पर्यावरण, आरोग्य व जैवतंत्रज्ञान

पर्यावरण, मानवी आरोग्य व जैवतंत्रज्ञान : एक दृष्टिकोन

सांडपाण्यातील कार्बनी पदार्थांचे विघटन करण्यासाठी आणि घन कार्बनी (उत्सृष्ट) पदार्थांवर प्रक्रिया करून कंपोस्ट खत तयार करण्यासाठी अलीकडील काळात अतिसूक्ष्म जैवतंत्रज्ञान वापरले जाते. आधुनिक जैवतंत्रज्ञानामध्ये जैव औषध पुनर्निर्मिती (Bio-remediation), जैव कीटकनाशके (Bio-pesticides), जैवखते (Bio-fertilizer) आणि पर्यावरणावर लक्ष ठेवणारी जैवसंवेदके (Bio-Sensor) यांचा समावेश होतो…

जैवतंत्रज्ञान ही आधुनिक विज्ञानातील एक महत्त्वाची शाखा आहे. या शाखेची गेल्या काही वर्षांत झपाट्याने प्रगती झाली असून, ती मानव जातीला फायदेशीर ठरत आहे. जैवतंत्रज्ञानाने सजीवांमधील जैविक तत्त्वे आणि जैविक प्रक्रिया यांचा वापर करून नवनवीन तंत्रज्ञान विकसित केले आहे. दुधापासून दही, चीजसारखे पदार्थ तयार करणे, किण्वन प्रक्रियेने पाव तयार करणे किंवा मळीपासून मद्यार्क तयार करणे या सर्व जैवतांत्रिक क्रिया आहेत. मात्र, या पारंपरिक जैवतांत्रिक क्रिया आधुनिक जैवतंत्रज्ञानात समाविष्ट होत नाहीत. कारण आधुनिक जैवतंत्रज्ञान हे रेणू पातळीवर आधारलेले आहे. या जैवतंत्रज्ञानाचा वापर विविध रोगांवरील प्रतिजैविके तयार करण्यासाठी होतो, तसेच सजीवांमधील आनुवंशिक गुणधर्म बदलण्याचे तंत्रज्ञानसुद्धा आधुनिक जैवतंत्रज्ञानातील जनुकीय अभियांत्रिकी या शाखेत आहे. त्यामुळे क्रांतीकारी बदल घडवून आणण्याची क्षमता आधुनिक जैवतंत्रज्ञानात आहे.

डिऑक्सिरायबोन्यूक्लिक अ‍ॅसिड (DNA) चा शोध

डिऑक्सिरायबोन्यूक्लिक अ‍ॅसिड (DNA) हा रेणू आहे, तो माहिती संचय करतो आणि तो सजीवांचे आनुवंशिक गुणधर्म ठरवितो, यांसारख्या गोष्टी विसाव्या शतकाच्या सुरुवातीपर्यंत माहीत नव्हत्या. त्या काळात तंत्रज्ञान एवढे विकसित झाले नसल्याने पेशींमधील डीएनएसारखे घटक आणि त्यांच्या गुणधर्मांचा अभ्यास करणे शक्य झाले नव्हते.

