अध्याय 15 — विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी

जैव-प्रौद्योगिकी एवं आनुवंशिक इंजीनियरिंग

RAS Mains — सामान्य विज्ञान एवं प्रौद्योगिकी | Biotechnology & Genetic Engineering

उद्देश्य: इस अध्याय में केवल परिभाषाएँ नहीं, बल्कि जीन → DNA → Recombinant DNA → Genetic Engineering → Biotechnology → Applications → Biosafety → Ethics तक पूरा conceptual chain शामिल है। NCERT के वर्तमान 2025–26 Biology पाठ्यक्रम में Biotechnology के अंतर्गत Biotechnology: Principles and Processes तथा Biotechnology and its Applications शामिल हैं, जबकि genetic engineering, recombinant DNA, human insulin, vaccines, gene therapy, Bt crops, transgenic animals, biosafety, biopiracy और patents इसके प्रमुख हिस्से हैं।

1 जैव-प्रौद्योगिकी क्या है?

जैव-प्रौद्योगिकी (Biotechnology) वह तकनीकी क्षेत्र है जिसमें जीवित जीवों, कोशिकाओं, एंजाइमों या जैविक प्रक्रियाओं का उपयोग करके मानव उपयोग के लिए उपयोगी उत्पाद एवं प्रक्रियाएँ विकसित की जाती हैं।

जीव/कोशिका/जैव-अणु → वैज्ञानिक नियंत्रण → उपयोगी उत्पाद/सेवा

उदाहरण

दही निर्माण
एंटीबायोटिक
वैक्सीन
इंसुलिन
जैव-उर्वरक
जैव-कीटनाशी
GM फसलें
जीन थेरेपी
CRISPR आधारित जीन संपादन

2 पारंपरिक एवं आधुनिक जैव-प्रौद्योगिकी

2.1 पारंपरिक जैव-प्रौद्योगिकी by RAS A2Z

मानव ने सूक्ष्मजीवों और जैविक प्रक्रियाओं का उपयोग बहुत पहले से किया है।

उदाहरण—

दही
ब्रेड
सिरका
पनीर
शराब/एथेनॉल
चयनित प्रजनन (Selective breeding)

2.2 आधुनिक जैव-प्रौद्योगिकी by RAS A2Z

इसमें DNA और जीन के स्तर पर वैज्ञानिक हस्तक्षेप किया जाता है।

मुख्य तकनीकें—

Recombinant DNA Technology
Genetic Engineering
PCR
DNA Sequencing
Genome Editing
CRISPR-Cas9
Gene Therapy
Tissue Culture

3 आनुवंशिक इंजीनियरिंग क्या है?

आनुवंशिक इंजीनियरिंग (Genetic Engineering) वह तकनीक है जिसमें किसी जीव के DNA या जीन में लक्षित परिवर्तन करके वांछित गुण प्राप्त करने का प्रयास किया जाता है।

इसमें—

जीन की पहचान → DNA पृथक्करण → जीन में परिवर्तन/स्थानांतरण → नई आनुवंशिक संरचना → कोशिका में अभिव्यक्ति

जैसी प्रक्रियाएँ शामिल हो सकती हैं।

4 DNA — आनुवंशिक पदार्थ

DNA (Deoxyribonucleic Acid) अधिकांश जीवों में आनुवंशिक सूचना का प्रमुख वाहक है।

DNA की मूल इकाई

न्यूक्लियोटाइड (Nucleotide)

प्रत्येक न्यूक्लियोटाइड में—

नाइट्रोजनयुक्त क्षारक
डीऑक्सीराइबोज शर्करा
फॉस्फेट समूह

होता है।

चार प्रमुख क्षारक

एडेनिन (A)
थाइमिन (T)
ग्वानिन (G)
साइटोसिन (C)

पूरकता

A ↔ T
G ↔ C

5 जीन क्या है?

जीन (Gene) DNA का वह विशिष्ट अनुक्रम है जिसमें किसी कार्यात्मक RNA या प्रोटीन से संबंधित आनुवंशिक सूचना निहित होती है।

DNA → Gene → RNA → Protein → Trait/Function

हालाँकि सभी जीन सीधे प्रोटीन नहीं बनाते; कुछ कार्यात्मक RNA भी बनाते हैं।

6 जीन अभिव्यक्ति (Gene Expression)

किसी जीन में निहित सूचना का कार्यात्मक उत्पाद में उपयोग होना जीन अभिव्यक्ति कहलाता है।

DNA → Transcription → RNA → Translation → Protein

Transcription

DNA से RNA का निर्माण।

Translation

mRNA की सूचना के आधार पर राइबोसोम द्वारा प्रोटीन निर्माण।

7 Recombinant DNA क्या है?

जब अलग-अलग स्रोतों से प्राप्त DNA अनुक्रमों को जोड़कर एक नई DNA संरचना बनाई जाती है, तो उसे पुनर्संयोजित DNA (Recombinant DNA) कहते हैं।

उदाहरण—

मानव इंसुलिन जीन + प्लास्मिड DNA
↓
पुनर्संयोजित DNA
↓
बैक्टीरिया में प्रवेश
↓
इंसुलिन उत्पादन

यही आधुनिक जैव-प्रौद्योगिकी की महत्वपूर्ण आधारभूत अवधारणा है।

8 Recombinant DNA Technology

पुनर्संयोजित DNA तकनीक में सामान्यतः निम्न चरण समझे जाते हैं:

