जीनोम अनुक्रमण (Genome Sequencing)

• जीनोम अनुक्रमण  वह प्रक्रिया है जिसमें किसी व्यक्ति में आधार जोड़े के सटीक क्रम को समझना शामिल है। जीनोम को समझना या पढ़ना ही अनुक्रमण है। अनुक्रमण की लागत रीडिंग करने के लिए नियोजित तरीकों या जीनोम को डिकोड करने में जोर दी गई सटीकता के आधार पर भिन्न होती है।
• जीनोम अनुक्रमण एक प्रयोगशाला प्रक्रिया है जिसके माध्यम से वैज्ञानिक एक समय में किसी जीव के जीनोम का जटिल डीएनए अनुक्रम (ए, टी, जी, सी के संदर्भ में) प्राप्त करते हैं ।
• लार, उपकला कोशिकाएं, अस्थि मज्जा, बाल, बीज और पौधों की पत्तियों जैसी डीएनए युक्त कोशिकाओं को अनुक्रमण के लिए नमूने के रूप में उपयोग किया जाता है।
• जीनोम अनुक्रमण स्वचालित डीएनए अनुक्रम नामक एक उपकरण द्वारा किया जाता है।

जीनोम अनुक्रमण की आवश्यकता :

• 2003 में जब से मानव जीनोम को पहली बार अनुक्रमित किया गया, तब से इसने बीमारी और प्रत्येक व्यक्ति की अद्वितीय आनुवंशिक संरचना के बीच संबंध पर एक नया दृष्टिकोण खोला।
• लगभग 10,000 बीमारियाँ – जिनमें सिस्टिक फ़ाइब्रोसिस और थैलेसीमिया शामिल हैं – एक जीन की खराबी का परिणाम मानी जाती हैं।
• जबकि जीन कुछ दवाओं के प्रति कुछ हद तक असंवेदनशील हो सकते हैं, जीनोम अनुक्रमण से पता चला है कि कैंसर को भी कुछ अंगों की बीमारी के रूप में देखे जाने के बजाय आनुवंशिकी के दृष्टिकोण से समझा जा सकता है।

मानव जीनोम परियोजना (HGP)

मानव  जीनोम परियोजना  (एचजीपी) एक अंतरराष्ट्रीय वैज्ञानिक अनुसंधान  परियोजना थी  जिसका लक्ष्य मानव डीएनए बनाने वाले आधार जोड़े का निर्धारण करना  और  भौतिक और कार्यात्मक दोनों दृष्टिकोण से मानव जीनोम  के  सभी जीनों की पहचान और मानचित्रण करना था। 

HPG और इसके लाभ:

1. सामान्य और जटिल बीमारियों के लिए उपलब्ध आनुवंशिक परिवर्तनशीलता की भारी मात्रा का उपयोग करके पूर्वानुमानित और पूर्वनिर्धारित मार्करों की पहचान में तेजी लाई जाएगी।
2. परियोजना के डेटा से मनुष्यों और हमारे निकटतम रिश्तेदारों के बीच समानता और अंतर से जुड़े कई सवालों के जवाब मिलने की उम्मीद है।

विशिष्ट अनुप्रयोग – जीनोम अनुसंधान अन्य क्षेत्रों में संभावित रूप से सहायक हो सकता है

• दवा
  • रोग का बेहतर निदान और रोग की आनुवंशिक प्रवृत्ति का शीघ्र पता लगाना
  • तर्कसंगत दवा डिजाइन
  • पित्रैक उपचार
  • वंशानुगत उत्परिवर्तन की संभावना कम करें
  • उत्परिवर्तजन रसायनों और कैंसर पैदा करने वाले विषाक्त पदार्थों के विकिरण जोखिम से होने वाली स्वास्थ्य क्षति और जोखिमों तक पहुंचें।
• विकासवादी जीव विज्ञान और मानव विज्ञान
  • विकास का अध्ययन
  • विभिन्न मानव जनसंख्या समूहों के प्रवास का अध्ययन
• ऊर्जा और पर्यावरण अनुप्रयोग
  • बैक्टीरिया और अन्य जीवों का पता लगाएं जो हवा, पानी, मिट्टी और भोजन को प्रदूषित कर सकते हैं।
• डीएनए फोरेंसिक
  • अपराधों और आपदा पीड़ितों की पहचान करें।
  • प्रत्यारोपण कार्यक्रमों में अंग दाताओं का प्राप्तकर्ताओं से मिलान करें
• कृषि
  • विकास यदि उत्पादक और रोग, कीट और सूखा प्रतिरोधी फसलें
  • अधिक स्वस्थ, अधिक उत्पादक और रोग प्रतिरोधी पशु।