इ. स. 1928 मध्ये ब्रिटिश शास्त्रज्ञ फ्रेडरिक ग्रिफिथ (Frederick Griffith) यांनी प्रथमच जनुकीय रुपांतरण तत्त्वाचे (Transforming Principle) अस्तित्व सिद्ध करणारा महत्त्वाचा प्रयोग केला. फ्रेडरिक ग्रिफिथ (Frederick Griffith) यांनी एकाच जातीचे पण दोन भिन्न प्रकारचे जीवाणू उंदरांवर वापरून प्रयोग केला. त्यापैकी एका प्रकारच्या जीवाणूमुळे ‘फुप्फुसदाह’ या विकाराची बाधा होत होती, तर दुसर्‍या प्रकारचा जीवाणू निरूपद्रवी होता, हे दोन भिन्न प्रकारचे सजीव जीवाणू वेगवेगळ्या उंदरांना टोचले. पहिल्या प्रकारचे सजीव जीवाणू ज्या उंदराला टोचले, तो उंदीर मृत पावला, तर दुसर्‍या प्रकारचे सजीव जीवाणू ज्या उंदराला टोचले, तो जीवंत राहिला. पहिल्या प्रकारच्या सजीव जीवाणूंना उष्णता देऊन मारण्यात आले. हे मृत जीवाणू आणि सजीव निरुपद्रवी जीवाणू एकाच वेळी एकाच उंदराला टोचण्यात आले. तेव्हा मात्र तो उंदीर मेला. यावरून मृत जीवाणूंमधील काही अंश (principle) सजीव निरुपद्रवी जीवाणूमध्ये जाऊन तो जीवाणू घातक झाला आणि त्यामुळे उंदीर मेला हे या प्रयोगातून सिद्ध झाले.

या प्रयोगानंतर बर्‍याच वर्षांनी महत्प्रयासाने शास्त्रज्ञांनी जीवाणूंमधील एक अंश वेगळा काढला. हा अंश म्हणजेच डीएनए (DNA) होय.  शर्करा रेणू, फॉसफेट रेणू व चार प्रकारचे नत्र रेणू (अ‍ॅडेनीन-A, सायटोसिन-C, ग्वामीन-G आणि शायमीन – T) यांपासून डीएनए बनतो. या रेणुंच्या लांबलचक शृंखलांनी डीएनएचा रेणू बनलेला असतो. या शृंखलेतील काही भाग माहिती संचय करतो आणि या भागाचा उपयोग प्रथिनांचे संश्‍लेषण करण्यासाठी होतो. या भागाला ‘जनुक’ (Gene) असे म्हणतात. जनुक सजीवांची वैशिष्ट्ये ठरवितो. ही वैशिष्ट्ये आनुवंशिक असतात. जनुकामध्ये झालेला बदल किंवा जनुकात पडलेली भर सजीवांमध्ये नवीन वैशिष्ट्ये (बदल) निर्माण करतात. आधुनिक जैवतंत्रज्ञानाने या गुणधर्माचा उपयोग कृषी, वैद्यकशास्त्र, पर्यावरण शास्त्र, इंधने, पशुसंवर्धन अशा विविध क्षेत्रांत करून त्यांचा विकास घडवून आणला आहे.

आरोग्य आणि जैवतंत्रज्ञान

रोगनिदान आणि रोग उपचार या मानवी आरोग्याशी निगडीत दोन प्रमुख बाबी आहेत. रोगनिदान जेवढ्या लवकर होईल, तेवढ्या लवकर तो रोग बरा करणे शक्य होते. जैवतंत्रज्ञानाच्या साहाय्याने विकसित झालेल्या नव्या साधनांमुळे आता एखाद्या व्यक्तीचे आजारपण ठरविण्यात त्या व्यक्तीच्या जनुकांची भूमिका कोणती आहे, हे बघण्याची संधी मिळणार आहे. याद्वारे मधुमेह आणि हृदयरोग यांचे निदान त्यांची शारीरिक लक्षणे दिसण्यापूर्वीच करणे शक्य आहे. मूल मातेच्या उदरात असतानाच त्याच्यामध्ये असणार्‍या जनुकीय दोषांचा मागोवा घेणेही शक्य झाले आहे. रोगोपचार हा मानवी आरोग्याचा अतिशय महत्त्वाचा घटक आहे. त्यासाठी अनेकविध औषधे वापरली जात आहेत. उदा. मधुमेह या विकारात बाहेरून इन्शुलीन देणे.