चरण 1 — वांछित जीन की पहचान।
चरण 2 — DNA का पृथक्करण।
चरण 3 — वांछित DNA अनुक्रम को काटना।
चरण 4 — वेक्टर (Vector) में जीन जोड़ना।
चरण 5 — Recombinant DNA बनाना।
चरण 6 — इसे होस्ट कोशिका में प्रवेश कराना।
चरण 7 — जीन की अभिव्यक्ति।
चरण 8 — उत्पाद प्राप्त करना और शुद्ध करना।

9 Restriction Enzymes

प्रतिबंधक एंजाइम (Restriction Enzymes) DNA को विशिष्ट न्यूक्लियोटाइड अनुक्रमों पर काटने वाले एंजाइम हैं।

इन्हें आनुवंशिक इंजीनियरिंग की "molecular scissors" कहा जाता है।

उदाहरण: EcoRI

यह DNA को एक विशिष्ट पहचान अनुक्रम पर काटता है। कुछ restriction enzymes ऐसे कट बनाते हैं जिनसे sticky ends बनते हैं।

10 DNA Ligase

DNA Ligase DNA के टूटे हुए भागों को जोड़ने वाला एंजाइम है।

आनुवंशिक इंजीनियरिंग में—

Restriction enzyme → DNA काटता है
DNA ligase → DNA जोड़ता है

इसी कारण दोनों recombinant DNA निर्माण में अत्यंत महत्वपूर्ण हैं।

11 वेक्टर (Vector)

वह DNA अणु जो वांछित जीन को होस्ट कोशिका तक पहुँचाने में सहायता करता है, वेक्टर कहलाता है।

प्रमुख उदाहरण

प्लास्मिड (Plasmid)
बैक्टीरियोफेज
कुछ वायरल वेक्टर

अच्छे वेक्टर की विशेषताएँ

प्रतिकृति बनाने की क्षमता
चयन योग्य मार्कर
उपयुक्त क्लोनिंग साइट
होस्ट में स्थिरता

12 प्लास्मिड (Plasmid)

प्लास्मिड छोटे, सामान्यतः वृत्ताकार, अतिरिक्त-गुणसूत्रीय DNA अणु होते हैं जो विशेषकर बैक्टीरिया में पाए जा सकते हैं।

आनुवंशिक इंजीनियरिंग में प्लास्मिड को वेक्टर के रूप में उपयोग किया जाता है। इसमें वांछित जीन जोड़कर recombinant DNA बनाया जा सकता है।

13 Host Cell

जिस कोशिका में recombinant DNA पहुँचाया जाता है और जहाँ उसका प्रतिकृतिकरण या अभिव्यक्ति होती है, उसे Host Cell कहते हैं।

उदाहरण

Escherichia coli
यीस्ट
अन्य सूक्ष्मजीवी कोशिकाएँ
पौधों की कोशिकाएँ
पशु कोशिकाएँ

14 Transformation

जब बाहरी DNA को किसी कोशिका, विशेषकर बैक्टीरिया, में प्रवेश कराया जाता है और कोशिका उसे ग्रहण करती है, तो इस प्रक्रिया को Transformation कहा जाता है। यह recombinant DNA technology का महत्वपूर्ण चरण है।

15 चयन योग्य मार्कर (Selectable Marker)

Recombinant DNA प्राप्त करने वाली कोशिकाओं की पहचान करने के लिए Selectable marker का उपयोग किया जा सकता है।

इससे वैज्ञानिक यह पहचान सकते हैं कि कौन-सी कोशिकाएँ वांछित DNA लेकर गई हैं।

महत्व

परिवर्तित कोशिकाओं की पहचान
चयन
recombinant clone प्राप्त करना

16 PCR क्या है?

PCR (Polymerase Chain Reaction) किसी विशिष्ट DNA अनुक्रम की बहुत बड़ी संख्या में प्रतियाँ बनाने की तकनीक है।

मुख्य चरण

Denaturation → Annealing → Extension

Denaturation: DNA की दोहरी कुंडली अलग होती है।
Annealing: Primers लक्षित DNA अनुक्रम से जुड़ते हैं।
Extension: DNA polymerase नया DNA बनाता है।

यह चक्र कई बार दोहराया जाता है।

17 PCR में Taq Polymerase

PCR में सामान्य DNA polymerase की बजाय ऊष्मा-सहिष्णु Taq DNA polymerase का उपयोग किया जाता है।

यह मूलतः Thermus aquaticus नामक ऊष्माप्रिय जीवाणु से संबंधित है।

📌 परीक्षा तथ्य

PCR → DNA amplification

Taq polymerase → thermostable DNA polymerase

18 DNA Sequencing

DNA में न्यूक्लियोटाइडों के क्रम को निर्धारित करने की प्रक्रिया को DNA sequencing कहते हैं।

उदाहरण: A–T–G–C–C–A… का सही क्रम निर्धारित करना।

उपयोग

आनुवंशिक रोगों का अध्ययन
जीन की पहचान
जीनोम अध्ययन
रोगजनक पहचान
अनुसंधान
व्यक्तिगत/सटीक चिकित्सा में संभावित उपयोग

19 जीन क्लोनिंग (Gene Cloning)