राष्ट्रीय जीनोमिक ग्रिड (National Genomic Grid)

• यह भारत के कैंसर रोगियों के जीनोमिक डेटा का अध्ययन करेगा।
• यह सभी कैंसर उपचार संस्थानों को बोर्ड पर लाकर अखिल भारतीय संग्रह केंद्रों के नेटवर्क के माध्यम से कैंसर रोगियों से नमूने एकत्र करेगा।
• बनने वाला ग्रिड भारतीय भारतीय प्रौद्योगिकी संस्थान, मद्रास में स्थापित राष्ट्रीय कैंसर ऊतक बायोबैंक (एनसीटीबी) के अनुरूप होगा।
  • नेशनल कैंसर टिश्यू बायोबैंक (एनसीटीबी),   भारत सरकार के विज्ञान और प्रौद्योगिकी विभाग (डीएसटी) और भारतीय प्रौद्योगिकी संस्थान, मद्रास की एक संयुक्त पहल है।
  • बायोबैंक कैंसर से पीड़ित रोगियों की सहमति से कैंसर ऊतक के नमूने एकत्र करता है।
  • इसका उद्देश्य कैंसर अनुसंधान को सुविधाजनक बनाने के लिए शोधकर्ताओं को कैंसर के ऊतकों की उच्च गुणवत्ता और रोगी डेटा प्रदान करना है जिससे कैंसर के निदान और उपचार में सुधार होगा।
• यह शोध जीनोम सीक्वेंसिंग की तकनीक के जरिए किया गया है।
• इसके अलावा, जीनोम इंडिया इनिशिएटिव के तहत, सरकार कैंसर जैसी बीमारियों के इलाज के लिए नैदानिक ​​​​परीक्षण और प्रभावी उपचार विकसित करने के लिए (अगले पांच वर्षों में) 20,000 भारतीय जीनोम को स्कैन करने की योजना बना रही है।

मानव जीनोम परियोजना-लिखें (Human Genome Project-Write)

• मानव जीनोम की एक पूर्ण अगुणित प्रतिलिपि में कम से कम तीन अरब डीएनए न्यूक्लियोटाइड बेस जोड़े होते हैं, जिनका वर्णन मानव जीनोम प्रोजेक्ट – पढ़ें कार्यक्रम (2004 तक 95% पूर्ण) में किया गया है ।
• जीपी-राइट के कई लक्ष्यों में मानव जीनोम के अनुसंधान और नैदानिक ​​अनुक्रमण में उत्पन्न होने वाले अज्ञात महत्व के वेरिएंट का परीक्षण करने के लिए सभी वायरस और संश्लेषण असेंबली लाइनों के लिए प्रतिरोधी सेल लाइनों का निर्माण करना शामिल है (जो लागत, गुणवत्ता और तेजी से सुधार कर रहा है) व्याख्या)।

स्वदेशी परियोजना (Indigen Project)

