रेणवीय जीवविज्ञान : जीवविज्ञानाच्या ज्या शाखेत जैव घटनांचे स्पष्टीकरण कोशिकांतील (पेशींतील) रेणूंच्या अभ्यासाद्वारे केले जाते, त्यास स्थूलमानाने रेणवीय जीवविज्ञान असे संबोधण्यात येते. रेणवीय जीवविज्ञानाच्या विषय वस्तूचे जीवरसायनशास्त्र व आनुवंशिकी यांसारख्या जीवविज्ञानाच्या जुन्या व रूढ शाखांशी अभिन्नपणे विलिनीकरण झालेले असल्याचे दिसून येते. या शाखेत आनुवंशिकीच्या बृहत् रेणवीय पुनरावृत्तीच्या रेणवीय मूलाधारावर जास्त भर देण्यात येत असल्याने जीवरसायनशास्त्र व आनुवंशिकी यांच्या मिलाफातून वृद्धिंगत झालेला विषय, असे रेणवीय जीवविज्ञानाचे सर्वसाधारण वर्णन करता येईल. रेणूंच्या स्थितीवर व गुणधर्मांवर आधारित असा जैव आविष्कारांचा मूलभूत पातळीवरील अभ्यास रेणवीय जीवभौतिकी या रेणवीय जीवविज्ञानाशी संबंधित असलेल्या शाखेच्या साहाय्याने केला जातो. या शाखेत मुख्य भर रेणवीय विवरणावर वा वर्णनावर द्यावा लागत असल्याने तीत रसायनशास्त्राचाही समावेश करावा लागतो. भौतिकीतील क्ष-किरण विवर्तन [⟶ क्ष-किरण ], अणुकेंद्रीय चुंबकीय अनुस्पंदन [⟶ अनुस्पंदन] यांसारखी तंत्रे रेणवीय संरचना समजण्याकरिता रेणवीय जीवभौतिकीत वापरली जातात. अशा प्रकारे रेणवीय जीवभौतिकीत रसायनशास्त्र व भौतिकी या दोन्ही क्षेत्रांतील निवडक तंत्रांचा रेणवीय स्तरावर जैव आविष्कारांचा अभ्यास करण्यासाठी उपयोग केला जातो.
सजीव कोशिकेतील निरनिराळे स्त्रोत : निरनिराळ्या जैव तंत्रांचे वर्णन सजीव कोशिकेतील विविध प्रकारच्या स्त्रोतांच्या (प्रवाहांच्या) रूपात करता येणे शक्य आहे. सजीव कोशिकेत आढळणाऱ्या निरनिराळ्या जैव तंत्रांत द्रव्यप्रवाह हा एक स्त्रोत असतो. या क्रियेत कोशिकेत द्रव्ये घेतली जातात व तीत या द्रव्यांवर निरनिराळ्या विक्रिया होतात. उदा., ग्लुकोजावर निरनिराळ्या विक्रिया होऊन त्याचे रूपांतर कार्बन डाय ऑक्साइड व पाणी यांत होते. या टप्प्याटप्प्याने होणाऱ्या रूपांतराचे विश्लेषण जीवरसायनशास्त्राच्या कक्षेत येते. मध्यस्थ चयापचय क्रियेत (सतत होणाऱ्या भौतिक व रासायनिक घडामोडींतील मधल्या टप्प्यांत) अनेक विविध कार्बनी व अकार्बनी जटिल रेणूंचे रूपांतरण होते. या प्रक्रिया मुख्यतः ⇨एंझाइमांच्या साहाय्याने होत असतात. एंझाइमे ही जटिल व बृहत् रेणवीय प्रथिने होत. यांची क्रिया उत्प्रेरकी (रासायनिक विक्रिया घडवून आणण्यास मदत करणारी) असते. सजीव कोशिकेत एखादी प्रक्रिया होणे वा न होणे हे विशिष्ट एंझाइमाच्या अस्तित्वावर अवलंबून असते.
सजीव कोशिकेतील दुसरा स्त्रोत म्हणजे ऊर्जा. कोशिकेतील द्रव्यांच्या रेणूंचे एंझाइमाच्या साहाय्याने होणाऱ्या रूपांतराबरोबरच रासायनिक ऊर्जा निर्माण होते. उदा., ग्लुकोजाच्या रेणूतील रासायनिक बंधात ऊर्जा असते. नियंत्रित प्रक्रियेमुळे या रेणूंचे रूपांतर कार्बन डाय ऑक्साइड व पाणी यांत होते. हे रूपांतर होत असताना ही ऊर्जा प्रक्रियेत निर्माण होणाऱ्या निरनिराळ्या रेणूंत बंधऊर्जा म्हणून सापडते. कोशिकेच्या चयापचयाकरता या रासायनिक ऊर्जेची आवश्यकता असते. बहुवारिकीकरणाने (दोन अगर अधिक साध्या रेणूंचा संयोग होण्याच्या क्रियेने) बृहत् रेणू निर्माण करण्यास ही ऊर्जा लागते तसेच तर्षण दाबाच्या [⟶ तर्षण] विरुद्ध रेणूंची हालचाल करण्यासही हीच ऊर्जा उपयोगी पडते. हा ऊर्जेचा अभ्यास जीवरसायनशास्त्रातील मध्यस्थ चयापचय क्रियेच्या कक्षेत येतो.
