உயிரி தொழில் நுட்பவியலின் பயன்பாடுகள்: ஒரு மதிப்பெண் வினாக்கள், புத்தக வினா விடைகள் மற்றும் குறிப்புகள்

உயிரி தொழில் நுட்பவியலின் பயன்பாடுகள் பற்றி

நடுத்தரம் ~90 நிமிடப் படிப்பு

DNA வை வெட்டவும், இணைக்கவும், நகலெடுக்கவும் அறிவியலாளர்கள் கற்றுக்கொண்டதும் பல வழிகள் திறந்தன. பாக்டீரியாக்களை மனிதப் புரதங்களைத் தயாரிக்க வைக்க முடிந்தது. ஒரு வைரஸின் மரபணுக்களின் சில நகல்களைக் கொண்டே அதைக் கண்டறிய முடிந்தது. ஒரே ஓர் உடல் செல்லிலிருந்து ஒரு செம்மறி ஆட்டை உருவாக்க முடிந்தது. இந்தக் கருவிகள் உண்மையில் எதற்குப் பயன்படுகின்றன என்பதையே இப்பாடம் பார்க்கிறது.

பாடம் மருந்துகளிலிருந்து தொடங்குகிறது: E. coli இல் தயாரிக்கப்படும் மனித இன்சுலின், இன்டர்ஃபெரான்கள், மறுசேர்க்கைத் தடுப்பூசிகள். அடுத்து மரபு நோயின் காரணத்தையே சரிசெய்யும் மரபணு சிகிச்சை, மூலச்செல் சிகிச்சை ஆகியவை வருகின்றன. பிறகு நோய் கண்டறியும் முறைகளான PCR, ELISA வருகின்றன. இவை அறிகுறிகள் தோன்றும் முன்பே தொற்றைக் கண்டறிகின்றன. அதன் பின் முழு உயிரினங்கள் பற்றிப் பாடம் பேசுகிறது: மரபணு மாற்றப்பட்ட விலங்குகள், டாலி நகலாக்கம். இந்த ஆற்றலோடு வரும் கேள்விகளுடன் பாடம் முடிகிறது: உயிரி அறநெறி, உயிரித் திருட்டு, மரபணு மாற்றப்பட்ட உயிரினங்களை ஒழுங்குபடுத்தும் இந்தியக் குழுக்கள்.

இன்சுலினின் A, B சங்கிலிகள் எப்படித் தயாரிக்கப்பட்டு இணைக்கப்படுகின்றன, உடல் செல் மரபணு சிகிச்சைக்கும் இனச்செல் மரபணு சிகிச்சைக்கும் உள்ள வேறுபாடு, ஆற்றலின் அடிப்படையில் மூலச்செல்களின் வகைகள், PCR இன் மூன்று படிகள், GEAC மற்றும் RCGM இன் பெயர்களும் பணிகளும் ஆகியவை பாடநூல் வினாக்களில் அடிக்கடி வருகின்றன. ஒவ்வொரு தொழில்நுட்பத்தின் படிகளையும் வரிசைப்படி படியுங்கள். ஒரு மதிப்பெண் வினாவில் வரிசையை மாற்றிக் கொடுப்பது எளிதில் சிக்க வைக்கும் பொறி.

நீங்கள் கற்பவை

• மறுசேர்க்கை மனித இன்சுலினும் மறுசேர்க்கைத் தடுப்பூசிகளும் எப்படித் தயாரிக்கப்படுகின்றன என்று விளக்குதல்.
• உடல் செல் மரபணு சிகிச்சையையும் இனச்செல் மரபணு சிகிச்சையையும் வேறுபடுத்துதல்.
• தோற்றம் மற்றும் ஆற்றலின் அடிப்படையில் மூலச்செல்களை வகைப்படுத்துதல்.
• நோய்களை முன்கூட்டியே கண்டறிய PCR, ELISA எப்படி உதவுகின்றன என்று விளக்குதல்.
• மரபணு மாற்றப்பட்ட விலங்குகள் எப்படி உருவாக்கப்படுகின்றன, எதற்குப் பயன்படுகின்றன என்று விவரித்தல்.
• டாலியை நகலாக்கப் பயன்பட்ட உடல் செல் உட்கரு மாற்றத்தின் படிகளை வரிசைப்படுத்திக் கூறுதல்.
• உயிரி தொழில்நுட்பவியலில் உள்ள அறநெறிச் சிக்கல்கள், உயிரிப் பாதுகாப்பு வழிகாட்டுதல்கள், ஒழுங்குமுறை அமைப்புகள் பற்றி விவாதித்தல்.

