्रोटीन की संरचना जानते हैं, तो कंप्यूटर प्रोग्राम का उपयोग करके हम दवा की रासायनिक संरचना का अनुकरण कर सकते हैं। यह दृष्टिकोण आपको हजारों रासायनिक यौगिकों को छांटने और परीक्षण करने में लगने वाले समय और संसाधनों को महत्वपूर्ण रूप से बचाने की अनुमति देता है।
रूस में जैव सूचना विज्ञान का उपयोग करके दवाओं के निर्माण में अग्रणी कंपनी हिमरार है। संभावित कैंसर रोधी दवाओं की खोज में, वह विशेष रूप से, कई हजारों रासायनिक यौगिकों की जांच में शामिल है। जैव सूचना विज्ञान में लगे सबसे शक्तिशाली रूसी वैज्ञानिक केंद्रों में रूसी विज्ञान अकादमी की साइबेरियाई शाखा का साइटोलॉजी और जेनेटिक्स संस्थान भी शामिल है। बीसवीं सदी के 60 के दशक की शुरुआत में, नोवोसिबिर्स्क शैक्षणिक शहर में जीवविज्ञानी और गणितज्ञों को एकजुट करते हुए एक अद्वितीय वैज्ञानिक स्कूल का गठन किया गया था। नोवोसिबिर्स्क जैव सूचना विज्ञानियों के काम का मुख्य क्षेत्र कोशिकाओं के अंदर प्रोटीन इंटरैक्शन का विश्लेषण और नई दवाओं के लिए संभावित आणविक लक्ष्यों की खोज है।
किसी विशेष रोग के विकास के तंत्र को समझने के लिए, यह जानना महत्वपूर्ण है कि रोगग्रस्त कोशिका में काम करने वाले हजारों जीनों में से कौन सा वास्तव में रोग के लिए जिम्मेदार है। यह बिल्कुल भी आसान काम नहीं है क्योंकि यह इस तथ्य से जटिल है कि जीन, एक नियम के रूप में, अकेले काम नहीं करते हैं, बल्कि केवल अन्य जीनों के साथ संयोजन में काम करते हैं। लेकिन हम किसी विशिष्ट बीमारी में अन्य जीनों के योगदान को कैसे ध्यान में रख सकते हैं? और यहां जैव सूचना विज्ञान डॉक्टरों की सहायता के लिए आता है। गणितीय एल्गोरिदम का उपयोग करके, एक मानचित्र का निर्माण करना संभव है, जिस पर पथों के प्रतिच्छेदन जीन की परस्पर क्रिया को दर्शाते हैं। ऐसे मानचित्र रोग के विभिन्न चरणों में रोगग्रस्त कोशिका में सक्रिय जीनों के समूहों को प्रकट करते हैं। यह जानकारी अत्यंत महत्वपूर्ण है, उदाहरण के लिए, रोग की अवस्था के आधार पर कैंसर उपचार रणनीति चुनने के लिए।
औद्योगिक जैव प्रौद्योगिकी
मनुष्य ने प्राचीन काल से ही जैव प्रौद्योगिकी का उपयोग किया है। लोग दूध से पनीर बनाते थे, सर्दियों के लिए गोभी को किण्वित करते थे, और किण्वित की गई हर चीज से स्वादिष्ट पेय तैयार करते थे। ये सभी शास्त्रीय सूक्ष्मजीवविज्ञानी प्रक्रियाएं हैं जिनमें मुख्य प्रेरक शक्ति एक सूक्ष्मजीव, सबसे छोटी जीवित प्रणाली है।
आज, जैव प्रौद्योगिकी द्वारा हल की जाने वाली समस्याओं का दायरा अविश्वसनीय रूप से बढ़ गया है। हम पहले ही बीमारियों के आनुवंशिक निदान, जैव प्रौद्योगिकी का उपयोग करके प्राप्त नए टीकों और दवाओं और आनुवंशिक रूप से संशोधित जीवों के बारे में बात कर चुके हैं। हालाँकि, जीवन अन्य चुनौतियाँ भी लाता है। विशाल रासायनिक उत्पादन सुविधाएं जहां हम एक आरामदायक जीवन वातावरण (फाइबर, प्लास्टिक, निर्माण सामग्री और बहुत कुछ) बनाने के लिए आवश्यक पदार्थ प्राप्त करते हैं, आज उतने आकर्षक नहीं लगते जितने 60 साल पहले लगते थे। वे बहुत अधिक ऊर्जा और संसाधनों (उच्च दबाव, तापमान, कीमती धातुओं से बने उत्प्रेरक) का उपभोग करते हैं, वे पर्यावरण को प्रदूषित करते हैं और कीमती भूमि पर कब्जा कर लेते हैं। क्या बायोटेक्नोलॉजिस्ट यहां प्रतिस्थापन की पेशकश कर सकते हैं?