किसी विशिष्ट DNA अनुक्रम की अनेक समान प्रतियाँ बनाना जीन क्लोनिंग कहलाता है।

वांछित जीन → वेक्टर → होस्ट कोशिका → प्रतिकृति → अनेक प्रतियाँ

इससे किसी विशिष्ट जीन का अध्ययन या उसका उत्पाद प्राप्त करना संभव होता है।

20 जीन संपादन (Genome Editing)

Genome Editing में DNA के किसी विशिष्ट स्थान पर लक्षित परिवर्तन किया जाता है।

इसमें—

DNA का कुछ भाग हटाना
नया अनुक्रम जोड़ना
किसी आधार में परिवर्तन
जीन की कार्यक्षमता बदलना

जैसे परिवर्तन संभव हो सकते हैं।

21 CRISPR-Cas9

CRISPR-Cas9 आधुनिक genome-editing की प्रमुख तकनीकों में से एक है।

Guide RNA → लक्षित DNA की पहचान
↓
Cas9 enzyme → DNA में लक्षित कट
↓
कोशिका की DNA repair प्रक्रिया → परिवर्तन

CRISPR तकनीक का उपयोग अनुसंधान, कृषि तथा कुछ चिकित्सकीय अनुप्रयोगों में किया जा रहा है। ICAR के अनुसार genome editing से फसलों में उपज, रोग प्रतिरोध, तनाव-सहनशीलता और पोषण संबंधी गुणों में सुधार की संभावनाएँ हैं।

22 Genetic Engineering और Genome Editing में अंतर

आधार	Genetic Engineering	Genome Editing
तकनीक	जीन जोड़ना/स्थानांतरण आदि	लक्षित DNA परिवर्तन
विदेशी DNA	कई तकनीकों में हो सकता है	हमेशा आवश्यक नहीं
उदाहरण	Bt cotton	CRISPR editing
नियंत्रण	तकनीक पर निर्भर	अधिक लक्षित परिवर्तन संभव

⚠️ महत्वपूर्ण

दोनों शब्द समानार्थी नहीं हैं।

23 जैव-प्रौद्योगिकी के स्वास्थ्य क्षेत्र में अनुप्रयोग

प्रमुख अनुप्रयोग—

इंसुलिन उत्पादन
वैक्सीन
मोनोक्लोनल एंटीबॉडी
जीन थेरेपी
आनुवंशिक रोगों का निदान
PCR आधारित रोग पहचान
DNA sequencing
कैंसर अनुसंधान
genome editing

24 Recombinant Human Insulin

मानव इंसुलिन का उत्पादन recombinant DNA technology का प्रसिद्ध उदाहरण है।

मानव insulin gene → recombinant DNA → host microorganism → insulin production → purification

इससे बड़े पैमाने पर मानव इंसुलिन का उत्पादन संभव हुआ।

📌 परीक्षा में याद रखें

Insulin → recombinant DNA technology का प्रमुख चिकित्सा अनुप्रयोग।

25 वैक्सीन उत्पादन

आधुनिक जैव-प्रौद्योगिकी द्वारा विभिन्न प्रकार की वैक्सीन विकसित की जा सकती हैं।

तकनीकों में—

recombinant protein technology
viral-vector approaches
nucleic-acid आधारित प्लेटफॉर्म
अन्य आधुनिक जैव-तकनीकी विधियाँ

शामिल हो सकती हैं।

उद्देश्य: रोगजनक के विरुद्ध विशिष्ट प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया उत्पन्न करना।

26 जीन थेरेपी

जीन थेरेपी (Gene Therapy) में रोग के उपचार के लिए कोशिकाओं के आनुवंशिक पदार्थ में चिकित्सकीय उद्देश्य से परिवर्तन किया जाता है।

उद्देश्य हो सकते हैं—

दोषपूर्ण जीन के प्रभाव को कम करना
कार्यात्मक आनुवंशिक सामग्री उपलब्ध कराना
रोग पैदा करने वाली प्रक्रिया को लक्षित करना

Somatic Gene Therapy

परिवर्तन शरीर की गैर-जनन कोशिकाओं में किया जाता है और सामान्यतः अगली पीढ़ी को विरासत में नहीं जाता।

27 Germline Editing

जनन कोशिकाओं या ऐसे प्रारंभिक भ्रूणीय चरणों में आनुवंशिक परिवर्तन जिनसे परिवर्तन अगली पीढ़ियों तक पहुँच सकता है, germline/heritable editing से संबंधित है।

यह क्षेत्र वैज्ञानिक के साथ-साथ:

नैतिक
सामाजिक
कानूनी
सुरक्षा

प्रश्न भी उत्पन्न करता है।

WHO ने human genome editing के लिए विशेष governance और oversight की आवश्यकता पर बल दिया है तथा heritable human genome editing को गंभीर नैतिक एवं सुरक्षा चिंताओं वाला क्षेत्र माना है।

28 कृषि में जैव-प्रौद्योगिकी

कृषि जैव-प्रौद्योगिकी के प्रमुख उद्देश्य:

उच्च उत्पादकता
कीट प्रतिरोध
रोग प्रतिरोध
सूखा सहनशीलता
लवणता सहनशीलता
पोषण सुधार
फसल गुणवत्ता सुधार
जल एवं संसाधन उपयोग दक्षता

ICAR genome editing को जलवायु-सहनशील और संसाधन-कुशल फसलों के विकास के लिए महत्वपूर्ण क्षेत्र मानता है।

29 Bt फसल

Bt crops में Bacillus thuringiensis से संबंधित जीन का उपयोग कीट-प्रतिरोधी गुण विकसित करने के लिए किया गया है।