कोशिकेतील रेणूंची क्रियाशीलता आणखी एका स्त्रोतावर अवलंबून असते. हा स्त्रोत म्हणजे संकेतांचा प्रवाह होय. हे संकेत कोशिकेमध्ये कोणते रेणू तायर व्हावेत हे ठरवितात. कोशिकेतील सर्वसाधारण विक्रिया एंझाइमाच्या साहाय्याने होतात. एंझाइमांचे रासायनिक स्वरूप प्रथिन रेणूंचे असते. संकेतानुरूप हे प्रथिन रेणू तयार होतात. अप्रत्यक्ष रीत्या एंझाइमांद्वारे या संकेतांचे कोशिकेत होणाऱ्या निरनिराळ्या विक्रियांवर नियंत्रण असते. जैव यंत्रणेचे हे एक वैशिष्ट्य होय. सजीव कोशिकेत रेणूंद्वारे दिल्या जाणाऱ्या संकेतांचा स्त्रोत, या रेणूंचा कोशिकेच्या निरनिराळ्या भागांत आढळणारा प्रवाह, रेणूंचे विभाजन व पुनरावृत्ती या सर्व क्रियांचा अभ्यास रेणवीय जीवविज्ञानाच्या कक्षेत येतो. सजीवांच्या क्रियाशीलतेबद्दल व प्रजननाबद्दल १९५३ नंतरच्या काळात मानवाला जे ज्ञान प्राप्त झाले ते विज्ञानयुगास प्रारंभ झाल्यापासून १९५३ पर्यंत मिळालेल्या ज्ञानापेक्षा किती तरी पटींनी जास्त आहे. रेणवीय जीवविज्ञानाचा उगम याच काळात झाला.
रेणवीय जीवविज्ञानाचा प्रारंभ : विसाव्या शतकात विज्ञानाच्या इतर शाखांबरोबरच ⇨आनुवंशिकीचा अभ्यास जास्त प्रामुख्याने झाला. या अभ्यासास जीवरसायनशास्त्र, जीवभौतिकी, भौतिकी, रसायनशास्त्र वगैरे इतर शास्त्रांची मदत झाली. यातूनच रेणवीय जीवविज्ञान निर्माण झाले. या अभ्यासाचे दोन कालखंड पाडता येतील. पहिल्या कालखंडात म्हणजे अंदाजे १९५० पर्यंत, ग्रेगोर मेंडेल यांच्या १८६५ साली प्रसिद्ध झालेल्या पण १९०० सालापर्यंत दखल न घेतल्या गेलेल्या संशोधनाच्या आधारे, वनस्पतींवर व प्राण्यांवर प्रजनन प्रयोग करून, निरनिराळे कारक एका पिढीतून दुसऱ्या पिढीत कसे उतरतात हे पाहणे व त्यावर आधारित काही ठोकताळे मांडणे, या दिशेने संशोधन सुरू होते. याच अनुरोधाने टॉमस मार्गन यांनी ड्रॉसोफिला मेलॅनोगॅस्टर या फळमाशीवर प्रयोग केले व ज्याला मेंडेल यांनी कारक हे नाव दिले त्यालाच ⇨जीन (किंवा जनुक) हे नाव देऊन आपला जीन सिद्धांत पुढे मांडला. मेंडेल व मॉर्गन यांच्या सिद्धांतावर आधारलेल्या प्रयोगांवरून असे सिद्ध झाले की, जीन हे ⇨गुणसूत्रांत असतात. गुणसूत्रे लांब सुतासारखी असून ती सजीव कोशिकेच्या केंद्रकात (कोशिकेच्या कार्यावर नियंत्रण ठेवणाऱ्या गोलसर पुंजात) सामावलेली असतात. जीनांची रचना गुणसूत्रात एका रांगेत असते. निरनिराळे प्रजनन प्रयोग करून व इतर तांत्रिक पद्धतींनी गुणसूत्रांवरून जीनांचा क्रमही लावणे शक्य होते. इतकी माहिती मिळाली, तरी गुणसूत्रांपासून जीन बाजूला काढणे शास्त्रज्ञांना जमले नव्हते. तसेच जीनांचे रासायनिक स्वरूप व गुणधर्मही पूर्णपणे समजले नव्हते.
आनुवंशिकीच्या वाढीचा दुसरा कालखंड दुसरे महायुद्ध संपल्यानंतर सुरू झाला व तो आजतागायत चालू आहे. या काळात आनुवंशिकीविज्ञांनी या यंत्रणेचा पूर्वी झालेल्या अभ्यासाच्या स्तरापेक्षा अधिक सूक्ष्म स्तरावर अभ्यास सुरू केला. जीन कोणत्या रासायनिक द्रव्याचा बनला आहे, याचा कोशिकेवर काय परिणाम होतो, जीनचे कार्य कसे सुरू होते व थांबते, जीनात उत्परिवर्तने (आनुवंशिक लक्षणांमध्ये एकाएकी होणारे बदल) कशी होतात, कृत्रिम जीन तयार करणे शक्य आहे काय, हे व असे विविध प्रश्न सोडविण्याचा शास्त्रज्ञांनी सतत प्रयत्न केला. यांपैकी बऱ्याच प्रश्नांना पूर्णपणे नाही, तरी काही अंशी समाधानकारक उत्तरे मिळाली आहेत. ही उत्तरे शोधून काढण्यात जीवविज्ञानाबरोबरच इतर शास्त्रांचाही उपयोग करण्यात आला आहे.