हाँ वे कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, आनुवंशिक रूप से संशोधित सूक्ष्मजीव जो औद्योगिक रासायनिक प्रक्रियाओं के लिए प्रभावी उत्प्रेरक के रूप में काम करते हैं। इस तरह के जैव उत्प्रेरक ऑल-रशियन रिसर्च इंस्टीट्यूट ऑफ जेनेटिक्स एंड सिलेक्शन ऑफ माइक्रोऑर्गेनिज्म में बनाए गए थे, उदाहरण के लिए, जहरीले पदार्थ एक्रिलामाइड के उत्पादन के खतरनाक और गंदे चरण के लिए। इसका उपयोग पॉलिमर बनाने में किया जाता है पॉलीएक्रिलामाइड,जल उपचार में, डायपर के उत्पादन में, और लेपित कागज के उत्पादन में, और कई अन्य उद्देश्यों के लिए उपयोग किया जाता है। बायोकैटलिस्ट आक्रामक अभिकर्मकों और उच्च दबाव के उपयोग के बिना, कमरे के तापमान पर एक मोनोमर उत्पन्न करने के लिए एक रासायनिक प्रतिक्रिया की अनुमति देता है।
सर्गेई वोरोनिन के नेतृत्व में ZAO बायोएमिड (सेराटोव) की वैज्ञानिक टीम के प्रयासों से बायोकैटलिस्ट को रूस में औद्योगिक उपयोग के लिए लाया गया था। उसी टीम ने एसपारटिक एसिड के उत्पादन के लिए जैव प्रौद्योगिकी विकसित की और आयात-प्रतिस्थापन कार्डियक दवा एस्पार्कम एल बनाई। यह दवा रूस और बेलारूस के बाजार में पहले ही प्रवेश कर चुकी है। रूसी दवा न केवल आयातित एनालॉग्स से सस्ती है, बल्कि डॉक्टरों के अनुसार, यह अधिक प्रभावी भी है। तथ्य यह है कि एस्पार्कम एल में एसिड का केवल एक ऑप्टिकल आइसोमर होता है, जिसका चिकित्सीय प्रभाव होता है। और पश्चिमी एनालॉग, पैनांगिन, दो ऑप्टिकल आइसोमर्स, एल और डी के मिश्रण पर आधारित है, जिनमें से दूसरा बस गिट्टी के रूप में कार्य करता है। बायोएमिडा टीम की खोज यह है कि वे इन दो मुश्किल से अलग होने वाले आइसोमर्स को अलग करने में सक्षम थे और इस प्रक्रिया को औद्योगिक आधार पर रखा।
यह संभव है कि भविष्य में विशाल रासायनिक संयंत्र पूरी तरह से गायब हो जाएंगे, और उनके स्थान पर छोटी, सुरक्षित कार्यशालाएं होंगी जो पर्यावरण को नुकसान नहीं पहुंचाती हैं, जहां सूक्ष्मजीव काम करेंगे, विभिन्न उद्योगों के लिए सभी आवश्यक मध्यवर्ती उत्पादों का उत्पादन करेंगे। इसके अलावा, छोटे हरित कारखाने, चाहे वे सूक्ष्मजीव हों या पौधे, हमें ऐसे उपयोगी पदार्थ प्राप्त करने की अनुमति देते हैं जिनका उत्पादन रासायनिक रिएक्टर में नहीं किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, मकड़ी रेशम प्रोटीन. मकड़ी अपने शिकार के लिए जो जाल बुनती है, उसके फ्रेम धागे स्टील की तुलना में कई गुना अधिक लचीले होते हैं। ऐसा प्रतीत होता है कि आप कार्यशालाओं में मकड़ियाँ लगाते हैं और उनसे प्रोटीन धागे खींचते हैं। लेकिन मकड़ियाँ एक ही जार में नहीं रहतीं - वे एक-दूसरे को खा लेंगी।
डॉक्टर ऑफ बायोलॉजिकल साइंसेज व्लादिमीर बोगुश (स्टेट रिसर्च इंस्टीट्यूट ऑफ जेनेटिक्स एंड सिलेक्शन ऑफ माइक्रोऑर्गेनिज्म) और डॉक्टर ऑफ बायोलॉजिकल साइंसेज एलोनोरा पिरुजियन (रूसी एकेडमी ऑफ साइंसेज के जनरल जेनेटिक्स संस्थान) के नेतृत्व में वैज्ञानिकों की एक टीम ने एक सुंदर समाधान पाया। सबसे पहले, मकड़ी रेशम प्रोटीन के संश्लेषण के लिए जिम्मेदार जीन को मकड़ी जीनोम से अलग किया गया था। फिर इन जीनों को खमीर और तंबाकू कोशिकाओं में डाला गया। इन दोनों ने हमारे लिए आवश्यक प्रोटीन का उत्पादन करना शुरू कर दिया। परिणामस्वरूप, एक अनोखी और लगभग प्राकृतिक संरचनात्मक सामग्री, हल्की और बेहद टिकाऊ, की उत्पादन तकनीक का आधार तैयार किया गया है, जिससे रस्सियाँ, बॉडी कवच और बहुत कुछ बनाया जा सकता है।
अन्य समस्याएं भी हैं. उदाहरण के लिए, भारी मात्रा में अपशिष्ट। जैव प्रौद्योगिकी हमें अपशिष्ट को आय में बदलने की अनुमति देती है। कृषि, वानिकी और खाद्य प्रसंस्करण के उप-उत्पादों को मीथेन में परिवर्तित किया जा सकता है, जो हीटिंग और ऊर्जा के लिए उपयुक्त बायोगैस है। या आप जैव ईंधन के मुख्य घटक मेथनॉल और इथेनॉल का उपयोग कर सकते हैं।
मॉस्को स्टेट यूनिवर्सिटी के रसायन विज्ञान संकाय में जैव प्रौद्योगिकी के औद्योगिक अनुप्रयोग सक्रिय रूप से शामिल हैं। एम.वी. लोमोनोसोव। इसमें विभिन्न प्रकार की परियोजनाओं में लगी कई प्रयोगशालाएँ शामिल हैं - औद्योगिक बायोसेंसर के निर्माण से लेकर सूक्ष्म कार्बनिक संश्लेषण के लिए एंजाइमों के उत्पादन तक, औद्योगिक अपशिष्ट रीसाइक्लिंग प्रौद्योगिकियों से लेकर जैव ईंधन के उत्पादन के तरीकों के विकास तक।