• अप्रैल 2019 में CSIR द्वारा IndiGen पहल शुरू की गई थी, जिसे CSIR-इंस्टीट्यूट ऑफ जीनोमिक्स एंड इंटीग्रेटिव बायोलॉजी (IGIB), दिल्ली और CSIR-सेंटर फॉर सेल्युलर एंड मॉलिक्यूलर बायोलॉजी (CCMB), हैदराबाद द्वारा लागू किया गया था।
• इसका उद्देश्य आनुवंशिक महामारी विज्ञान को सक्षम बनाना और जनसंख्या जीनोम डेटा का उपयोग करके सार्वजनिक स्वास्थ्य प्रौद्योगिकियों के अनुप्रयोगों को विकसित करना है।
• इसने एक परिभाषित समयसीमा में जनसंख्या पैमाने पर जीनोम अनुक्रमण और कम्प्यूटेशनल विश्लेषण की मापनीयता को बेंचमार्क करने में सक्षम बनाया है।
• संपूर्ण जीनोम अनुक्रमण के माध्यम से मनुष्यों के आनुवंशिक ब्लूप्रिंट को डिकोड करने की क्षमता बायोमेडिकल विज्ञान के लिए एक प्रमुख चालक होगी।
• इंडीजेन कार्यक्रम का लक्ष्य भारत के विभिन्न जातीय समूहों का प्रतिनिधित्व करने वाले हजारों व्यक्तियों का संपूर्ण जीनोम अनुक्रमण करना है।

नैनोपोर जीन अनुक्रमण (Nanopore Gene Sequencing)

• यह पुरानी तकनीकों की तुलना में पहले की तुलना में तेज़ और सस्ती दर पर लंबे डीएनए या आरएनए टुकड़ों के प्रत्यक्ष, वास्तविक समय विश्लेषण को सक्षम बनाता है।
• यह विद्युत प्रवाह में परिवर्तन की निगरानी करके काम करता है क्योंकि न्यूक्लिक एसिड प्रोटीन नैनोपोर के माध्यम से पारित किया जाता है।
  • न्यूक्लिक एसिड जीवन के सभी रूपों के लिए आवश्यक हैं और सभी कोशिकाओं और वायरस में पाए जाते हैं। न्यूक्लिक एसिड दो प्राकृतिक रूपों में आते हैं जिन्हें डीएनए और आरएनए कहा जाता है।
• परिणामी सिग्नल को विशिष्ट डीएनए या आरएनए अनुक्रम प्रदान करने के लिए डिकोड किया जाता है।

DNA माइक्रोएरे

• हाल के वर्षों में, डीएनए माइक्रोएरे नामक एक नई तकनीक ने जीवविज्ञानियों के बीच जबरदस्त रुचि आकर्षित की है।
• यह तकनीक एक ही चिप पर पूरे जीनोम की निगरानी करने का वादा करती है ताकि शोधकर्ताओं को एक साथ हजारों जीनों के बीच बातचीत की बेहतर तस्वीर मिल सके।
• यह व्यापक रूप से माना जाता है कि किसी भी जीव में हजारों जीन और उनके उत्पाद (यानी, आरएनए और प्रोटीन) एक जटिल और सुव्यवस्थित तरीके से कार्य करते हैं जो जीवन का रहस्य बनाते हैं।
• हालाँकि, आणविक जीव विज्ञान में पारंपरिक तरीके आम तौर पर ” एक जीन-एक प्रयोग ” के आधार पर काम करते हैं, जिसका अर्थ है कि थ्रूपुट बहुत सीमित है और जीन फ़ंक्शन की “संपूर्ण तस्वीर” प्राप्त करना कठिन है। माइक्रोएरे टेक्नोलॉजी एक प्रयोग में कई जीनों का अध्ययन करने का वादा करती है।
• माइक्रोएरे में बड़ी संख्या में डीएनए अणु होते हैं जो एक ठोस सब्सट्रेट , आमतौर पर एक स्लाइड पर व्यवस्थित क्रम में देखे जाते हैं। आधार युग्मन या संकरण डीएनए माइक्रोएरे का अंतर्निहित सिद्धांत है।
• माइक्रोएरे पूरक एकल-फंसे न्यूक्लिक एसिड के अधिमान्य बंधन का शोषण करता है।
• एक माइक्रोएरे आमतौर पर एक ग्लास (या कोई अन्य सामग्री) स्लाइड होती है, जिस पर डीएनए अणु निश्चित स्थानों (स्पॉट) पर जुड़े होते हैं।
• इस तकनीक के कई नाम हैं – डीएनए ऐरे, जीन चिप्स, बायोचिप्स, डीएनए चिप्स और जीन ऐरे । डीएनए माइक्रोएरे तकनीक का उपयोग हजारों मैसेंजर आरएनए अणुओं की अभिव्यक्ति का विश्लेषण करने के लिए किया जाता है ।