इ. स. १९५० मध्ये जेव्हा या दुसऱ्या कालखंडास सुरुवात झाली तेव्हा असे समजले जात होते की, नवीन जीव, मग तो मानवाइतका जटिल का असेना, निर्माण होण्यास जीनांच्या दोन संचांची आवश्यकता असते. हे दोन संच त्या जीवाला त्याच्या जनकांकडून मिळालेले असतात. यांतील एक संच आईकडून मिळतो व तो अफलित अंड्याच्या केंद्रकात असतो, तर दुसरा संच वडिलांकडून मिळतो व तो शुक्राणूच्या केंद्रकात असतो. शुक्राणू अत्यंत सूक्ष्म असतो. तो नुसत्या डोळ्यांनी दिसत नाही, तर तो पहावयास योग्य विवर्धनाचा सूक्ष्मदर्शक वापरावा लागतो. या शुक्राणूच्या केंद्रकात त्या जीवाच्या सर्व गुणसूत्रांचा एक संच खच्चून भरलेला असतो. या गुणसूत्रांत असलेल्या जीनांत पुढे त्यापासून होणाऱ्या मानवासारख्यासुद्धा जटिल जीवाची सर्व लक्षणे निर्माण करण्याचे संकेत व क्षमता असते. पृष्ठवंशी (पाठीचा कणा असलेल्या) प्राण्याच्या शुक्राणूच्या डोक्याचे अंदाजे आकारमान अवघे सु. २X४ मायक्रॉन (१ मायक्रॉन = १०−३ मिमी.) इतके असते. इतक्या सूक्ष्म रचनेत सर्व गुणसूत्रांचे भरण करावयाचे म्हणजे जीन व त्याबरोबरच त्याची गुणसूत्रे अत्यंत सूक्ष्म असली पाहिजेत. नवीन संशोधनाद्वारे हे जीन कोणत्या रासायनिक द्रव्याचे बनले आहेत, ते शोधून काढता आले व या रासायनिक द्रव्याचा सखोल अभ्यास करून जीनांचे आकारमान ठरविता आले. जीनांचा अभ्यास करून त्यांच्या रेणूत असलेल्या संकेतांचे ज्ञानही मिळविता आले व या आधारे जननिक संकेत लिपीची कल्पना प्रत्यक्षात मांडता आली.
जीनांचे रासायनिक स्वरूप : जीन हे ⇨न्यूक्लिइक अम्लांचे बनलेले असतात. ही अम्ले दोन प्रकारांची आहेत. पहिल्या प्रकारात डीऑक्सिरिबोन्यूक्लिइक अम्ल (डीएनए) या अम्लाचा समावेश होतो. दुसऱ्या प्रकारात रिबोन्यूक्लिइक अम्ल (आरएनए) मोडते. गुणसूत्रात प्रामुख्याने आढळणाऱ्या डीएनएचा रेणू उच्च विवर्धनाखाली खूप लांबी असलेला असा दिसतो पण त्याची रचना सोपी आहे. या रेणूत एक कणा आहे. या कण्याच्या रचनेत एक विशिष्ट प्रकारच्या नमुन्याप्रमाणे अणू असतात व या अणूंचे समूह एका मालिकेत एकमेकांशी संलग्न असतात. अशा अणुसमूहांची संख्या कित्येक लक्ष पट असते व यामुळेच हा रेणू खूप लांब दिसतो. हे अणुसमूह दोन प्रकारांचे असतात. एका प्रकारात डीऑक्सिरिबोज शर्करा रेणू असतो, तर दुसऱ्या प्रकारात फॉस्फोरिक अम्लाचा रेणू असतो. डीएनए रेणूचा कणा म्हणजे फॉस्फेट व शर्करा वर्गाची एकांतराने (एकाआड एक) असलेली मालिका होय. अशी मालिका डीएनएच्या सर्व रेणूंत आढळते. प्रत्येक शर्करा रेणूस एक पार्श्वगट जोडलेला असतो. हा पार्श्वगट कार्बन, ऑक्सिजन, नायट्रोजन व हायड्रोजन या अणूंचा बनलेला असतो.डीएनएमध्ये फक्त चार प्रकारचे पार्श्वगट आढळतात. यांना अनुक्रमे ॲडेनीन, ग्वानीन, थायमीन व सायटोसीन असे म्हणतात. सामूहिक रीत्या त्यांना क्षारके म्हणून संबोधिले जाते. सर्व डीएनए रेणूंची रचना सारखीच असली, तरी प्रत्येक रेणूत कण्यावरील क्षारकांचा क्रम निरनिराळा असतो. जननिक संकेत लिपी या क्षारकांच्या क्रमावर आधारित आहे. या क्रमांची रचना हजारो निरनिराळ्या प्रकारांची असू शकते आणि हे सर्व या चार क्षारकांच्या साह्याने होते. यावरून या चार क्षारकांचे महत्त्व कळून येईल.