Bt toxin

कुछ Bt प्रोटीन कीटों के विशिष्ट लार्वा पर विषाक्त प्रभाव डाल सकते हैं।

भारत में प्रमुख उदाहरण

Bt cotton

इसका उद्देश्य कपास के कुछ प्रमुख कीटों से सुरक्षा प्रदान करना है।

30 गोल्डन राइस और जैव-सुदृढ़ीकरण

Golden Rice को विटामिन A के पूर्वगामी β-carotene के उत्पादन से संबंधित आनुवंशिक संशोधन के उदाहरण के रूप में पढ़ाया जाता है।

इसका व्यापक उद्देश्य पोषण संबंधी कमी से निपटने की संभावनाओं से जोड़ा जाता है।

📌 परीक्षा में अंतर

Biofortification ≠ केवल GM technology

Biofortification पारंपरिक प्रजनन, जैव-प्रौद्योगिकी या अन्य विधियों से भी हो सकता है।

31 ट्रांसजेनिक जीव (Transgenic Organisms)

जिस जीव में किसी अन्य जीव से प्राप्त जीन को कृत्रिम आनुवंशिक तकनीक द्वारा शामिल किया गया हो, उसे सामान्यतः Transgenic organism कहा जाता है।

उदाहरण

Bt cotton
कुछ ट्रांसजेनिक पशु

उपयोग

अनुसंधान
औषधि उत्पादन
रोग अध्ययन
कृषि गुण सुधार

32 ट्रांसजेनिक पशु

आनुवंशिक रूप से परिवर्तित पशुओं का उपयोग:

रोग मॉडल
जीन कार्य अध्ययन
औषधीय प्रोटीन उत्पादन
विकासात्मक जीवविज्ञान
जैव-चिकित्सकीय अनुसंधान

में किया जा सकता है।

इससे मानव रोगों के अध्ययन के लिए नियंत्रित जैविक मॉडल विकसित करने में सहायता मिलती है।

33 पशु जैव-प्रौद्योगिकी

पशु क्षेत्र में जैव-प्रौद्योगिकी के अनुप्रयोग:

कृत्रिम गर्भाधान
भ्रूण स्थानांतरण
पशु प्रजनन सुधार
जीनोमिक चयन
रोग निदान
वैक्सीन
पशु स्वास्थ्य
आनुवंशिक सुधार

आदि हैं।

34 पौध ऊतक संवर्धन (Plant Tissue Culture)

Tissue Culture में पौधों की कोशिकाओं/ऊतकों को नियंत्रित पोषक माध्यम पर विकसित किया जाता है। इसका आधार:

Totipotency

पौधे की उपयुक्त जीवित कोशिका में पूर्ण पौधा बनाने की क्षमता।

उपयोग

रोग-मुक्त पौध
तीव्र गुणन
दुर्लभ पौधों का संरक्षण
समान आनुवंशिक पौध सामग्री
कृषि एवं बागवानी

35 सूक्ष्म प्रवर्धन (Micropropagation)

Tissue culture द्वारा थोड़े से पौध पदार्थ से बड़ी संख्या में पौध तैयार करने की प्रक्रिया को Micropropagation कहते हैं।

Explant → Culture → Shoot formation → Rooting → Plantlet → Acclimatization

यह विशेष रूप से उच्च मूल्य वाली बागवानी फसलों में उपयोगी है।

36 जैव-प्रौद्योगिकी और पर्यावरण

पर्यावरणीय अनुप्रयोग:

जैव-उपचार (Bioremediation)
अपशिष्ट उपचार
बायोगैस
जैव-ईंधन
प्रदूषक अपघटन
सूक्ष्मजीवी अपघटन
कार्बन पुनर्चक्रण

इस प्रकार जैव-प्रौद्योगिकी को परिपत्र जैव-अर्थव्यवस्था (Circular Bioeconomy) से भी जोड़ा जा सकता है।

37 जैव-सुरक्षा (Biosafety)

जैव-प्रौद्योगिकी में जैव-सुरक्षा का उद्देश्य यह सुनिश्चित करना है कि नई जैविक तकनीकों और उत्पादों से:

मानव स्वास्थ्य
पशु स्वास्थ्य
जैव-विविधता
पर्यावरण

पर अनावश्यक जोखिम न पड़े।

इसमें जोखिम आकलन, नियंत्रित प्रयोग, निगरानी और नियामक व्यवस्था महत्वपूर्ण हैं।

38 जैव-प्रौद्योगिकी की प्रमुख चिंताएँ

जैव-सुरक्षा: अनपेक्षित जैविक प्रभावों का मूल्यांकन।
जैव-सुरक्षा एवं जैव-जोखिम: हानिकारक जैविक एजेंटों के दुरुपयोग या अनियंत्रित प्रसार से संबंधित जोखिम।
पर्यावरणीय प्रभाव: GM organisms के पर्यावरण में संभावित प्रभावों का मूल्यांकन।
नैतिक प्रश्न: विशेषकर human genome editing में।
बौद्धिक संपदा: जीन, तकनीक और जैव-संसाधनों से संबंधित पेटेंट।

39 जैव-दोहन (Biopiracy)

किसी देश या समुदाय के जैविक संसाधनों अथवा पारंपरिक ज्ञान का उचित अनुमति, लाभ-साझेदारी या अधिकारों के बिना व्यावसायिक उपयोग Biopiracy से संबंधित समस्या है।