தொடங்குவதற்கு முன்

• DNA அமைப்பு, DNA இரட்டிப்பாதல், மைய நெறிக்கோட்பாடு.
• மரபுப் பொறியியலின் அடிப்படைக் கொள்கைகள், நகலாக்கக் கடத்திகள்.

உயிரி தொழில் நுட்பவியலின் பயன்பாடுகள் — விரிவான விளக்கம்

மருத்துவம், விலங்குகள், சட்டம் ஆகியவற்றில் உயிரி தொழில்நுட்பவியல்

மருத்துவத்தில் உயிரி தொழில்நுட்பவியல்

மறுசேர்க்கை DNA தொழில்நுட்பம் (Recombinant DNA technology) மனிதப் புரதங்களைப் பெருமளவில் தயாரிக்க உதவுகிறது. மனித இன்சுலினுக்கு, A சங்கிலியையும் B சங்கிலியையும் குறிக்கும் DNA வரிசைகள் Escherichia coli இன் பிளாஸ்மிட்களில் தனித்தனியாகச் செருகப்படுகின்றன. பாக்டீரியாக்கள் இரண்டு சங்கிலிகளையும் தயாரிக்கின்றன. அவை பிரித்தெடுக்கப்பட்டு, தூய்மையாக்கப்பட்டு, டைசல்பைடு பிணைப்புகளால் இணைக்கப்படுகின்றன. இப்படிக் கிடைக்கும் செயல்படும் இன்சுலின் ஹியுமுலின் (Humulin) என்ற பெயரில் விற்கப்படுகிறது. முன்பு இன்சுலின் மாடு, பன்றி ஆகியவற்றின் கணையத்திலிருந்து பெறப்பட்டது. அது சில நோயாளிகளுக்கு ஒவ்வாமையை உண்டாக்கியது. மரபணு மாற்றப்பட்ட விலங்குகளும் இத்தகைய புரதங்களைத் தரலாம். ரோஸி என்ற மரபணு மாற்றப்பட்ட பசு மனித ஆல்ஃபா லாக்டால்புமின் கொண்ட பாலைத் தந்தது. மறுசேர்க்கை முறையில் தயாரிக்கப்படும் இன்டர்ஃபெரான்கள் வைரஸ் தொற்றுகளுக்கும் சில புற்றுநோய்களுக்கும் எதிராகப் பயன்படுகின்றன.

மரபணு சிகிச்சையும் மூலச்செல் சிகிச்சையும்

மரபணு சிகிச்சை (Gene therapy) குறைபாடுள்ள மரபணுவைச் சரிசெய்து மரபு நோயைக் குணப்படுத்துகிறது. மரபணு சேர்ப்பு சிகிச்சையில், இல்லாத ஒரு பணியை ஈடுசெய்ய மரபணுவின் இயல்பான நகல் சேர்க்கப்படுகிறது. மரபணு தடுப்பு சிகிச்சையில், ஓங்கு தன்மையுள்ள குறைபாடுள்ள மரபணுவைத் தடுக்க ஓர் எதிர்மறை (Antisense) மரபணு செலுத்தப்படுகிறது. முதல் மருத்துவ மரபணு சிகிச்சை 1990 இல் அடினோசின் டிஅமினேஸ் (ADA) குறைபாடுள்ள நான்கு வயதுச் சிறுமிக்கு அளிக்கப்பட்டது. அவளது லிம்போசைட்டுகள் உடலுக்கு வெளியே வளர்க்கப்பட்டன. ரெட்ரோவைரஸ் கடத்தியைக் கொண்டு செயல்படும் ADA cDNA அவற்றுக்குள் செலுத்தப்பட்டது. பிறகு அந்த செல்கள் அவள் உடலுக்குத் திருப்பி அனுப்பப்பட்டன. லிம்போசைட்டுகள் எப்போதும் உயிருடன் இருப்பதில்லை. எனவே இந்தச் சிகிச்சையைத் திரும்பத் திரும்பச் செய்ய வேண்டும். நிரந்தரமாகக் குணமாக, கருவின் தொடக்க நிலையிலேயே செல்களுக்குள் மரபணுவைச் செலுத்த வேண்டும். மூலச்செல் சிகிச்சை (Stem cell therapy), கருநிலை மற்றும் முதிர்ந்த மூலச்செல்கள் பகுப்படைந்து வேறு வகை செல்களாக மாறும் திறனைப் பயன்படுத்திச் சேதமடைந்த திசுக்களைச் சரிசெய்கிறது.