डीएनएचे रासायनिक स्वरूप : वर सोप्या भाषेत वर्णन केलेल्यापेक्षा डीएनए रेणूची रचना कितीतरी जटिल आहे. १९५० च्या सुमारास ई. चार्गाफ यांनी क्षारकांचे रासायनिक स्वरूप शोधून काढले आणि त्याच्या आधारावर १९५२-५३ च्या सुमारास जेम्स वॉटसन व फ्रॅन्सिस क्रिक यांनी डीएनएची संरचना सुचविली (याबद्दल त्यांना १९६२ चे शरीरक्रियाविज्ञान अथवा वैद्यकाचे नोबेल पारितोषिक मिळाले). याला प्रायोगिक आधारही मिळाले आहेत. या संरचना प्रतिकृतिमुळे डीएनएचे बरेच भौतिक व रासायनिक गुणधर्म स्पष्ट झाले आहेत. डीएनएच्या रेणूत दोन लांब साखळ्यासारखे पट्ट असतात. प्रत्येक पट्ट पेंटोज शर्करा व फॉस्फेट यांच्या आलटून पालटून रेणूंचा बनलेला असतो. हे दोन पट्ट शेजारीशेजारी समांतर अंतरावर असतात. प्रत्येक पट्टाच्या शर्करा घटकास जोडलेल्या ठराविक नायट्रोजन क्षारकांचे रेणू दुसऱ्या पट्टातील क्षारकास दुर्बल हायड्रोजन बंधाने जोडले जातात व अशा रीतीने दुहेरी पट्टांचे एक सर्पिल तयार होते. हाच वॉटसन व क्रिक यांच्या मते डीएनएचा रेणू होय. या रेणूच्या संरचनेतील काही वैशिष्ट्ये लक्षात ठेवली पाहिजेत. नायट्रोजन क्षारके दोन प्रकारची असतात. यांपैकी ॲडेनीन व ग्वानीन ही प्यूरीन गटातील आणि थायमीन व सायटोसीन ही पिरिमिडीन गटातील होत. प्यूरीन गटातील क्षारकांचे रेणू आकारमानाने मोठे आहेत, तर पिरिमिडीन गटातील रेणू लहान आहेत. एक लहान व एक मोठा रेणू एकमेकांशी जोडले गेले, तर डीएनए रेणूच्या दोन्ही कण्यांतील अंतर अखेरपर्यंत सारखे राहील. हे होण्यास प्यूरीन गटातील नायट्रोजन क्षारक हा पिरिमिडीन गटातील नायट्रोजन क्षारकासच जोडला गेला पाहिजे. डीएनएच्या रेणूत असे आढळले की, ॲडेनीन (प्यूरीन) हे नेहमी थायमिनाशी (पिरिमिडीन) व ग्वानीन (प्यूरीन) हे सायटोसिनाशी (पिरिनिडीन) हायड्रोजन बंधाच्या साह्याने जोडले जाते. याचा अर्थ असा की, जर एका पट्टावर अँडेनीन असले, तर दुसऱ्या पट्टावर थायमीन व ॲडेनिनानंतर जर ग्वानीन आले, तर दुसऱ्या पट्टावर थायमिनानंतर सायटोसीन असले पाहिजे. या रचनेमुळे एका पट्टावरचा नायट्रोजन क्षारकांचा क्रम माहीत झाला, तर दुसऱ्या पट्टावरचा क्रम लक्षात येईल. याचाच अर्थ एका पट्टावरचा क्रम दुसऱ्या पट्टावरच्या क्रमास पूरक असतो. दोन्ही पट्टांवरचे क्रम एकसारखे असू शकत नाही.
डीएनएच्या रेणवीय प्रतिकृतीवरून असे आढळून येते की, जननिक वृत्त हे नुसत्या एका पट्टातच असत नाही. दुसरा पट्टा हा पहिल्या पट्टास पूरक असल्यामुळे पर्यायाने ते दुसऱ्या पट्टातही संकलित केलेले असते. मात्र दुसऱ्या पट्टात नायट्रोजन क्षारकांचा क्रम पहिल्या पट्टातील क्रमास पूरक असतो. याचा फायदा हा असू शकेल की, जर काही कारणाने जननिक वृत्त असलेल्या पट्टात बिघाड झाला, तर या पूरक पट्टावरून बिघाड झालेल्या पट्टाची दुरुस्ती करता येईल.