भारत के संदर्भ में:

जैव-विविधता
पारंपरिक ज्ञान
औषधीय पौधे
स्थानीय जैव-संसाधन

महत्वपूर्ण विषय हैं।

40 पेटेंट और जैव-प्रौद्योगिकी

Patent किसी आविष्कार/तकनीकी नवाचार पर निर्धारित कानूनी अवधि के लिए विशेष अधिकार प्रदान करने वाली बौद्धिक संपदा व्यवस्था है।

जैव-प्रौद्योगिकी में पेटेंट से जुड़े प्रश्न:

नए जैव-तकनीकी उत्पाद
प्रक्रियाएँ
औद्योगिक तकनीक
आनुवंशिक संसाधनों से जुड़े अधिकार

से संबंधित हो सकते हैं।

41 भारत में जैव-प्रौद्योगिकी का नियामक पक्ष

भारत में जैव-प्रौद्योगिकी से संबंधित अनुसंधान और उत्पादों के लिए biosafety और regulatory oversight महत्वपूर्ण है।

विशेष रूप से आनुवंशिक रूप से संशोधित जीवों तथा GM crops के मामले में जोखिम मूल्यांकन और नियामक प्रक्रियाएँ महत्वपूर्ण हैं। ICAR ने GM crops के संदर्भ में biosafety, regulatory aspects तथा field trials जैसे विषयों को प्रमुख माना है।

42 CRISPR और भारत — नवीन अनुप्रयोग

भारत में genome editing का कृषि क्षेत्र में वास्तविक विकास देखने को मिला है। ICAR ने 2025 में DRR Rice 100 (Kamla) और Pusa DST Rice 1 नामक genome-edited rice varieties की घोषणा की।

ICAR के अनुसार ये CRISPR-Cas आधारित genome-editing से विकसित की गई और इनमें उपज, जल उपयोग तथा जलवायु-सहनशीलता से संबंधित लाभ बताए गए हैं।

यह तथ्य RAS के लिए समसामयिक + विज्ञान + कृषि के intersection पर अत्यंत उपयोगी है।

43 जैव-प्रौद्योगिकी और राजस्थान

राजस्थान के संदर्भ में जैव-प्रौद्योगिकी के संभावित/महत्वपूर्ण क्षेत्र:

शुष्क क्षेत्र कृषि
सूखा-सहनशील फसलें
लवणता-सहनशील फसलें
पशु जैव-प्रौद्योगिकी
औषधीय एवं सुगंधित पौधे
ऊतक संवर्धन
जैव-उर्वरक
जैव-कीटनाशी
जैव-उपचार
कृषि-अवशेषों से जैव-ऊर्जा

विशेष रूप से arid agriculture + biotechnology + climate resilience RAS के लिए एक उपयोगी समेकित आयाम है।

44 Biotechnology का समेकित उपयोग-मानचित्र

45 अध्याय के सबसे महत्वपूर्ण Conceptual Links

DNA → Gene → Protein → Trait
Gene → Recombinant DNA → Vector → Host → Product
DNA → PCR → Amplification
DNA → Sequencing → Genetic information
DNA → CRISPR-Cas → Genome editing
Biotechnology → Health + Agriculture + Industry + Environment

46 RAS Prelims के लिए 20 Master Facts

📌 Quick Facts

DNA आनुवंशिक सूचना का प्रमुख वाहक है।
जीन DNA का विशिष्ट कार्यात्मक अनुक्रम है।
Restriction enzyme DNA को विशिष्ट स्थान पर काटता है।
DNA ligase DNA fragments जोड़ता है।
Plasmid एक महत्वपूर्ण cloning vector है।
PCR DNA amplification की तकनीक है।
Taq polymerase ऊष्मा-सहिष्णु DNA polymerase है।
Recombinant DNA अलग स्रोतों के DNA को जोड़कर बनाया जा सकता है।
Host cell recombinant DNA को धारण/अभिव्यक्त कर सकती है।
Insulin recombinant biotechnology का प्रमुख उदाहरण है।
Bt cotton insect-resistant GM crop का उदाहरण है।
Tissue culture का आधार totipotency है।
Micropropagation पौधों का तीव्र क्लोनल गुणन है।
CRISPR-Cas9 genome editing की प्रमुख तकनीक है।
Genome editing और transgenesis समान अवधारणाएँ नहीं हैं।
Somatic editing सामान्यतः heritable नहीं होती।
Germline/heritable editing गंभीर नैतिक प्रश्न उठाती है।
Bioremediation पर्यावरणीय सफाई में जैविक प्रणालियों का उपयोग है।
Biopiracy जैव-संसाधनों/पारंपरिक ज्ञान के अनुचित उपयोग से संबंधित है।
Biotechnology का उपयोग स्वास्थ्य, कृषि, उद्योग और पर्यावरण—चारों क्षेत्रों में होता है।

📌 आधुनिक संदर्भ

WHO मानव genome editing में सुरक्षा, प्रभावशीलता, नैतिकता और governance को महत्वपूर्ण मानता है; विशेषकर heritable editing के मामले में oversight की आवश्यकता पर बल दिया गया है।