विज्ञान, व्यवसाय, सरकार
प्राप्त सफलताएँ जीवित प्रणालियों के क्षेत्र में काम करने वाले जीवविज्ञानियों, रसायनज्ञों, डॉक्टरों और अन्य विशेषज्ञों के संयुक्त प्रयासों का परिणाम हैं। विभिन्न विषयों के बीच संबंध उपयोगी साबित हुए। बेशक, जैव प्रौद्योगिकी वैश्विक समस्याओं को हल करने के लिए रामबाण नहीं है, बल्कि एक ऐसा उपकरण है जो अगर सही तरीके से उपयोग किया जाए तो बड़ी संभावनाओं का वादा करता है।
आज विश्व में जैव प्रौद्योगिकी बाज़ार की कुल मात्रा 8 ट्रिलियन है। डॉलर. अनुसंधान और विकास के लिए वित्त पोषण के मामले में भी जैव प्रौद्योगिकी अग्रणी है: अकेले संयुक्त राज्य अमेरिका में, सरकारी एजेंसियां और निजी कंपनियां इन उद्देश्यों पर सालाना 30 अरब डॉलर से अधिक खर्च करती हैं।
विज्ञान और प्रौद्योगिकी में निवेश से अंततः आर्थिक लाभ मिलेगा। लेकिन अकेले जैव प्रौद्योगिकी जटिल स्वास्थ्य या खाद्य समस्याओं का समाधान नहीं करेगी। नई नैदानिक तकनीकों, टीकों और दवाओं और बेहतर गुणों वाले पौधों तक पहुंच की गारंटी के लिए एक अनुकूल स्वास्थ्य देखभाल बुनियादी ढांचा और औद्योगिक संरचना बनाई जानी चाहिए। विज्ञान और व्यवसाय के बीच एक प्रभावी संचार प्रणाली भी यहाँ अत्यंत महत्वपूर्ण है। अंत में, अर्थव्यवस्था के एक प्रभावी अभिनव क्षेत्र के निर्माण के लिए एक अत्यंत आवश्यक शर्त राज्य के साथ वैज्ञानिक और वाणिज्यिक संरचनाओं की बातचीत है।
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2008 में, "लिविंग सिस्टम्स" की दिशा में विषयों के विकास के लिए 939 आवेदन प्रस्तुत किए गए थे (तुलना के लिए: कार्यक्रम के लिए कुल 3180 है),
- प्रतियोगिता के लिए 396 आवेदन प्रस्तुत किए गए (कुल 1597),
- 179 प्रतियोगिताएं आयोजित की गईं (कुल 731)
- 23 विभागों (कुल 36) के संगठनों ने प्रतियोगिताओं में भाग लिया, उनमें से 17 जीते
- 179 अनुबंध संपन्न हुए (कुल 731)
- 120 अनुबंध आज भी जारी हैं (कुल 630)
- 346 संगठनों (कुल 842) ने जीवित प्रणालियों पर विषयों के विकास के लिए आवेदन भेजे
- 254 संगठनों (कुल 806) ने प्रतियोगिता के लिए मुख्य आवेदन के रूप में आवेदन प्रस्तुत किए
- 190 संगठनों ने सह-निष्पादकों के रूप में प्रतियोगिता के लिए आवेदन प्रस्तुत किए (कुल 636)
- दिशा में लॉट के लिए औसत प्रतिस्पर्धा 2,212 है (कार्यक्रम के लिए औसत - 2,185)
- 2008 के लिए अनुबंध बजट 1041.2 मिलियन रूबल था। (संपूर्ण कार्यक्रम बजट का 21.74%)2002-2006 के संघीय लक्ष्य वैज्ञानिक और तकनीकी कार्यक्रम और 2007-2012 के संघीय लक्ष्य कार्यक्रम के ढांचे के भीतर जीवित प्रणालियों के क्षेत्र में विकास और धन के वितरण की गतिशीलता:
2005 - 303 अनुबंध, 1168.7 मिलियन रूबल। (100%)
2006 - 289 अनुबंध, 1227.0 मिलियन रूबल। (105%)
2007 - 284 अनुबंध, 2657.9 मिलियन रूबल। (227%)
2008 - 299 अनुबंध, 3242.6 मिलियन रूबल। (277%)
विज्ञान अपने आप उत्पन्न नहीं होता, इसलिए नहीं कि किसी ने केवल "रुचि के लिए" उसका आविष्कार किया है। कोई भी विज्ञान मानवता के लिए उसके विकास की प्रक्रिया में उत्पन्न हुई कुछ समस्याओं को हल करने की आवश्यकता के परिणामस्वरूप प्रकट होता है। जीव विज्ञान कोई अपवाद नहीं है, यह भी लोगों के लिए बहुत महत्वपूर्ण समस्याओं के समाधान के संबंध में उत्पन्न हुआ है। उनमें से एक हमेशा खाद्य उत्पादों के उत्पादन से जुड़ी जीवित प्रकृति में प्रक्रियाओं की गहरी समझ रही है, यानी पौधों और जानवरों के जीवन की विशेषताओं का ज्ञान, मनुष्यों के प्रभाव में उनके परिवर्तन, विश्वसनीय प्राप्त करने के तरीके और तेजी से समृद्ध फसल। इस समस्या का समाधान जीव विज्ञान के विकास के मूलभूत कारणों में से एक है।
दूसरा, कोई कम महत्वपूर्ण "वसंत" मानव जैविक विशेषताओं का अध्ययन नहीं है। मनुष्य जीवित प्रकृति के विकास का एक उत्पाद है। हमारे जीवन की सभी प्रक्रियाएँ प्रकृति में होने वाली प्रक्रियाओं के समान हैं। और इसलिए, जैविक प्रक्रियाओं की गहरी समझ ही चिकित्सा की वैज्ञानिक नींव के रूप में कार्य करती है। चेतना का उद्भव, जिसका अर्थ है पदार्थ के आत्म-ज्ञान में एक बड़ा कदम, को भी कम से कम दो दिशाओं में जीवित प्रकृति के गहन शोध के बिना नहीं समझा जा सकता है - सोचने के अंग के रूप में मस्तिष्क का उद्भव और विकास (पहेली) की सोच अभी भी अनसुलझी है) और सामाजिकता का उदय, सार्वजनिक छवि जीवन।