மூலக்கூறு நோய் கண்டறிதல்

நுண்ணோக்கி ஆய்வு, சீரம் பகுப்பாய்வு போன்ற வழக்கமான சோதனைகள், நோய்க்கிருமிகள் மிகக் குறைவாக உள்ள தொடக்க நிலையில் தொற்றைக் கண்டறியத் தவறுகின்றன. மூலக்கூறு முறைகள் இவற்றை விட மிக நுட்பமானவை. PCR (பாலிமரேஸ் சங்கிலி வினை) நோய்க்கிருமியின் சிறிய DNA அல்லது RNA பகுதியை மில்லியன் கணக்கில் நகலெடுக்கிறது. எனவே AIDS இருக்கலாம் என்று ஐயப்படும் நோயாளிகளில் HIV ஐயும், அரிவாள் செல் இரத்தசோகை போன்ற மரபு நோய்களில் திடீர் மாற்றங்களையும் இது கண்டறிகிறது. ELISA (நொதி இணைப்பு நோய்த்தடைக்காப்பு உறிஞ்சு ஆய்வு) குறிப்பிட்ட எதிர்ப்பொருள் தூண்டி - எதிர்ப்பொருள் வினை மூலம் எதிர்ப்பொருள் தூண்டிகளையோ எதிர்ப்பொருட்களையோ கண்டறிகிறது. இது கதிரியக்கத்துக்குப் பதிலாக நொதியால் ஏற்படும் நிற மாற்றத்தைப் பயன்படுத்துகிறது.

மரபணு மாற்றப்பட்ட விலங்குகளும் நகலாக்கமும்

மரபணு மாற்றப்பட்ட விலங்கு (Transgenic animal) தன் மரபணுத் தொகுதியில் ஓர் அயல் மரபணுவைக் கொண்டிருக்கும். அது அதன் சந்ததிகளுக்கும் கடத்தப்படும். இத்தகைய விலங்குகள் மனித நோய்களை ஆராயவும், தடுப்பூசிகள் மற்றும் மருந்துகளின் பாதுகாப்பைச் சோதிக்கவும், பாலில் பயனுள்ள புரதங்களைத் தயாரிக்கவும் பயன்படுகின்றன. 1997 இல் இயான் வில்மட்டும் கேம்பெல்லும் உடல் செல் உட்கரு மாற்றம் (Somatic cell nuclear transfer) மூலம் டாலி என்ற செம்மறி ஆட்டை உருவாக்கினர். மடி (பால் சுரப்பி) செல்லின் உட்கரு, தன் உட்கரு நீக்கப்பட்ட ஓர் அண்ட செல்லுடன் இணைக்கப்பட்டது. உருவான கரு ஒரு வாடகைத் தாயின் உடலில் வைக்கப்பட்டது. இதில் கருவுறுதல் எதுவும் நடக்கவில்லை. எனவே மடி செல்லைக் கொடுத்த ஆட்டுடன் டாலி மரபியல் ரீதியாக முற்றிலும் ஒத்திருந்தது.

அறநெறிச் சிக்கல்கள், ஒழுங்குமுறை, உயிரிப் பாதுகாப்பு

மரபணுக்களை மாற்றுவது அறநெறி மற்றும் பாதுகாப்பு சார்ந்த கேள்விகளை எழுப்புகிறது. உயிரி அறநெறி (Bioethics) மருத்துவத்திலும் ஆராய்ச்சியிலும் சரி, தவறு பற்றிப் பேசுகிறது. உயிரித் திருட்டு (Biopiracy) என்பது ஒரு நாட்டின் உயிரியல் வளங்களையோ பாரம்பரிய அறிவையோ அனுமதியின்றி அல்லது நியாயமான தொகை கொடுக்காமல் பயன்படுத்துவது. இந்தியாவில் உயிரி தொழில்நுட்பவியல் துறையின் கீழ் உள்ள மரபணு கையாளுதல் மறுஆய்வுக் குழு (RCGM) மரபுப் பொறியியல் உயிரினங்கள் மீதான ஆராய்ச்சியைக் கண்காணிக்கிறது. சுற்றுச்சூழல், வனம் மற்றும் காலநிலை மாற்ற அமைச்சகத்தின் கீழ் உள்ள மரபுப் பொறியியல் மதிப்பீட்டுக் குழு (GEAC) அவற்றைப் பெருமளவில் பயன்படுத்தவும் சுற்றுச்சூழலில் விடவும் ஒப்புதல் அளிக்கிறது.