लक्षात ठेवण्यासारखी गोष्ट म्हणजे डीएनएच्या एका पट्टातील नायट्रोजन क्षारकांचा क्रम दुसऱ्या पट्टातील क्रमाच्या विरुद्ध असतो. अशी कल्पना करा की, एका पट्टात तो खालून वर जात आहे, तर दुसऱ्या पट्टात तो वरून खाली जाताना आढळेल. दोन्ही पट्ट एकमेकांशी समांतर असले, तरी ते एका सरळ रेषेत असत नाहीत, ते एकमेकांभोवती पिळवटून त्याचे दुहेरी सर्पिल तयार होते. ही प्रतिकृती एखाद्या अचल अक्षाभोवती तयार केलेल्या त्रिमितीय सर्पिल जिन्याप्रमाणेच दिसते. यामुळे कण्यातील पेंटोज शर्करा व फॉस्फेट घटकांच्या सममितीस मात्र काहीही फरक पडत नाही. पेंटोज शर्करेच्या प्यूरीन किंवा पिरिमिडीन गटातील संयुगाशी संयोग होऊन तयार झालेल्या संयुगांना न्यूक्लिओसाइडे म्हणतात. म्यूक्लिओसाइडांचा फॉस्फेटिक अम्लाशी संयोग होऊन तयार होणाऱ्या संयुगांना न्यूक्लिओटाइडे म्हणतात. अशी अनेक न्यूक्लिओटाइडे एकत्र येऊन न्यूक्लिइक अम्ले (बहुन्यूक्लिओटाइडे) बनतात.
डीएनएचे विभाजन : कोशिकेचे विभाजन होण्यापूर्वीच केंद्रकातील जननिक द्रव्याचे विभाजन होऊन डीएनएच्या रेणूंच्या प्रतिकृती तयार होतात व त्या दोन्ही कोशिकांत विभागल्या जातात. यामुळे प्रत्येक कोशिकेत एकसारखे जननिक द्रव्य आढळते. डीएनएच्या रेणूची प्रतिकृती तयार होण्याची क्रिया पुढीलप्रमाणे होते. दुहेरी सर्पिलाचे दोन्ही पट्ट एकमेकांपासून विलग होतात. प्रत्येक पट्ट साच्याचेच किंवा ठशाचे कार्य करतो व याच्या साह्याने पूरक नवा पट्ट निर्माण होतो. यामुळे एक पट्ट जुना व एक पट्ट नवा असलेले डीएनएचे दोन दुहेरी सर्पिल रेणू तयार होतात. ते एकमेकांसारखे असतात. विभाजनाच्या वेळी एक रेणू एका कोशिकेत व दुसरा रेणू दुसऱ्या कोशिकेत जातो.
हे रेणू तयार होण्याकरिता लागणारी द्रव्ये कोशिकेच्या परिकलात (केंद्रकाच्या बाहेर असणाऱ्या कोशिकेतील जीवद्रव्यात) असतात. या द्रव्यांचे चार गट असतात. प्रत्येक गटात डीएनएच्या चार नायट्रोजन क्षारकांपैकी एक क्षारक, एक शर्करा रेणू व तीन फॉस्फेट रेणू असतात. या तीन फॉस्फेट रेणूंपैकी फक्त एकच डीएनएच्या रेणूत सामावला जातो. दोन फॉस्फेट रेणू विलग होतात व या संश्लेषणास लागणारी ऊर्जा पुरवितात. प्रथिनाचा एक मोठा रेणू उत्प्रेरक म्हणून काम करतो. यामुळे हे कट साच्याचे काम करणाऱ्या पट्टाजवळ नेणे हे या उत्प्रेरक प्रथिनाचे काम असते. जो पट्ट साच्याचे काम करतो त्यात असलेल्या क्षारकांच्या क्रमावर कोणते क्षारक असलेला गट डीएनएच्या नवीन पट्टात बसवावयाचा हे अवलंबून असते. वर निर्देश केल्याप्रमाणे दोन पट्ट एकमेकांस पूरक असल्यामुळे एका पट्टावरील क्षारकांचा क्रम दुसऱ्या पट्टावरील क्षारकांचा क्रम ठरवितो. हे उत्प्रेरक प्रथिन म्हणजे एक एंझाइम असते. याचा शोध १९५६ साली आर्थर कोर्नबर्ग यांनी लावला व त्याबद्दल त्यांना १९५९ साली नोबेल पारितोषिक मिळाले. या उत्प्रेरक प्रथिनास (एंझाइमास) डीएनए पॉलिमरेज असे म्हणतात.
या एंझाइमाच्या साह्याने नायट्रोजन क्षारकांचा कोणताही क्रम असला, तरी डीएनए पट्ट बनविता येतो. एखादेवेळी अनपेक्षित रीत्या या क्रमात बदल झाला, तर जीनात उत्परिवर्तन होते. असा उत्परिवर्तित जीन तयार झाला म्हणजे डीएनएच्या रेणूचे विभाजन होताना या उत्परिवर्तित जीनाचेही विभाजन होते आणि आनुवंशिकीच्या नियमाप्रमाणे तो पुढील पिढ्यांत आढळू लागतो. याचे परिणाम जर चांगले नसतील, तर पुढील पिढ्यांत त्या जातीस तो अपायकारक ठरेल व जर चांगले असतील, तर पुढील पिढ्यांत तो फायदेशीर ठरेल. फायदेशीर उत्परिवर्तनांचा त्या जातीच्या पुढील पिढ्यांत संचय झाला म्हणजे कालांतराने त्या जातीतून नवीन जात निर्माण होईल.
डीएनएच्या आवृत्तीसंबंधी जरी बरेच समजले असले, तरी अजूनही काही समजावयाचे राहिले आहे. उदा., पुरावृत्तीपूर्वी डीएनए रेणूचे दोन पट्ट एकमेकांपासून का विलग होतात, हे अजून समजलेले नाही.