मानवी शरीराअंतर्गत स्वादुपिंड ही ग्रंथी असते, ज्यामध्ये अल्फा, गॅमा, बीटा आणि डेल्टा या चार पेशी असतात. या चार पेशींपैकी बीटा या पेशीमध्ये इन्शुलीन हे संप्रेरक तयार होत असते, जे शरीरातील साखर आणि इतर पोषकद्रव्यांच्या वापराचे नियमन करीत असते. मात्र, मधुमेह या विकारामध्ये मानवी शरीरातील बीटा पेशी अकार्यक्षम होतात. त्याचा विपरीत परिणाम इन्शुलीन तयार होण्याच्या प्रक्रियेवर होतो. परिणामी, शरीरातील साखरेचे प्रमाण योग्य ठेवण्यासाठी बाहेरून इन्शुलीन द्यावे लागते. पूर्वी हे इन्शुलीन घोड्यासारख्या प्राण्यांच्या यकृतापासून मिळविले जात असे. परिणामी इन्शुलीनची उपलब्धता कमी होती, त्यामुळे ते अत्यंत महाग होते. मात्र, जीवाणूंच्या रचनेत बदल घडवून आणता येतो आणि असे जीवाणू मानवाला आवश्यक असणारी प्रथिनयुक्त संप्रेरके बनवू शकतात हे जैवतंत्रज्ञानानाने दाखवून दिलेे आहे. आज हे तंत्रज्ञान वापरून विविध रोगांना प्रतिबंध करण्यासाठी तोंडाने घ्यावयाच्या लसी (डोस), इन्शुलीन आणि तत्सम प्रथिनयुक्त संप्रेरकांवर आधारित बरीचशी औषधे निर्माण केली जात आहेत. ती पुढीलप्रमाणे-

प्रथिनांची उत्पादने व उपयोग

एखाद्या रोगाविरुद्ध प्रतिकारक शक्ती वाढविण्यासाठी ‘लसीकरण पद्धती’ वापरतात. या पद्धतीमध्ये रोग निर्माण करणारे विषाणू किंवा जीवाणू मृत किंवा अर्धमेले करून वापरले जातात. हे सूक्ष्मजीव शरीरामध्ये टोचले जातात. लसीकरणामुळे शरीरात या मृत किंवा अर्धमृत जीवाणूंना प्रतिकार करणारी प्रथिने तयार होतात. अशी प्रथिने आवश्यक त्यावेळी वापरली जातात. पोलिओच्या लसीमध्ये पोलिओचे अर्धमेले केलेले विषाणू किंवा रोग निर्माण न करणारे विषाणू वापरले जातात. विषमज्वर, कॉलरा या रोगांच्या लसीमध्ये त्या त्या रोगांचे मृत जीवाणू वापरले जातात. मात्र, काही वेळेस हे अर्धमेले विषाणू किंवा जीवाणू पूर्णपणे कार्यरत होतात आणि व्यक्तीला तो रोग होतो. त्यामुळे प्रतिकूल परिणाम होतो, म्हणून मृत किंवा अर्धमृत जीवाणूंचा वापर करून तयार करण्यात आलेली लस टोचणे ही एक जोखीम आहे.

जैव अभियांत्रिकीद्वारे आता जीवाणूंचे किंवा विषाणूंचे जनुकीय गुणधर्म बदलणे शक्य झाले आहे. जनुकीय गुणधर्म बदललेले जीवाणू किंवा विषाणू रोगाला प्रतिकार करणारी प्रथिने मोठ्या प्रमाणावर तयार करू शकतात. त्यामुळे अलीकडेरोगाला प्रतिबंध करण्यासाठी अर्धमेले किंवा मृत जीवाणू किंवा विषाणू न टोचता जीवाणूंनी तयार केलेली शुद्ध स्वरूपातील प्रथिने शरीरात टोचली जातात. ही प्रथिने रोगाविरुद्धची प्रतिकारक शक्ती कार्यान्वित करून व्यक्तीला रोगमुक्त ठेवतात. उदा. हिपॅटिटीस बी. (Hepatitis B Virus – HBV) विषाणूची कावीळ प्रतिबंधक लस. या प्रकारच्या लसीमध्ये विषाणू किंवा जीवाणू शरीरामध्ये टोचले जात नाहीत. हा या पद्धतीचा मोठा फायदा आहे. अशा प्रकारे जीवाणूंनी तयार केलेली प्रतिकारी प्रथिने टोचल्यामुळे प्रतिकारक शक्ती यंत्रणा कार्यरत होते. लसीमुळे होणारी जोखीम टाळली जाते, म्हणून प्रथिने टोचणे अतिसुरक्षित आहे.