47 एक नजर में पूरा अध्याय

जैव-प्रौद्योगिकी एवं आनुवंशिक इंजीनियरिंग
↓
DNA → Gene → Protein → Trait
↓
Recombinant DNA Technology
Restriction Enzyme | DNA Ligase | Vector | Host Cell
↓
PCR | DNA Sequencing | Gene Cloning | CRISPR
↓
अनुप्रयोग
स्वास्थ्य → Insulin, Vaccine, Gene Therapy
कृषि → Bt crops, Golden Rice, Biofortification
उद्योग → Enzymes, Antibiotics, Organic acids
पशु → Transgenic Animals, Animal Biotech
पर्यावरण → Bioremediation, Biofuel
↓
Biosafety | Ethics | Biopiracy | Patents

Chapter 15 — Science & Technology

Biotechnology and Genetic Engineering

RAS Mains — General Science & Technology | जैव-प्रौद्योगिकी एवं आनुवंशिक इंजीनियरिंग

Objective: This chapter includes not only definitions but a complete conceptual chain from Gene → DNA → Recombinant DNA → Genetic Engineering → Biotechnology → Applications → Biosafety → Ethics. In the current 2025–26 NCERT Biology syllabus, Biotechnology includes Biotechnology: Principles and Processes, and Biotechnology and its Applications, while genetic engineering, recombinant DNA, human insulin, vaccines, gene therapy, Bt crops, transgenic animals, biosafety, biopiracy, and patents are its major components.

1 What is Biotechnology?

Biotechnology is a technological field in which living organisms, cells, enzymes, or biological processes are used to develop useful products and processes for human use.

Organism/Cell/Biomolecule → Scientific control → Useful product/service

Examples

Curd production
Antibiotics
Vaccines
Insulin
Biofertilizers
Biopesticides
GM crops
Gene therapy
CRISPR-based gene editing

2 Traditional and Modern Biotechnology

2.1 Traditional Biotechnology by RAS A2Z

Humans have been using microorganisms and biological processes for a very long time.

Examples—

Curd
Bread
Vinegar
Cheese
Alcohol/Ethanol
Selective breeding

2.2 Modern Biotechnology by RAS A2Z

In this, scientific intervention is made at the level of DNA and genes.

Major techniques—

Recombinant DNA Technology
Genetic Engineering
PCR
DNA Sequencing
Genome Editing
CRISPR-Cas9
Gene Therapy
Tissue Culture

3 What is Genetic Engineering?

Genetic Engineering is the technique in which targeted changes are made in the DNA or genes of an organism to obtain desired traits.

In this—

Gene identification → DNA isolation → Gene modification/transfer → New genetic structure → Expression in cell

such processes may be included.

4 DNA — The Genetic Material

DNA (Deoxyribonucleic Acid) is the major carrier of genetic information in most organisms.

Basic Unit of DNA

Nucleotide

Each nucleotide contains—

Nitrogenous base
Deoxyribose sugar
Phosphate group

Four Major Bases

Adenine (A)
Thymine (T)
Guanine (G)
Cytosine (C)

Complementarity

A ↔ T
G ↔ C

5 What is a Gene?

A gene is a specific sequence of DNA that contains genetic information related to a functional RNA or protein.

DNA → Gene → RNA → Protein → Trait/Function

However, not all genes directly make proteins; some also make functional RNA.

6 Gene Expression

The utilization of the information contained in a gene into a functional product is called gene expression.

DNA → Transcription → RNA → Translation → Protein

Transcription

Formation of RNA from DNA.

Translation

Formation of protein by ribosomes based on the information in mRNA.

7 What is Recombinant DNA?

When DNA sequences obtained from different sources are joined to form a new DNA structure, it is called Recombinant DNA.

Example—

Human insulin gene + Plasmid DNA
↓
Recombinant DNA
↓
Entry into bacteria
↓
Insulin production

This is a major foundational concept of modern biotechnology.

8 Recombinant DNA Technology

In recombinant DNA technology, the following steps are generally understood:

Step 1 — Identification of desired gene.
Step 2 — Isolation of DNA.
Step 3 — Cutting the desired DNA sequence.
Step 4 — Inserting the gene into a vector.
Step 5 — Making recombinant DNA.
Step 6 — Introducing it into the host cell.
Step 7 — Expression of the gene.
Step 8 — Obtaining and purifying the product.

9 Restriction Enzymes

Restriction enzymes are enzymes that cut DNA at specific nucleotide sequences.

They are called "molecular scissors" of genetic engineering.

Example: EcoRI

It cuts DNA at a specific recognition sequence. Some restriction enzymes make cuts that produce sticky ends.

10 DNA Ligase

DNA Ligase is an enzyme that joins broken parts of DNA.

In genetic engineering—

Restriction enzyme → cuts DNA
DNA ligase → joins DNA

Therefore, both are extremely important in the construction of recombinant DNA.

11 Vector

The DNA molecule that helps carry the desired gene to the host cell is called a vector.

Major Examples

Plasmid
Bacteriophage
Some viral vectors

Characteristics of a Good Vector

Ability to replicate
Selectable marker
Suitable cloning site
Stability in host

12 Plasmid

Plasmids are small, generally circular, extra-chromosomal DNA molecules found especially in bacteria.

In genetic engineering, plasmids are used as vectors. By inserting the desired gene into them, recombinant DNA can be made.

13 Host Cell

The cell into which recombinant DNA is introduced and where it replicates or expresses is called the Host Cell.

Examples

Escherichia coli
Yeast
Other microbial cells
Plant cells
Animal cells

14 Transformation

When external DNA is introduced into a cell, especially bacteria, and the cell takes it up, this process is called Transformation. This is an important step of recombinant DNA technology.