खाद्य उत्पादन में वृद्धि और चिकित्सा का विकास महत्वपूर्ण हैं, लेकिन एकमात्र समस्याएँ नहीं हैं जिन्होंने हजारों वर्षों से एक विज्ञान के रूप में जीव विज्ञान के विकास को निर्धारित किया है। वन्य जीवन मानवता के लिए आवश्यक कई सामग्रियों और उत्पादों का स्रोत है। उनका सही ढंग से उपयोग करने के लिए आपको उनके गुणों को जानना होगा, यह जानना होगा कि उन्हें प्रकृति में कहाँ खोजना है, और उन्हें कैसे प्राप्त करना है। कई मायनों में, ऐसे ज्ञान का प्रारंभिक स्रोत जीव विज्ञान है। लेकिन इससे जैविक विज्ञान का महत्व ख़त्म नहीं हो जाता।
20 वीं सदी में पृथ्वी की जनसंख्या इतनी बढ़ गई है कि मानव समाज का विकास पृथ्वी के जीवमंडल के विकास में एक निर्धारक कारक बन गया है। अब तक यह स्पष्ट हो चुका है कि जीवित प्रकृति न केवल भोजन और कई आवश्यक उत्पादों और सामग्रियों का स्रोत है, बल्कि मानवता के अस्तित्व के लिए एक आवश्यक शर्त भी है। उनके साथ हमारे संबंध उससे कहीं अधिक घनिष्ठ और महत्वपूर्ण निकले जितना उन्होंने 20वीं सदी की शुरुआत में सोचा था।
उदाहरण के लिए, वायु प्रकृति का उतना ही अटूट और निरंतर संसाधन प्रतीत होता है, मान लीजिए, सूर्य का प्रकाश। वास्तव में यह सच नहीं है। वायुमंडल की गुणात्मक संरचना जिसके हम आदी हैं, 20.95% ऑक्सीजन और 0.03% कार्बन डाइऑक्साइड के साथ, जीवित प्राणियों की गतिविधि का व्युत्पन्न है: पौधों की श्वसन और प्रकाश संश्लेषण, मृत कार्बनिक पदार्थों का ऑक्सीकरण। वायु में ऑक्सीजन पौधों के जीवन के परिणामस्वरूप ही उत्पन्न होती है। पृथ्वी पर मुख्य ऑक्सीजन कारखाने उष्णकटिबंधीय वन और समुद्री शैवाल हैं। लेकिन आज, जैसा कि अवलोकन से पता चलता है, तेल, गैस, कोयला, लकड़ी, साथ ही अन्य मानवजनित प्रक्रियाओं के दहन के दौरान भारी मात्रा में कार्बन की रिहाई के परिणामस्वरूप पृथ्वी के वायुमंडल में कार्बन डाइऑक्साइड की मात्रा लगातार बढ़ रही है। 1958 से 1980 तक पृथ्वी के वायुमंडल में कार्बन डाइऑक्साइड की मात्रा 4% बढ़ गई। सदी के अंत तक इसकी सामग्री 10% से अधिक बढ़ सकती है। 70 के दशक में XX सदी पौधों की गतिविधि के परिणामस्वरूप वायुमंडल में प्रवेश करने वाली ऑक्सीजन की मात्रा का अनुमान टी/वर्ष में लगाया गया था, और मानवता द्वारा वार्षिक खपत का अनुमान टी/वर्ष में लगाया गया था। इसका मतलब यह है कि हम पहले से ही ग्रह पर जीवित प्राणियों के विकास के लाखों वर्षों में अतीत में जमा हुए ऑक्सीजन भंडार पर रहते हैं।
हम जो पानी पीते हैं, या यूं कहें कि इस पानी की शुद्धता, उसकी गुणवत्ता भी मुख्य रूप से जीवित प्रकृति द्वारा निर्धारित होती है। हमारे उपचार संयंत्र केवल उस विशाल प्रक्रिया को पूरा करते हैं जो प्रकृति में हो रही है, हमारे लिए अदृश्य: मिट्टी या जलाशय में पानी बार-बार असंख्य अकशेरुकी जीवों के शरीर से होकर गुजरता है, उनके द्वारा फ़िल्टर किया जाता है और, कार्बनिक और अकार्बनिक अशुद्धियों से मुक्त होकर, एक जैसा हो जाता है। जैसा कि हम इसे नदियों, झीलों और झरनों में जानते हैं।
इस प्रकार, पृथ्वी पर हवा और पानी दोनों की गुणात्मक संरचना जीवित जीवों की महत्वपूर्ण गतिविधि पर निर्भर करती है। यह जोड़ा जाना चाहिए कि मिट्टी की उर्वरता - फसल का आधार - मिट्टी में रहने वाले जीवों की महत्वपूर्ण गतिविधि का परिणाम है: बड़ी संख्या में बैक्टीरिया, अकशेरूकीय, शैवाल।
जीवित प्रकृति के बिना मानवता का अस्तित्व नहीं हो सकता। इसलिए हमारे लिए इसे "कार्यशील स्थिति" में रखना अत्यंत आवश्यक है।
दुर्भाग्य से, यह करना इतना आसान नहीं है। ग्रह की संपूर्ण सतह के मानव अन्वेषण के परिणामस्वरूप, कृषि, उद्योग के विकास, वनों की कटाई, महाद्वीपों और महासागरों का प्रदूषण, पौधों, कवक और जानवरों की प्रजातियों की बढ़ती संख्या पृथ्वी के चेहरे से गायब हो रही है। लुप्त हुई प्रजाति को पुनः स्थापित नहीं किया जा सकता। यह लाखों वर्षों के विकास का उत्पाद है और इसमें एक अद्वितीय जीन पूल है - वंशानुगत जानकारी का एक अद्वितीय कोड जो प्रत्येक प्रजाति के अद्वितीय गुणों को निर्धारित करता है। कुछ अनुमानों के अनुसार, 80 के दशक की शुरुआत में। विश्व में औसतन हर दिन जानवरों की एक प्रजाति नष्ट होती थी, वर्ष 2000 तक यह दर बढ़कर प्रति घंटे एक प्रजाति तक पहुँच सकती है। हमारे देश में औसतन हर 3.5 साल में कशेरुकी जंतुओं की एक प्रजाति लुप्त हो जाती है। हम इस प्रवृत्ति को कैसे बदल सकते हैं और कुल "जीवन के योग" को कम करने के बजाय लगातार बढ़ाने के विकासवादी उचित मार्ग पर कैसे लौट सकते हैं? यह समस्या पूरी मानवता से संबंधित है, लेकिन जीवविज्ञानियों के काम के बिना इसे हल करना असंभव है।