தவிர்க்க வேண்டிய பொதுவான தவறுகள்

• உடல் செல் மரபணு சிகிச்சையையும் இனச்செல் மரபணு சிகிச்சையையும் குழப்புதல். உடல் செல் சிகிச்சை உடல் செல்களை மட்டுமே மாற்றுகிறது; இது சந்ததிக்குச் செல்லாது. இனச்செல் சிகிச்சை இனச்செல்களையோ தொடக்க நிலைக் கருவையோ மாற்றுகிறது; இது சந்ததிக்குக் கடத்தப்படுகிறது.
• கருநிலை மூலச்செல்களை முழு ஆற்றல் (Totipotent) செல்கள் என்று சொல்லுதல். அவை பல ஆற்றல் (Pluripotent) செல்கள். மூன்று கருமூல அடுக்குகளின் செல்களையும் அவை உருவாக்கும். ஆனால் தாய்சேய் இணைப்புத்திசுவுடன் கூடிய முழு உயிரினத்தை உருவாக்காது. கருமுட்டையும் அதன் தொடக்க செல்களும் மட்டுமே முழு ஆற்றல் கொண்டவை.
• PCR புரதங்களைக் கண்டறிகிறது என்று நினைத்தல். PCR, DNA வைப் பெருக்குகிறது (அல்லது RNA வை DNA ஆக நகலெடுத்த பின் பெருக்குகிறது). எதிர்ப்பொருள் தூண்டிகளையோ எதிர்ப்பொருட்களையோ கண்டறியும் சோதனை ELISA.
• PCR படிகளின் வரிசையை மாற்றி எழுதுதல். ஒவ்வொரு சுழற்சியிலும் முதலில் இழை பிரிதல் (Denaturation), பிறகு தொடக்க இழைகள் ஒட்டுதல் (Annealing), பிறகு நீட்சி (Extension) நடக்கிறது. ஒவ்வொன்றும் அதற்குரிய வெப்பநிலையில் நடக்கிறது.
• நகலாக்கத்தைப் பாலினப்பெருக்கம் என்று சொல்லுதல். உட்கரு மாற்றம் மூலம் நகலாக்கத்தில் கருவுறுதல் இல்லை. அது மரபியல் ரீதியாக முற்றிலும் ஒத்த நகலைத் தருகிறது.

இவற்றை பயிற்சித் தேர்வு மூலம் சோதித்துப் பாருங்கள்; பிறகு விடையுடன் கூடிய வினாக்கள் பகுதியில் விரிவான விளக்கத்தைப் படியுங்கள்.

அடிக்கடி கேட்கப்படும் கேள்விகள்

மறுசேர்க்கை இன்சுலின் என்றால் என்ன? அது எப்படித் தயாரிக்கப்படுகிறது?

மறுசேர்க்கை இன்சுலின் என்பது பாக்டீரியாக்கள் தயாரிக்கும் மனித இன்சுலின். இன்சுலினின் A, B சங்கிலிகளுக்கான DNA வரிசைகள் Escherichia coli இன் பிளாஸ்மிட்களில் செருகப்படுகின்றன. பாக்டீரியாக்கள் நொதிகலன்களில் வளர்க்கப்பட்டு இரண்டு சங்கிலிகளையும் தயாரிக்கின்றன. அவை பிரித்தெடுக்கப்பட்டு, தூய்மையாக்கப்பட்டு, டைசல்பைடு பிணைப்புகளால் இணைக்கப்பட்டுச் செயல்படும் இன்சுலின் ஆகிறது. இது ஹியுமுலின் என்ற பெயரில் விற்கப்படுகிறது.

மரபணு சிகிச்சை மரபு நோய்களை எப்படிக் குணப்படுத்துகிறது?