15 Selectable Marker

Selectable markers can be used to identify cells that have received recombinant DNA.

This helps scientists identify which cells have taken up the desired DNA.

Importance

Identification of transformed cells
Selection
Obtaining recombinant clones

16 What is PCR?

PCR (Polymerase Chain Reaction) is a technique for making a very large number of copies of a specific DNA sequence.

Major Steps

Denaturation → Annealing → Extension

Denaturation: The double helix of DNA separates.
Annealing: Primers attach to the target DNA sequence.
Extension: DNA polymerase synthesizes new DNA.

This cycle is repeated many times.

17 Taq Polymerase in PCR

In PCR, instead of ordinary DNA polymerase, heat-tolerant Taq DNA polymerase is used.

It is originally related to the thermophilic bacterium Thermus aquaticus.

📌 Exam Fact

PCR → DNA amplification

Taq polymerase → thermostable DNA polymerase

18 DNA Sequencing

The process of determining the order of nucleotides in DNA is called DNA sequencing.

Example: Determining the correct order of A–T–G–C–C–A…

Uses

Study of genetic diseases
Gene identification
Genome studies
Pathogen identification
Research
Potential use in personalized/precision medicine

19 Gene Cloning

Making many identical copies of a specific DNA sequence is called gene cloning.

Desired gene → Vector → Host cell → Replication → Many copies

This makes it possible to study a specific gene or obtain its product.

20 Genome Editing

In Genome Editing, targeted changes are made at a specific location in DNA.

In this—

Removing a part of DNA
Adding a new sequence
Change in a base
Changing the functionality of a gene

such changes are possible.

21 CRISPR-Cas9

CRISPR-Cas9 is one of the major techniques of modern genome-editing.

Guide RNA → Recognition of target DNA
↓
Cas9 enzyme → Targeted cut in DNA
↓
Cell's DNA repair process → Change

CRISPR technology is being used in research, agriculture, and some medical applications. According to ICAR, genome editing has potential for improvement in yield, disease resistance, stress tolerance, and nutritional qualities in crops.

22 Difference Between Genetic Engineering and Genome Editing

Basis	Genetic Engineering	Genome Editing
Technique	Gene insertion/transfer etc.	Targeted DNA change
Foreign DNA	May be present in many techniques	Not always necessary
Example	Bt cotton	CRISPR editing
Control	Depends on technique	More targeted changes possible

⚠️ Important

The two terms are not synonymous.

23 Applications of Biotechnology in Health

Major applications—

Insulin production
Vaccines
Monoclonal antibodies
Gene therapy
Diagnosis of genetic diseases
PCR-based disease detection
DNA sequencing
Cancer research
Genome editing

24 Recombinant Human Insulin

The production of human insulin is a famous example of recombinant DNA technology.

Human insulin gene → Recombinant DNA → Host microorganism → Insulin production → Purification

This made large-scale production of human insulin possible.

📌 Remember for Exams

Insulin → Major medical application of recombinant DNA technology.

25 Vaccine Production

Various types of vaccines can be developed through modern biotechnology.

Techniques may include—

Recombinant protein technology
Viral-vector approaches
Nucleic-acid based platforms
Other modern biotechnological methods

Objective: To generate a specific immune response against the pathogen.

26 Gene Therapy

In Gene Therapy, changes are made for therapeutic purposes in the genetic material of cells to treat a disease.

Objectives may be—

Reducing the effect of a defective gene
Providing functional genetic material
Targeting the disease-causing process

Somatic Gene Therapy

The change is made in non-reproductive cells of the body and generally is not inherited by the next generation.

27 Germline Editing

Genetic changes in germ cells or in such early embryonic stages that the change can pass to subsequent generations are related to germline/heritable editing.

This field raises scientific as well as:

Ethical
Social
Legal
Safety

questions.

WHO has emphasized the need for special governance and oversight for human genome editing and considers heritable human genome editing a field with serious ethical and safety concerns.

28 Biotechnology in Agriculture

Major objectives of agricultural biotechnology:

Higher productivity
Insect resistance
Disease resistance
Drought tolerance
Salinity tolerance
Nutritional improvement
Crop quality improvement
Water and resource use efficiency

ICAR considers genome editing an important area for developing climate-resilient and resource-efficient crops.

29 Bt Crops

In Bt crops, a gene related to Bacillus thuringiensis has been used to develop insect-resistant traits.

Bt Toxin

Certain Bt proteins can have toxic effects on specific larvae of insects.

Major Example in India

Bt cotton

Its purpose is to provide protection from certain major pests of cotton.

30 Golden Rice and Biofortification

Golden Rice is taught as an example of genetic modification related to the production of β-carotene, a precursor of Vitamin A.

Its broader purpose is linked to the potential to address nutritional deficiencies.

📌 Difference in Exams

Biofortification ≠ Only GM technology

Biofortification can also be achieved through traditional breeding, biotechnology, or other methods.

31 Transgenic Organisms

An organism in which a gene obtained from another organism has been incorporated by artificial genetic techniques is generally called a Transgenic organism.

Examples

Bt cotton
Certain transgenic animals

Uses

Research
Medicine production
Disease study
Agricultural trait improvement

32 Transgenic Animals

Genetically modified animals can be used in:

Disease models
Gene function studies
Pharmaceutical protein production
Developmental biology
Biomedical research

This helps in developing controlled biological models for studying human diseases.