आलंकारिक रूप से कहें तो, आधुनिक जीव विज्ञान एक विशाल, बहुमंजिला इमारत है जिसमें हजारों "कमरे" हैं - दिशाएँ, अनुशासन, संपूर्ण स्वतंत्र विज्ञान। बस उन्हें सूचीबद्ध करने में दर्जनों पृष्ठ लग सकते हैं।
जीव विज्ञान की इमारत में, जैसे कि, चार मुख्य "मंजिलें" हैं, जो जीवित पदार्थ के संगठन के मूलभूत स्तरों के अनुरूप हैं। पहली "मंजिल" आणविक आनुवंशिक है। यहां जीवित चीजों के अध्ययन का उद्देश्य वंशानुगत जानकारी (जीन), उनके परिवर्तन - उत्परिवर्तन, और वंशानुगत जानकारी संचारित करने की प्रक्रिया की इकाइयां हैं। दूसरा "तल" ओटोजेनेटिक, या व्यक्तिगत विकास का स्तर है। इस "मंजिल" पर होने वाली घटनाओं का अभी भी जीव विज्ञान में सबसे कम अध्ययन किया जाता है। यहां एक रहस्यमय प्रक्रिया घटित होती है जो यह निर्धारित करती है कि प्रत्येक व्यक्ति के सामान्य विकास के दौरान क्या दिखाई देना चाहिए - सही जगह पर, सही समय पर - किसी जानवर में एक पैर या एक आंख, किसी पौधे में एक पत्ती या छाल। अगला "मंजिल" जनसंख्या-प्रजाति स्तर है। इस स्तर पर प्राथमिक इकाइयाँ जनसंख्या हैं, यानी, एक ही प्रजाति के व्यक्तियों के अपेक्षाकृत छोटे, लंबे समय से मौजूद समूह, जिनके भीतर वंशानुगत जानकारी का आदान-प्रदान होता है। यहां प्राथमिक घटनाएं आबादी की जीनोटाइपिक संरचना में अपरिवर्तनीय परिवर्तन और अंततः विभिन्न अनुकूलन और नई प्रजातियों का उद्भव हैं। आखिरी, चौथी "मंजिल" पर, विभिन्न पैमानों की पारिस्थितिक प्रणालियों में प्रक्रियाएं होती हैं - कई प्रजातियों के जटिल समुदाय, समग्र रूप से जीवमंडल प्रक्रियाओं तक। इन समुदायों की प्राथमिक संरचनाएं बायोजियोकेनोज हैं, और प्राथमिक घटनाएं बायोजियोसेनोसिस का गतिशील संतुलन की एक अवस्था से दूसरी अवस्था में संक्रमण है, जो अंततः संपूर्ण जीवमंडल में परिवर्तन की ओर ले जाती है। प्रत्येक स्तर के अपने कानून होते हैं, लेकिन उनमें से प्रत्येक पर होने वाली घटनाएं अन्य स्तरों पर होने वाली घटनाओं से निकटता से संबंधित होती हैं।
हाल के दशकों में, आणविक जीव विज्ञान कुछ हद तक आगे बढ़ गया है (इस क्षेत्र में कार्यरत वैज्ञानिकों की संख्या और अनुसंधान के इस विशेष क्षेत्र के विकास के लिए विभिन्न देशों में आवंटित धन के संदर्भ में)। उल्लेखनीय परिणाम प्राप्त हुए हैं, विशुद्ध रूप से सैद्धांतिक (आनुवंशिक कोड और पहले कृत्रिम जीन के संश्लेषण को समझना) से लेकर व्यावहारिक (उदाहरण के लिए, आनुवंशिक इंजीनियरिंग का विकास)। जनसंख्या जीव विज्ञान अब तेजी से विकसित होने लगा है, जिससे बढ़ती मानव आबादी के लिए आवश्यक खाद्य उत्पादों के उत्पादन में वृद्धि, जीवित जीवों की तेजी से लुप्त हो रही प्रजातियों के संरक्षण, से जुड़ी कई आधुनिक समस्याओं को सफलतापूर्वक हल करना संभव हो जाएगा। एक बड़ी और बड़ी आबादी के विकासवादी विकास के प्रबंधन के लिए संक्रमण का भव्य कार्य। और अधिक प्रकार। अनुसंधान के जीवमंडल "मंजिल" का गहन विकास दूर नहीं है।
किसी को यह नहीं सोचना चाहिए कि शास्त्रीय क्षेत्रों - प्राणीशास्त्र, वनस्पति विज्ञान, आकृति विज्ञान, शरीर विज्ञान, व्यवस्थित विज्ञान और अन्य - में जीवविज्ञानी पहले ही सब कुछ कर चुके हैं। यहां अभी भी बहुत काम किया जाना बाकी है. क्या आप जानते हैं कि हमारे ग्रह पर रहने वाले आधे से भी कम जीवों का वैज्ञानिक रूप से वर्णन किया गया है (सटीक विवरण प्रदान किया गया है और एक वैज्ञानिक नाम दिया गया है) - केवल लगभग 4.5 मिलियन प्रजातियाँ, और कुछ अनुमानों के अनुसार, एक तिहाई या एक से भी अधिक नहीं उनमें से चौथाई? यहां तक कि हमारे देश में, जो मुख्य रूप से समशीतोष्ण जलवायु क्षेत्र में स्थित है, कार्बनिक रूपों की विविधता से अलग नहीं है, वैज्ञानिक सालाना दर्जनों नई प्रजातियों (मुख्य रूप से अकशेरुकी) की खोज करते हैं।
क्या यह जीवाश्म विज्ञानियों का शोध आकर्षक नहीं है, जो जीवाश्म जीवों के बिखरे हुए अवशेषों का उपयोग करके, लंबे समय से विलुप्त जानवरों की उपस्थिति को फिर से बनाते हैं, पिछले युगों की प्रकृति का पुनर्निर्माण करते हैं, और जैविक दुनिया के विकास के तरीकों का पता लगाते हैं?