डीएनएची कृत्रिम आवृत्ती : डीएनएची आवृत्ती सजीव कोशिकेत तयार होताना सहसा काही चूक होत नाही. प्रयोगशाळेतही जेव्हा संशोधक एखाद्या डीएनए रेणूची आवृत्ती करण्याचा प्रयत्न करतो तेव्हा त्यातही सहसा चूक होऊ नये. हे जर बरोबर असेल, तर नैसर्गिक रीतीने निघालेल्या डीएनए आवृत्तीत व प्रयोगशाळेत निर्माण केलेल्या डीएनए आवृत्ती फरक आढळू नये. ज्या डीएनए रेणूचे गुणधर्म ठाऊक आहेत असा डीएनए जर परीक्षानलिकेत योग्य द्रवात टाकला आणि त्या नमुन्यावर उत्प्रेरक एंझाइमाच्या साह्याने डीएनएचा नवीन रेणू तयार केला, तर या नवीन रेणूचे गुणधर्म नमुन्याखातर घेतलेल्या रेणूसारखेच असावयास पाहिजेत पण प्रत्यक्षात अशा प्रयोगात निर्माण होणारा डीएनए रेणू हा नमुना डीएनए रेणूची अचूक आवृत्ती असतोच, असे नाही. याचे कारण कदाचित हे असू शकेल की, कोर्नबर्ग यांनी शोधून काढलेल्या एंझाइमाचे अचूक कार्य दोन पट्‌ट्यांच्या डीएनए रेणूपासून आवृत्ती तयार करण्याचे नसावे. जर या रेणूचे एक पट्टात विभाजन झाले, तर या एका पट्टास पूरक असा दुसरा पट्टा कोर्नबर्ग यांच्या या एंझाइमामुळे अचूक तयार होत असावा.
या कल्पनेवर आधारित असे प्रयोग १९६७ साली कोर्नबर्ग, एम्. गोलियन व आर्. एल्. झिन्ट्‌सहायमर या शास्त्रज्ञांनी केले. त्यांनी व्हायरसामधील एक-पट्ट असलेल्या डीएनएची एंझाइमामुळे साह्याने आवृत्ती काढली. या नवीन एक-पट्ट आवृत्तीत व्हायरस एक-पट्ट डीएनएचे सर्व गुणधर्म आढळले. यावरून नवीन आवृत्ती ही व्हायरस डीएनएची अचूक प्रतिमा आहे, हे सिद्ध झाले. असलाच प्रयोग एस्. स्पिगेलमान यांनी दुसऱ्या जातीच्या व्हायरस डीएनएवर १९६५ साली केला व तोही यशस्वी झाला. या दोन्ही प्रयोगांत उत्प्रेरक एंझाइम हे सजीव कोशिकेतून घ्यावे लागले. यावरून परीक्षानलिकेत कृत्रिम रीत्या डीएनएच्या आवृत्ती तयार करण्यात उत्प्रेरक एंझाइम अगोदर तयार करता आले पाहिजे, ही अडचण लक्षात आली.
प्रथिने : यापूर्वी म्हटल्याप्रमाणे जीन हे डीएनएचे बनलेले असतात आणि ते जननिक संकेतांचे वहन करतात. हे जननिक संकेत डिएनए रेणूतील नायट्रोजन क्षारकांच्या क्रमावर अवलंबून असतात. हे संकेत कोशिकेच्या परिकलात कसे कार्यवाही होतात हे समजण्याकरिता दुसऱ्या एका जटिल रेणूची संरचना समजावून घेतली पाहिजे. हे जटिल रेणू म्हणजे प्रथिने होत [⟶ प्रथिने ]. हे रेणू निरनिराळ्या रूपांत असतात, तरी पण सर्वांचा आराखडा एकच असतो. प्रथिनाच्या सर्पिलासारखा रेणूस कणा असून त्यास २० निरनिराळ्या ⇨ॲमिनो अम्लांच्या पार्श्वश्रृंखला असतात. या बाबतीत तुलनात्मक दृष्टीने पाहता डीएनएच्या कण्यास अगर पट्टास फक्त चारच पार्श्वशृंखला असतात. प्रथिनाच्या संश्लेषणात घटकांच्या संयोगाने तयार होण्याच्या प्रक्रियेत ॲमिनो अम्लांचे लहान रेणू एकमेकांस जोडले जातात. ज्या प्राथमिक बंधाने हे ॲमिनो अम्लांचे रेणू एकमेकांस जोडले जातात त्या बंधास पेप्टाइड बंध असे म्हणतात. ॲमिनो अम्लांचे अंदाजे वीस प्रकार उपलब्ध आहेत. प्रथिनाच्या एका लांब रेणूत या वीस प्रकारच्या ॲमिनो अम्लांचे शेकडो रेणू असू शकतात. एका प्रथिन रेणूत प्रत्येक प्रकारच्या ॲमिनो अम्लाचे किती रेणू असावेत हे त्या प्रथिनाच्या वैशिष्ट्यावर अवलंबून असते. या ॲमिनो अम्लांचा रेणूतील क्रम हे त्या प्रथिनांचे वैशिष्ट्य होय. ही ॲमिनो अम्ले सूक्ष्मजीवांच्या प्रथिनांत आढळतात, तशीच ती मनुष्यासारख्या जटिल जीवाच्या प्रथिनांतही आढळतात. प्रथिनांचा उपयोग फक्त केस, स्नायू, संयोजी ऊतक (जोडण्याचे काम करणारे कोशिकासमूह) इ. जैव संरचना बनविण्यासच होत नाही, तर एंझाइमेही प्रथिनांचीच बनलेली असतात.