इस तकनीक का उपयोग निम्नलिखित का अध्ययन करने के लिए किया गया है:

• ऊतक-विशिष्ट जीन
• किसी रोग में नियामक जीन दोष
• पर्यावरण के प्रति सेलुलर प्रतिक्रियाएँ
• कोशिका चक्र विविधताएँ

जेल वैद्युत कण संचलन (Gel Electrophoresis)

• जेल इलेक्ट्रोफोरेसिस एक तकनीक है जिसका उपयोग डीएनए टुकड़ों को उनके आकार के अनुसार अलग करने के लिए किया जाता है।
• चूंकि डीएनए के टुकड़े नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए अणु होते हैं, इसलिए उन्हें एक माध्यम/मैट्रिक्स के माध्यम से विद्युत क्षेत्र के तहत एनोड की ओर जाने के लिए मजबूर करके अलग किया जा सकता है।
• आजकल सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला मैट्रिक्स अगारोज है जो समुद्री शैवाल से निकाला गया एक प्राकृतिक बहुलक है।
• एगरोज़ जेल द्वारा प्रदान किए गए छानने के प्रभाव के माध्यम से डीएनए के टुकड़े अपने आकार के अनुसार अलग (विघटित) होते हैं। इसलिए, टुकड़े का आकार जितना छोटा होगा, वह उतनी ही दूर तक जाएगा।
• अलग किए गए डीएनए टुकड़ों को एथिडियम ब्रोमाइड नामक यौगिक के साथ डीएनए को धुंधला करने और उसके बाद यूवी विकिरण के संपर्क में आने के बाद ही देखा जा सकता है (आप दृश्य प्रकाश में और दाग के बिना शुद्ध डीएनए टुकड़े नहीं देख सकते हैं)
• डीएनए के अलग-अलग बैंडों को अगारोज जेल से काटा जाता है और जेल के टुकड़े से निकाला जाता है । इस चरण को निक्षालन के रूप में जाना जाता है।
• इस तरह से शुद्ध किए गए डीएनए टुकड़ों को क्लोनिंग वैक्टर के साथ जोड़कर पुनः संयोजक डीएनए के निर्माण में उपयोग किया जाता है।

आनुवंशिक निशान (Genetic Marker)

• गुणसूत्र पर ज्ञात स्थान के साथ डीएनए का एक संक्षिप्त अनुक्रम कोशिकाओं, व्यक्तियों या प्रजातियों की पहचान करने के लिए उपयोगी है
• वंशानुगत बीमारी और उसके आनुवंशिक कारण के बीच संबंध का अध्ययन करने के लिए आनुवंशिक मार्करों का उपयोग किया जा सकता है।

बायोमार्कर (Biomarker)

चिकित्सा में, बायोमार्कर किसी रोग की स्थिति की गंभीरता या उपस्थिति का एक मापने योग्य संकेतक है। आम तौर पर बायोमार्कर वह चीज़ होती है जिसका उपयोग किसी विशेष रोग अवस्था या किसी जीव की किसी अन्य शारीरिक अवस्था के संकेतक के रूप में किया जा सकता है।

बायोमार्कर एक ऐसा पदार्थ हो सकता है जिसे किसी जीव में अंग कार्य या स्वास्थ्य के अन्य पहलुओं की जांच करने के साधन के रूप में पेश किया जाता है । उदाहरण के लिए, रुबिडियम क्लोराइड का उपयोग हृदय की मांसपेशियों के छिड़काव का मूल्यांकन करने के लिए आइसोटोपिक लेबलिंग में किया जाता है । यह एक ऐसा पदार्थ भी हो सकता है जिसका पता लगाना किसी विशेष रोग की स्थिति का संकेत देता है, उदाहरण के लिए, एंटीबॉडी की उपस्थिति किसी संक्रमण का संकेत दे सकती है।