और यहां सबसे दिलचस्प खोज शोधकर्ताओं का इंतजार कर रही है। उदाहरण के लिए, 3 अरब वर्ष से अधिक पुरानी चट्टानों में सबसे पुराने परमाणु-पूर्व जीवाश्मों की खोज कितनी सनसनीखेज थी! इसका मतलब यह है कि पृथ्वी पर तब भी जीवन मौजूद था। आनुवंशिकीविदों, प्राणीशास्त्रियों, वनस्पतिशास्त्रियों, जैव रसायनज्ञों, शरीर विज्ञानियों आदि का काम भी कम आकर्षक और खोजों से भरा नहीं है।
पृथ्वी पर हममें से अधिक से अधिक लोग हैं, और हम बेहतर से बेहतर जीना चाहते हैं। इसलिए, समाज के विकास के लिए अधिक से अधिक कच्चे माल और विभिन्न प्रकार के उत्पादों की आवश्यकता होती है। इससे पूरी राष्ट्रीय अर्थव्यवस्था को मजबूत करने का बड़ा काम सामने आ गया है, जिसमें वे शाखाएँ भी शामिल हैं जो जीव विज्ञान, मुख्य रूप से कृषि, वानिकी, शिकार और मछली पकड़ने से संबंधित हैं। लेकिन ये उद्योग ही नहीं. हमारे देश में, उदाहरण के लिए, सूक्ष्मजीवविज्ञानी उद्योग बनाया गया है और सफलतापूर्वक विकसित हो रहा है - राष्ट्रीय अर्थव्यवस्था की एक बड़ी शाखा जो भोजन और चारा उत्पाद (पशुधन और मुर्गीपालन, खेती की गई मछली, आदि के लिए), नवीनतम दवाएं और दवाएं प्रदान करती है। और यहां तक कि विभिन्न खनिजों को निकालने में भी मदद करता है। राष्ट्रीय अर्थव्यवस्था की एक और जैविक शाखा शुरू हो गई है और पहले से ही अपना पहला फल दे रही है - जैव प्रौद्योगिकी, जो मानवता के लिए आवश्यक पदार्थों और उत्पादों को बनाने के लिए भौतिक-रासायनिक (आणविक) जीव विज्ञान द्वारा खोजी गई प्रक्रियाओं और संरचनाओं के उपयोग पर आधारित है। जैविक विज्ञान के सबसे महत्वपूर्ण क्षेत्रों के विकास, चिकित्सा और कृषि के साथ उनके व्यावहारिक संबंध के विस्तार पर "1986-1990 और 2000 तक की अवधि के लिए यूएसएसआर के आर्थिक और सामाजिक विकास की मुख्य दिशाओं" में चर्चा की गई है। सीपीएसयू की XXVII कांग्रेस।
सघनीकरण का अर्थ प्राकृतिक संसाधनों की मितव्ययिता और विकासशील समाज के हित में उनका संरक्षण भी है। जीवित प्राकृतिक संसाधनों की एक उल्लेखनीय संपत्ति उनकी नवीकरणीयता, जीवित जीवों के प्रजनन के परिणामस्वरूप बहाल होने की उनकी क्षमता है। इसलिए, जीवित प्राकृतिक संसाधनों के उपयोग को तेज करके, यह सुनिश्चित करना संभव और आवश्यक है कि वे अनिश्चित काल तक हमारी सेवा करें। यह प्रकृति की जीवित शक्तियों के वास्तविक आर्थिक, मितव्ययी उपयोग और रखरखाव को व्यवस्थित करके किया जा सकता है। कई वैज्ञानिक इन समस्याओं के समाधान पर काम कर रहे हैं। इन सभी मुद्दों पर पार्टी और सरकार काफी ध्यान देती है. सीपीएसयू कार्यक्रम (नया संस्करण) कहता है: "पार्टी पर्यावरण प्रबंधन पर नियंत्रण को मजबूत करने और आबादी की पर्यावरण शिक्षा को अधिक व्यापक रूप से विस्तारित करने के लिए इसे आवश्यक मानती है।"
जब इस पुस्तक को बनाने का विचार आया, तो लेखकों की टीम के लिए निर्धारित मुख्य कार्यों में से एक आधुनिक जीव विज्ञान की महत्वपूर्ण और दिलचस्प विशेषताओं के बारे में बात करना था, इसके विभिन्न क्षेत्रों में पहले ही क्या हासिल किया जा चुका है और जीवविज्ञानियों की कौन सी अनसुलझी समस्याएं हैं। चेहरा। हम पाठ्यपुस्तक को दोहराए बिना, लेकिन जीव विज्ञान में स्कूल पाठ्यक्रम द्वारा प्रदान किए गए ज्ञान पर भरोसा करते हुए, यह दिखाना चाहते थे कि जीवविज्ञानी प्रयोगशालाओं और अभियानों में क्या काम कर रहे हैं। शब्दकोश में हमारे देश और अन्य देशों के उत्कृष्ट जीवविज्ञानियों के बारे में कई निबंध भी शामिल हैं। यह विज्ञान में हमारे पूर्ववर्तियों के काम का धन्यवाद है कि आज हमारे पास जो ज्ञान है।
इस पुस्तक को कैसे पढ़ें इसके बारे में कुछ शब्द। पाठ में आपको अक्सर इटैलिक में शब्द मिलेंगे। इसका मतलब यह है कि शब्दकोश में इस अवधारणा के बारे में एक विशेष लेख है। पुस्तक के अंत में स्थित वर्णमाला सूचकांक आपको शब्दकोश की सामग्री को नेविगेट करने में मदद करेगा। अनुशंसित पठन सामग्री की सूची पर अवश्य नज़र डालें।
हमें उम्मीद है कि "एक युवा जीवविज्ञानी का विश्वकोश शब्दकोश" आपको जीवित प्रकृति के बारे में बहुत सी नई और आकर्षक चीजें सीखने, आपके सवालों के जवाब ढूंढने और जीवित चीजों के अद्भुत विज्ञान - जीव विज्ञान में रुचि जगाने और विकसित करने में मदद करेगा।
भौतिक विज्ञानी क्वांटम प्रभावों के बारे में सौ से अधिक वर्षों से जानते हैं, उदाहरण के लिए, क्वांटा की एक स्थान पर गायब होने और दूसरे में प्रकट होने की क्षमता, या एक ही समय में दो स्थानों पर होने की क्षमता। हालाँकि, क्वांटम यांत्रिकी के अद्भुत गुण न केवल भौतिकी पर, बल्कि जीव विज्ञान पर भी लागू होते हैं।