सजीव कोशिकांतील परिस्थिती साधारण रासायनिक विक्रिया होण्यास तितकीशी अनुकूल नसते. परिकलाचे तापमान निम्न असते, तसेच त्याचे pH मूल्यही [⟶ पीएच मूल्य ] उदासीन बिंदूच्या जवळपास म्हणजे फार अम्लीयही नाही व क्षारीयही नाही असे असते. अशा परिस्थितीत सजीव कोशिकेत जर रासायनिक विक्रिया व्हावयास हव्या असतील, तर उत्प्रेरक म्हणून एंझाएमांची गरज लागते. प्रत्येक रासायनिक विक्रिय एका विशिष्ट एंझाइमाच्या साह्याने होते. अगदी लहानात लहान सूक्ष्म जंतूच्या कोशिकेत सुद्धा हजारो निरनिराळी एंझाइमे असतात आणि यांपैकी प्रत्येक एंझाइमे म्हणजे एक प्रथिन असते.
हे प्रथिनांचे रेणू इतकी विविध कार्ये कशी करीत असतील हा एक प्रश्नच आहे. प्रथिनांची पॉलिपेप्टाइड सर्पिलाची जटिल अशी त्रिमितीय घडी होते. या घडीमुळे प्रथिनाचा आकार चेंडूसारखा होतो. या चेंडूत बाजूचे जलद्वेषी गट आत दुमडले जातात व जलस्नेही गट बाहेर असतात. या रेणूच्या पृष्ठभागावर काही विशिष्ट आकारांच्या फटी किंवा भेगा निर्माण होतात आणि यात क्रियाशील रासायनिक रेणूंची स्थापना होते. हे क्रियाशील रेणू दुसऱ्या रेणूशी संलग्न होतात. प्रथिनांच्या रेणूंची संख्या कल्पनातीत आहे. १०० ॲमिनो अम्लांचे रेणू जोडले जाऊन तयार होणाऱ्या एखाद्या प्रथिन रेणूचे, २० प्रकारच्या ॲमिनो अम्लांच्या क्रमचय समचय पद्धतीने [⟶ समचयात्मक विश्लेषण ] विश्वात असलेल्या अगणित अणूंपेक्षाही जास्त प्रकार असू शकतात. यांपैकी जास्त उपयुक्त प्रकारची प्रथिने क्रमविकासाच्या (उत्क्रांतीच्या) नैसर्गिक निवडीनुसार सध्या निरनिराळ्या प्राण्यांच्या सजीव कोशिकांत एंझाइमे व इतर कोशिकाद्रव्ये म्हणून आढळतात.
प्रथिन तयार करण्याकरिता ॲमिनो अम्ले एका विशिष्ट क्रमाने एकमेकांशी जोडली गेली पाहिजेत. हे झाले म्हणजे प्रथिन आपले जैव कार्य व्यवस्थित तऱ्हेने पार पाडू शकेल मग ते कार्य जीवातील विशिष्ट संरचना निर्माण करण्याचे असो किंवा उत्प्रेरक एंझाइम निर्माण करण्याचे असो.
आरएनएचे रासायनिक स्वरूप : ॲमिनो अम्ले विशिष्ट क्रमाने जोडण्याचे कार्य डीएनएकडून म्हणजेच पर्यायाने जीनाकडून होते. डीएनएत असलेला नायट्रोजन क्षारकांचे क्रम व ॲमिनो अम्लांचा क्रम यांचा परस्परसंबंध आहे. जीनांचे या विक्रियेवरील नियंत्रण सरळ नसते. कोशिकेमधील केंद्रकांत गुणसूत्रे असतात व या गुणसूत्रांत आनुवंशिक गुणधर्माचे वहन करणारा डीएनए रेणू असतो. या रेणूपासून प्रतिकृती तयार केली जाते व ही प्रतिकृती परिकलात जाऊन आपले कार्य करते. ही प्रतिकृती आरएनए या न्यूक्लिइक अम्लापासून बनलेली असते. आरएनए या अम्लाचे डीएनए या अम्लाशी बरेच साम्य आहे. या रेणूच्या कण्यातील शर्करा हा रिबोज या प्रकारची असते. डीएनएमध्ये ही शर्करा डीऑक्सिरिबोज या प्रकारची असते. आरएनएच्या रेणूतील तीन नायट्रोजन क्षारके–ॲडेनीन, ग्वानीन वा सायटोसीन–डीएनएसारखीच असतात. डीएनएमधील चौथे क्षारक थायमिनाऐवजी आरएनएमध्ये युरॅसिल असते. याला रासायनिक दृष्ट्या ५ – मिथिल युरॅसिल असे म्हणतात. आरएनए रेणू एका पट्टाचा असतो.