33 Animal Biotechnology

Applications of biotechnology in the animal sector:

Artificial insemination
Embryo transfer
Animal breeding improvement
Genomic selection
Disease diagnosis
Vaccines
Animal health
Genetic improvement

34 Plant Tissue Culture

In Tissue Culture, plant cells/tissues are grown on a controlled nutrient medium. Its basis:

Totipotency

The ability of a suitable living plant cell to form a complete plant.

Uses

Disease-free plants
Rapid multiplication
Conservation of rare plants
Uniform genetic plant material
Agriculture and horticulture

35 Micropropagation

The process of preparing a large number of plants from a small amount of plant material through tissue culture is called Micropropagation.

Explant → Culture → Shoot formation → Rooting → Plantlet → Acclimatization

It is especially useful in high-value horticultural crops.

36 Biotechnology and Environment

Environmental applications:

Bioremediation
Waste treatment
Biogas
Biofuel
Pollutant degradation
Microbial decomposition
Carbon recycling

In this way, biotechnology can also be linked to the Circular Bioeconomy.

37 Biosafety

In biotechnology, the objective of biosafety is to ensure that new biological technologies and products do not pose unnecessary risks to:

Human health
Animal health
Biodiversity
Environment

Risk assessment, controlled experiments, monitoring, and regulatory systems are important in this.

38 Major Concerns of Biotechnology

Biosafety: Assessment of unexpected biological effects.
Biosecurity and Bio-risk: Risks related to misuse or uncontrolled spread of harmful biological agents.
Environmental Impact: Assessment of potential effects of GM organisms in the environment.
Ethical Questions: Especially in human genome editing.
Intellectual Property: Patents related to genes, techniques, and biological resources.

39 Biopiracy

The commercial use of biological resources or traditional knowledge of a country or community without proper permission, benefit-sharing, or rights is a problem related to Biopiracy.

In the context of India:

Biodiversity
Traditional knowledge
Medicinal plants
Local biological resources

are important topics.

40 Patents and Biotechnology

A Patent is an intellectual property system that grants special rights for a defined legal period on an invention/technological innovation.

Patent-related questions in biotechnology:

New biotechnological products
Processes
Industrial techniques
Rights related to genetic resources

41 Regulatory Aspect of Biotechnology in India

In India, biosafety and regulatory oversight are important for research and products related to biotechnology.

Especially in the case of genetically modified organisms and GM crops, risk assessment and regulatory processes are important. ICAR has considered topics such as biosafety, regulatory aspects, and field trials as important in the context of GM crops.

42 CRISPR and India — Recent Applications

In India, real development of genome editing has been seen in the agricultural sector. In 2025, ICAR announced genome-edited rice varieties named DRR Rice 100 (Kamla) and Pusa DST Rice 1.

According to ICAR, these were developed through CRISPR-Cas-based genome-editing, and benefits related to yield, water use, and climate tolerance have been stated.

This fact is extremely useful for RAS at the intersection of current affairs + science + agriculture.

43 Biotechnology and Rajasthan

Potential/important areas of biotechnology in the context of Rajasthan:

Arid zone agriculture
Drought-tolerant crops
Salinity-tolerant crops
Animal biotechnology
Medicinal and aromatic plants
Tissue culture
Biofertilizers
Biopesticides
Bioremediation
Bioenergy from agricultural residues

Especially, arid agriculture + biotechnology + climate resilience is a useful integrated dimension for RAS.

44 Integrated Application Map of Biotechnology

45 Most Important Conceptual Links of the Chapter

46 20 Master Facts for RAS Prelims

📌 Quick Facts

DNA is the major carrier of genetic information.
A gene is a specific functional sequence of DNA.
Restriction enzyme cuts DNA at a specific site.
DNA ligase joins DNA fragments.
Plasmid is an important cloning vector.
PCR is a technique of DNA amplification.
Taq polymerase is a heat-tolerant DNA polymerase.
Recombinant DNA can be made by joining DNA from different sources.
Host cell can carry/express recombinant DNA.
Insulin is a major example of recombinant biotechnology.
Bt cotton is an example of an insect-resistant GM crop.
The basis of tissue culture is totipotency.
Micropropagation is rapid clonal multiplication of plants.
CRISPR-Cas9 is a major technique of genome editing.
Genome editing and transgenesis are not the same concepts.
Somatic editing is generally not heritable.
Germline/heritable editing raises serious ethical questions.
Bioremediation is the use of biological systems in environmental cleanup.
Biopiracy is related to the improper use of biological resources/traditional knowledge.
Biotechnology is used in health, agriculture, industry, and environment—all four areas.

📌 Modern Context

WHO considers safety, efficacy, ethics, and governance important in human genome editing; especially in the case of heritable editing, emphasis has been laid on the need for oversight.

47 Complete Chapter at a Glance

Biotechnology and Genetic Engineering
↓
DNA → Gene → Protein → Trait
↓
Recombinant DNA Technology
Restriction Enzyme | DNA Ligase | Vector | Host Cell
↓
PCR | DNA Sequencing | Gene Cloning | CRISPR
↓
Applications
Health → Insulin, Vaccine, Gene Therapy
Agriculture → Bt crops, Golden Rice, Biofortification
Industry → Enzymes, Antibiotics, Organic acids
Animal → Transgenic Animals, Animal Biotech
Environment → Bioremediation, Biofuel
↓
Biosafety | Ethics | Biopiracy | Patents