क्वांटम जीवविज्ञान का सबसे अच्छा उदाहरण प्रकाश संश्लेषण है: पौधे और कुछ बैक्टीरिया सूर्य के प्रकाश से ऊर्जा का उपयोग उन अणुओं के निर्माण के लिए करते हैं जिनकी उन्हें आवश्यकता होती है। यह पता चला है कि प्रकाश संश्लेषण वास्तव में एक आश्चर्यजनक घटना पर निर्भर करता है - ऊर्जा के छोटे द्रव्यमान स्वयं का उपयोग करने के सभी संभावित तरीकों का "अन्वेषण" करते हैं, और फिर सबसे कुशल "चयन" करते हैं। शायद पक्षी नेविगेशन, डीएनए उत्परिवर्तन, और यहां तक कि गंध की हमारी भावना भी किसी न किसी तरह से क्वांटम प्रभावों पर निर्भर करती है। यद्यपि विज्ञान का यह क्षेत्र अभी भी अत्यधिक अटकलबाजी और विवादास्पद है, वैज्ञानिकों का मानना है कि एक बार क्वांटम जीव विज्ञान से प्राप्त विचार नई दवाओं और बायोमिमेटिक सिस्टम के निर्माण का कारण बन सकते हैं (बायोमिमेट्रिक्स एक और नया वैज्ञानिक क्षेत्र है जहां जैविक प्रणालियों और संरचनाओं का उपयोग किया जाता है) नई सामग्री और उपकरण बनाएं)।
3. एक्सोमेटोरोलॉजी
बृहस्पति एक्सओसियोग्राफर्स और एक्सोगियोलॉजिस्ट के साथ-साथ, एक्सोमेटोरोलॉजिस्ट अन्य ग्रहों पर होने वाली प्राकृतिक प्रक्रियाओं का अध्ययन करने में रुचि रखते हैं। अब जब शक्तिशाली दूरबीनों ने आस-पास के ग्रहों और चंद्रमाओं की आंतरिक प्रक्रियाओं का अध्ययन करना संभव बना दिया है, तो एक्सोमेटोरोलॉजिस्ट उनके वायुमंडलीय और मौसम की स्थिति की निगरानी कर सकते हैं। और शनि, अपने अविश्वसनीय पैमाने के साथ, अनुसंधान के लिए प्रमुख उम्मीदवार हैं, जैसे कि मंगल, अपनी नियमित धूल भरी आंधियों के साथ।
एक्सोमेटोरोलॉजिस्ट हमारे सौर मंडल के बाहर के ग्रहों का भी अध्ययन करते हैं। और दिलचस्प बात यह है कि वे अंततः कार्बनिक निशान या वायुमंडल में कार्बन डाइऑक्साइड के ऊंचे स्तर का पता लगाकर एक्सोप्लैनेट पर अलौकिक जीवन के संकेत पा सकते हैं - जो औद्योगिक सभ्यता का संकेत है।
4. न्यूट्रिजेनोमिक्स
न्यूट्रीजेनोमिक्स भोजन और जीनोम अभिव्यक्ति के बीच जटिल संबंधों का अध्ययन है। इस क्षेत्र में काम करने वाले वैज्ञानिक आनुवंशिक विविधताओं और आहार प्रतिक्रियाओं की भूमिका को समझने की कोशिश कर रहे हैं कि पोषक तत्व जीनोम को कैसे प्रभावित करते हैं।
भोजन का वास्तव में आपके स्वास्थ्य पर बहुत बड़ा प्रभाव पड़ता है - और यह वस्तुतः आणविक स्तर पर शुरू होता है। न्यूट्रीजेनोमिक्स दोनों दिशाओं में काम करता है: यह अध्ययन करता है कि हमारा जीनोम वास्तव में गैस्ट्रोनॉमिक प्राथमिकताओं को कैसे प्रभावित करता है, और इसके विपरीत। अनुशासन का मुख्य लक्ष्य व्यक्तिगत पोषण बनाना है - यह सुनिश्चित करना है कि हमारा भोजन हमारे जीन के अद्वितीय सेट के लिए आदर्श रूप से अनुकूल है।
5. क्लियोडायनामिक्स
क्लियोडायनामिक्स एक अनुशासन है जो ऐतिहासिक मैक्रोसोशियोलॉजी, आर्थिक इतिहास (क्लियोमेट्रिक्स), दीर्घकालिक सामाजिक प्रक्रियाओं के गणितीय मॉडलिंग के साथ-साथ ऐतिहासिक डेटा के व्यवस्थितकरण और विश्लेषण को जोड़ता है।
यह नाम इतिहास और कविता के ग्रीक संग्रहालय क्लियो के नाम से आया है। सीधे शब्दों में कहें तो, क्लियोडायनामिक्स इतिहास के व्यापक सामाजिक संबंधों की भविष्यवाणी और वर्णन करने का एक प्रयास है - अतीत का अध्ययन करने के लिए और भविष्य की भविष्यवाणी करने के संभावित तरीके के रूप में, उदाहरण के लिए, सामाजिक अशांति का पूर्वानुमान लगाने के लिए।
6. सिंथेटिक जीव विज्ञान
सिंथेटिक जीव विज्ञान नए जैविक भागों, उपकरणों और प्रणालियों का डिजाइन और निर्माण है। इसमें अनगिनत उपयोगी अनुप्रयोगों के लिए मौजूदा जैविक प्रणालियों को उन्नत करना भी शामिल है।
इस क्षेत्र के अग्रणी विशेषज्ञों में से एक क्रेग वेंटर ने 2008 में घोषणा की थी कि उन्होंने एक जीवाणु के रासायनिक घटकों को एक साथ जोड़कर उसके पूरे जीनोम का पुनर्निर्माण किया है। दो साल बाद, उनकी टीम ने "सिंथेटिक जीवन" बनाया - डीएनए अणुओं को डिजिटल रूप से कोडित किया गया, फिर 3डी प्रिंट किया गया और जीवित बैक्टीरिया में डाला गया।
भविष्य में, जीवविज्ञानी शरीर में प्रवेश के लिए उपयोगी जीव और बायोरोबोट बनाने के लिए विभिन्न प्रकार के जीनोम का विश्लेषण करने का इरादा रखते हैं जो रसायनों - जैव ईंधन - का उत्पादन कर सकते हैं। गंभीर बीमारियों के इलाज के लिए प्रदूषण से लड़ने वाले कृत्रिम बैक्टीरिया या टीके बनाने के भी विचार हैं। इस वैज्ञानिक अनुशासन की क्षमता बहुत अधिक है।
7. पुनः संयोजक मेमेटिक्स
विज्ञान का यह क्षेत्र अपनी प्रारंभिक अवस्था में है, लेकिन यह पहले से ही स्पष्ट है कि यह केवल समय की बात है - देर-सबेर वैज्ञानिक संपूर्ण मानव नोस्फीयर (लोगों को ज्ञात सभी सूचनाओं की समग्रता) और कैसे सूचना का प्रसार मानव जीवन के लगभग सभी पहलुओं को प्रभावित करता है।