மரபணு சிகிச்சை நோயாளியின் செல்களுக்குள் செயல்படும் ஒரு மரபணுவைச் செலுத்துகிறது. அதனால் இல்லாத அல்லது குறைபாடுள்ள புரதத்தை அந்த செல்கள் தயாரிக்க முடிகிறது. மரபணு பொதுவாக ஒரு வைரஸ் கடத்தி மூலம் கொண்டு செல்லப்படுகிறது. ADA குறைபாடு நோயாளியில், ஒரு ரெட்ரோவைரஸ் ADA cDNA வை லிம்போசைட்டுகளுக்குள் கொண்டு சென்றது. மரபணு தடுப்பு சிகிச்சையில், ஓங்கு தன்மையுள்ள குறைபாடுள்ள மரபணுவைச் செயலிழக்கச் செய்ய எதிர்மறை மரபணு செலுத்தப்படுகிறது.

பல ஆற்றல் மூலச்செல்களுக்கும் சில ஆற்றல் மூலச்செல்களுக்கும் உள்ள வேறுபாடு என்ன?

கருநிலை மூலச்செல்கள் போன்ற பல ஆற்றல் (Pluripotent) மூலச்செல்கள் மூன்று கருமூல அடுக்குகளின் செல்களையும் உருவாக்க முடியும். எனவே உடலின் ஏறக்குறைய எல்லா வகை செல்களையும் அவை தரும். சில ஆற்றல் (Multipotent) மூலச்செல்கள் தொடர்புடைய ஒரு செல் குடும்பத்தை மட்டுமே உருவாக்கும். எடுத்துக்காட்டாக, எலும்பு மஜ்ஜையில் உள்ள இரத்தம் உருவாக்கும் மூலச்செல்கள் பல்வேறு இரத்த செல்களை மட்டுமே தருகின்றன.

வழக்கமான நோய் கண்டறியும் சோதனைகளை விட PCR ஏன் விரும்பப்படுகிறது?

வழக்கமான சோதனைகள் பொதுவாக நோய்க்கிருமி பெருகிய பின்னரோ அறிகுறிகள் தோன்றிய பின்னரோதான் பயன் தருகின்றன. PCR, நோய்க்கிருமியின் DNA அல்லது RNA வின் சில மூலக்கூறுகளைக்கூட மில்லியன் முறை நகலெடுக்கிறது. எனவே மிகத் தொடக்க நிலையிலேயே தொற்றை உறுதி செய்ய முடிகிறது. HIV போன்ற நோய்களில் முன்கூட்டியே கண்டறிவது சிகிச்சையையே மாற்றுகிறது.

டாலி செம்மறி ஆடு எப்படி நகலாக்கப்பட்டது?

1997 இல் இயான் வில்மட்டும் கேம்பெல்லும் உடல் செல் உட்கரு மாற்ற முறையைப் பயன்படுத்தினர். முதிர்ந்த ஒரு பெண் ஆட்டின் மடியிலிருந்து செல்களை எடுத்து, ஊட்டம் குறைந்த ஊடகத்தில் வளர்த்தனர். அதனால் அந்த செல்கள் பகுப்படைவது நின்றது. அத்தகைய ஒரு செல்லின் உட்கரு, வேறொரு பெண் ஆட்டின் உட்கரு நீக்கப்பட்ட அண்ட செல்லுடன் இணைக்கப்பட்டது. உருவான கரு சில நாட்கள் வளர்க்கப்பட்டு, வாடகைத் தாய் ஆட்டின் கருப்பையில் வைக்கப்பட்டது. அந்த ஆடு டாலியை ஈன்றது.

GEAC என்ன செய்கிறது?

மரபுப் பொறியியல் மதிப்பீட்டுக் குழு (GEAC) இந்தியாவின் சுற்றுச்சூழல், வனம் மற்றும் காலநிலை மாற்ற அமைச்சகத்தின் கீழ் உள்ள சட்டப்பூர்வ அமைப்பு. மரபுப் பொறியியல் உயிரினங்களையும் அவற்றின் பொருட்களையும் பெருமளவில் பயன்படுத்துதல், இறக்குமதி செய்தல், கொண்டு செல்லுதல், சுற்றுச்சூழலில் விடுதல் ஆகியவற்றை இது ஆய்வு செய்து ஒப்புதல் அளிக்கிறது. மனித நலத்தையும் சுற்றுச்சூழலையும் பாதுகாப்பதே இதன் நோக்கம்.