खाद्य लसी (Edible Vaccines)

जनुकीय तंत्रज्ञानाच्या माध्यमातून तयार करण्यात येत असलेल्या खाद्य लसी प्रायोगिक अवस्थेत आहेत. जनुकीय तंत्रज्ञान वापरून बटाट्याचे उत्पादन घेतले जात आहे. हे बटाटे कॉलरा रोगाच्या जीवाणूंना (व्हायब्रिओ कॉलरा- Vibro cholerae आणि इस्चेरशिया कोली Escherichia Coli) प्रतिबंध करू शकणारी प्रथिने निर्माण करतात. या प्रकारच्या बटाट्यांना जनुकीय पारेषित बटाटे (Transgenic Potatoes) असे म्हणतात. हे बटाटे मानव व इतर प्राण्यांनी खाल्ले असता, त्यांच्या शरीरामध्ये कॉलरा किंवा ई-कोली (E-Coli) जीवाणूंपासून होणार्‍या रोगाविरुद्ध लढण्यासाठी प्रतिकारक शक्ती निर्माण होते. मात्र, जनुकीय पारेषित बटाटे शिजवून खाता येत नाहीत. कारण ते शिजवले असता त्याच्यातील ही प्रथिने नष्ट होतात. त्यामुळे केळी, टोमॅटो असे कच्चे खाण्याजोगे पदार्थ जनुकीय पारेषित करण्याचे प्रयत्न होत आहेत. बंगळूर येथील ‘भारतीय विज्ञान संस्थे’ने (Indian Institute of Science, Banglore) जनुकीय पारेषित तंबाखूची जात विकसित केली आहे. या तंबाखूची पाने जनावरांनी चघळली, तर त्यांना एक प्रकारचा त्वचा रोग (Rinderpest) होत नाही. ही पाने चघळल्याने त्यांचे लसीकरण आपोआप घडून येते.

इंटरफेरॉन (Interferon)

‘इंटरफेरॉन’ हा लघु आकाराच्या प्रथिनांचा गट आहे. हा गट विषाणू संक्रमित रोगांवर उपचारासाठी वापरला जातो. याची निर्मिती करण्यासाठी रक्ताची गरज असते. रक्तापासून तयार झालेल्या या ‘इंटरफेरॉन’मधून खूप कमी रुग्णांची गरज भागविली जाते. याऐवजी जनुकीय पारेषित केलेले ‘इस्चेरशिया कोली’ हे जीवाणू ‘इंटरफेरॉन’ निर्मितीसाठी वापरतात.

बरेचसे रोग आनुवंशिक असतात. हे रोग एका पिढीतून दुसर्‍या पिढीत संक्रमित होतात. या रोगांवर कोणताही उपाय नसतो. कारण हे रोग जनुकीय विकृतीमुळे झालेले असतात. यकृतातील पेशींमध्ये जनुकीय दोष निर्माण झाले, तर फिनाईलकीटोनुरिया (Phenylketonuria-PKV) हा विकार होतो. अशा वेळी यकृतातील पेशींवर जनुकीय उपचार केले जातात. त्या पद्धतीला ‘जनुकीय कायिक उपचार पद्धती’ (Somatic Gene Therapy) असे म्हणतात.