पुनः संयोजक डीएनए की तरह, जहां विभिन्न आनुवंशिक अनुक्रम कुछ नया बनाने के लिए एक साथ आते हैं, पुनः संयोजक मेमेटिक्स अध्ययन करता है कि कैसे एक व्यक्ति से दूसरे व्यक्ति में पारित विचारों को समायोजित किया जा सकता है और अन्य मेम और मेमप्लेक्स के साथ जोड़ा जा सकता है - परस्पर जुड़े मेम के स्थापित परिसरों। यह "सामाजिक चिकित्सीय" उद्देश्यों के लिए उपयोगी हो सकता है, उदाहरण के लिए, कट्टरपंथी और चरमपंथी विचारधाराओं के प्रसार का मुकाबला करना।
8. कम्प्यूटेशनल समाजशास्त्र
क्लियोडायनामिक्स की तरह, कम्प्यूटेशनल समाजशास्त्र सामाजिक घटनाओं और प्रवृत्तियों का अध्ययन करता है। इस अनुशासन का केंद्र कंप्यूटर और संबंधित सूचना प्रसंस्करण प्रौद्योगिकियों का उपयोग है। बेशक, यह अनुशासन कंप्यूटर के आगमन और इंटरनेट के व्यापक उपयोग के साथ ही विकसित हुआ।
इस अनुशासन में विशेष रूप से हमारे दैनिक जीवन से जानकारी के विशाल प्रवाह पर ध्यान दिया जाता है, उदाहरण के लिए, ईमेल, फोन कॉल, सोशल मीडिया पोस्ट, क्रेडिट कार्ड खरीदारी, खोज इंजन क्वेरी इत्यादि। कार्य के उदाहरणों में सामाजिक नेटवर्क की संरचना और उनके माध्यम से जानकारी कैसे वितरित की जाती है, या इंटरनेट पर अंतरंग संबंध कैसे उत्पन्न होते हैं, इसका अध्ययन हो सकता है।
9. संज्ञानात्मक अर्थशास्त्र
आम तौर पर, अर्थशास्त्र पारंपरिक वैज्ञानिक विषयों से जुड़ा नहीं है, लेकिन सभी वैज्ञानिक क्षेत्रों के करीबी संपर्क के कारण इसमें बदलाव हो सकता है। इस अनुशासन को अक्सर व्यवहारिक अर्थशास्त्र (आर्थिक निर्णयों के संदर्भ में हमारे व्यवहार का अध्ययन) के साथ भ्रमित किया जाता है। संज्ञानात्मक अर्थशास्त्र हम कैसे सोचते हैं इसका विज्ञान है। इस अनुशासन के बारे में एक ब्लॉग के लेखक ली कैल्डवेल इसके बारे में लिखते हैं:
“संज्ञानात्मक (या वित्तीय) अर्थशास्त्र... यह देखता है कि जब कोई व्यक्ति चुनाव करता है तो उसके दिमाग में वास्तव में क्या चल रहा होता है। निर्णय लेने की आंतरिक संरचना क्या है, इस पर क्या प्रभाव पड़ता है, इस समय मस्तिष्क कौन सी जानकारी ग्रहण करता है और इसे कैसे संसाधित किया जाता है, किसी व्यक्ति की प्राथमिकता के आंतरिक रूप क्या हैं और अंततः, ये सभी प्रक्रियाएं व्यवहार में कैसे परिलक्षित होती हैं ?
दूसरे शब्दों में, वैज्ञानिक अपने शोध को निचले, सरलीकृत स्तर पर शुरू करते हैं, और बड़े पैमाने पर आर्थिक व्यवहार का एक मॉडल विकसित करने के लिए निर्णय लेने के सिद्धांतों के माइक्रोमॉडल बनाते हैं। अक्सर यह वैज्ञानिक अनुशासन कम्प्यूटेशनल अर्थशास्त्र या संज्ञानात्मक विज्ञान जैसे संबंधित क्षेत्रों के साथ बातचीत करता है।
10. प्लास्टिक इलेक्ट्रॉनिक्स
इलेक्ट्रॉनिक्स में आम तौर पर निष्क्रिय और अकार्बनिक कंडक्टर और तांबा और सिलिकॉन जैसे अर्धचालक शामिल होते हैं। लेकिन इलेक्ट्रॉनिक्स की एक नई शाखा कंडक्टिंग पॉलिमर और कंडक्टिंग छोटे अणुओं का उपयोग करती है जो कार्बन पर आधारित होते हैं। ऑर्गेनिक इलेक्ट्रॉनिक्स में उन्नत सूक्ष्म और नैनो प्रौद्योगिकियों के विकास के साथ-साथ कार्यात्मक कार्बनिक और अकार्बनिक सामग्रियों के डिजाइन, संश्लेषण और प्रसंस्करण शामिल है।
सच में, यह विज्ञान की कोई नई शाखा नहीं है; पहला विकास 1970 के दशक में हुआ था। हालाँकि, सभी संचित डेटा को एक साथ लाना हाल ही में संभव हुआ, विशेष रूप से, नैनो टेक्नोलॉजी क्रांति के कारण। जैविक इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए धन्यवाद, हमारे पास जल्द ही जैविक सौर सेल, इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में स्व-संगठित मोनोलेयर और जैविक प्रोस्थेटिक्स हो सकते हैं, जो भविष्य में मनुष्यों के लिए क्षतिग्रस्त अंगों को बदलने में सक्षम होंगे: भविष्य में, तथाकथित साइबोर्ग अच्छी तरह से शामिल हो सकते हैं सिंथेटिक भागों की तुलना में अधिक कार्बनिक पदार्थ।
11. कम्प्यूटेशनल जीव विज्ञान
यदि आपको गणित और जीव विज्ञान समान रूप से पसंद है तो यह अनुशासन सिर्फ आपके लिए है। कम्प्यूटेशनल जीव विज्ञान गणित की भाषा के माध्यम से जैविक प्रक्रियाओं को समझने का प्रयास करता है। इसका उपयोग अन्य मात्रात्मक प्रणालियों, जैसे भौतिकी और कंप्यूटर विज्ञान, के लिए भी समान रूप से किया जाता है। ओटावा विश्वविद्यालय के वैज्ञानिक बताते हैं कि यह कैसे संभव हुआ:
“जैविक उपकरण के विकास और कंप्यूटिंग शक्ति तक आसान पहुंच के साथ, जीव विज्ञान को अधिक से अधिक डेटा के साथ काम करना पड़ता है, और प्राप्त ज्ञान की गति केवल बढ़ रही है। इस प्रकार, डेटा को समझने के लिए अब एक कम्प्यूटेशनल दृष्टिकोण की आवश्यकता है। साथ ही, भौतिकविदों और गणितज्ञों के दृष्टिकोण से, जीव विज्ञान उस स्तर तक परिपक्व हो गया है जहां जैविक तंत्र के सैद्धांतिक मॉडल का प्रयोगात्मक परीक्षण किया जा सकता है। इससे कम्प्यूटेशनल जीवविज्ञान का विकास हुआ।
इस क्षेत्र में काम करने वाले वैज्ञानिक अणुओं से लेकर पारिस्थितिक तंत्र तक हर चीज़ का विश्लेषण और माप करते हैं।
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