अतिसूक्ष्म जैवतंत्रज्ञान आणि पर्यावरण

आधुनिक जैवतंत्रज्ञान वापरून पर्यावरणविषयक बर्‍याचशा प्रश्‍नांची उकल करणे शक्य आहे. पारंपरिक पद्धतीने सांडपाणी आणि घन कार्बनी (उत्सृष्ट) पदार्थ यांच्यावर करण्यात येणारी विघटन प्रक्रिया हे अतिसूक्ष्म जैवतंत्रज्ञानाचे (Microbial biotechnology) उत्तम उदाहरण आहे.

सांडपाण्यामध्ये मोठ्या प्रमाणात कार्बनी पदार्थ असतात. पाण्याच्या नैसर्गिक प्रवाहात असे कार्बनीयुक्त सांडपाणी सोडले, तर पाण्यातील ऑक्सिडेशनची प्रक्रिया थांबते. परिणामी, पाण्यातील ऑक्सिजनचे प्रमाण कमी होऊन नदीमधील जलजीव आणि जल वनस्पती यांच्यावर प्रतिकूल परिणाम होतो. त्यामुळे प्रक्रिया केलेलेच सांडपाणी नदीमध्ये सोडले पाहिजे.

सांडपाण्यातील कार्बनी पदार्थांचे विघटन करण्यासाठी आणि घन कार्बनी (उत्सृष्ट) पदार्थांवर प्रक्रिया करून कंपोस्ट खत तयार करताना अलीकडील काळात अतिसूक्ष्म जैवतंत्रज्ञान वापरले जाते. आधुनिक जैवतंत्रज्ञानामध्ये जैव औषध पुनर्निर्मिती (Bio-remediation), जैव कीटकनाशके (Bio-pesticides), जैवखते (Bio-fertilizer), आणि पर्यावरणावर लक्ष ठेवणारी जैवसंवेदके (Bio-Sensor) यांचा समावेश होतो.

जैव औषध पुनर्निमिती (Bio-remediation)

पाणी, सांडपाणी आणि दूषित जमीन यांमधील घातक विषारी रसायने आणि प्रदूषके काढून टाकण्यासाठी वनस्पती किंवा सूक्ष्म जीवाणूंसारख्या जैविक जीवांचा उपयोग करण्याच्या प्रक्रियेला जैव औषध पुनर्निमिती (Bio-remediation) असे म्हणतात. प्रदूषित पाणी आणि जमीन यातील हायड्रोजन, हायड्रोकार्बन आणि तेलयुक्त रसायणे यांसारखी प्रदूषके वेगळी करण्यासाठी अनेक प्रकारचे सूक्ष्म जीवाणू वापरले जातात. या कामासाठी प्रामुख्याने सुडोमोनाज (Pseudomonas) नावाचे जीवाणू उपयोगी ठरतात.

काही वनस्पतींमध्ये काही धातू साठवून ठेवण्याची नैसर्गिक प्रवृत्ती असते. उदाहरणार्थ, टेरिस व्हीटाटा या नेचा जातीतील वनस्पती जमिनीतून अर्सेनिक धातू शोषून घेतात. वनस्पतीद्वारा उपाययोजनेसाठी (Phyto-remediation) जनुकीय पारेषित (Genetically Engineered) वनस्पतींवर संशोधन चालू आहे. भारतीय जनुकीय पारेषित मोहरीची जात मोठ्या प्रमाणात सेलेनियम खनिज शोषून घेते, असा निष्कर्ष मिळाला आहे. त्याचप्रमाणे सुर्यफुल, अल्फाल्फा (गवत) तीन पाती गवत (Clover) आणि (Rye) यांसारख्या गवताच्या प्रकारांचा उपयोग वनस्पतींद्वारा उपाययोजनेसाठी (Phytoremediation) करतात.

अशा प्रकारे जैव तंत्रज्ञानाच्या माध्यमातून मानव निसर्गावर मात करू पाहात आहे, असे म्हटले तर वावगे ठरणार नाही.

स्त्रोत – विकासपीडिया. / photo – janshakti newspaper.