आरएनएचे कार्य : आरएनएची नैसर्गिक कार्ये विविध प्रकारची आहेत. काही व्हायरसांमध्ये (उदा., बालपक्षाघात–पोलिओ–व्हायरस) जननिकद्रव्य म्हणून डीएनएच्या ऐवजी आरएनएच असते. प्रथिन संश्लेषणाच्या प्रक्रियेच्या काही यंत्रणेतही आरएनए असते पण याहीपेक्षा आरएनएचे महत्त्वाचे कार्य म्हणजे डीएनए या जननिकद्रव्याची आरएनए ही कार्यकारी प्रत होय आणि म्हणून आरएनएचा उपयोग केंद्रकातील डीएनएचे जननिक संकेत परिकलात पोहोचविणेहा होय. या कारणाकरिता या आरएनएला संदेशक आरएनए असे म्हणतात. हा संदेशक आरएनए डीएनएच्या दुहेरी सर्पिलापैकी एका पट्टाच्या काही मर्यादित भागावरून एंझाइमाच्या साहाय्याने त्याची पूरक प्रतिकृती म्हणून तयार केला जातो. या प्रक्रियेत नायट्रोजन क्षारकांचे युग्मन डीएनए प्रतिकृतीसारखेच असते. फक्त डीएनए पट्टावरील ॲडेनीन क्षारकांचे संदेशक आरएनएच्या पट्टावरील युरॅसिल क्षारकाशी युग्मन होते.
रिबोसोम : कोशिकेच्या परिकलात सु. २५ मिलिमायक्रॉन व्यासाचे काही जटिल कण असतात व ते प्रथिनांचे संश्लेषण करतात. यांना रिबोसोम म्हणतात. यांच्या एका घटकात बरेच प्रथिन रेणू व तीन आरएनएचे रेणू समाविष्ट असतात. प्रत्येक घटक दोन उपघटकांचा बनलेला असतो. यांपैकी एक उपघटक दुसऱ्या उपघटकाच्या दुप्पट आकारमानाचा असतो. लहान उपघटकात आरएनएचा एक रेणू असतो, तर मोठ्या उपघटकात दोन आरएनए रेणू असतात. मोठ्या उपघटकांतील आरएनएचा एक रेणू लहान उपघटकातील आरएनए रेणूपेक्षा दुप्पट मोठा असतो, तर दुसरा रेणू लहान असतो. याशिवाय दोन्ही उपघटकांत प्रथिने असतात. लहान उपघटकात साधारणतः ३०–३५ निरनिराळी प्रथिने तर मोठ्या उपघटकात ५५ निरनिराळी प्रथिने असतात. प्रत्येक प्रकारच्या प्रथिनाचा एकच रेणू असतो. उच्च जीवातील रिबोसोम सूक्ष्मजंतूतील रिबोसोमापेक्षा१/३ते१/२पटींनी मोठे असतात. रिबोसोमातील अर्धे द्रव्यमान प्रथिनांचे असते.
संदेशक आरएनए : केंद्रकात असलेले डीएनए साचा म्हणून कार्य करते. या साच्यावर संदेशक आरएनएचे संश्लेषण होते. या संदेशक आरएनएच्या रेणूतील नायट्रोजन क्षारकांचा क्रम डीएनएतील क्षारकांच्या क्रमास पूरक असतो. हा संदेशक आरएनएचा पट्ट रिबोसोमाच्या वरून जातो व त्यावर स्थिर होऊन प्रथिन संश्लेषणात भाग घेतो. संदेशक आरएनएचा शोध कसा लागला याचा इतिहास मोठा मनोरंजक आहे.
आरएनएच्या रेणूत चार निरनिराळे नायट्रोजन क्षारक असलेली न्यूक्लिओटाइडे असतात. डीएनए न्यूक्लिओटाइडांप्रमाणे याही न्यूक्लिओटाइडांत एक रिबोज शर्करेचा रेणू व एक फॉस्फेटचा रेणू असतो. नायट्रोजन क्षारक रिबोज शर्करेस बंधित असतो व त्याची पार्श्वशृंखला बनलेली असते.
कोशिकांच्या द्रव्यात असलेल्या वरील प्रकारच्या आरएनए न्यूक्लिओटाइडांबरोबर पुष्कळदा दोन किंवा तीन फॉस्फेट गट बंधित असतात. पहिल्या फॉस्फेट गटाच्या बंधापेक्षा या दुसऱ्या व तिसऱ्या फॉस्फेट गटांच्या बंधात जास्त ऊर्जा सामावलेली असते. पर्यायाने एक फॉस्फेट गट असलेल्या न्यूक्लिओटाइडापेक्षा दोन किंवा तीन फॉस्फेट गट असलेल्या न्यूक्लिओटाइडापासून आरएनएचे संश्लेषण जास्त सोपे होते, कारण संश्लेषणास लागणारी ऊर्जा सहज उपलब्ध होते. सेव्हेरो ओचोआ व एम्. ग्रुनबर्ग मॅनॅगो यांनी १९५५ साली परीक्षानलिकेत न्यूक्लिओसाइड डायफॉस्फेडांचे बहुवारिकीकरण करून आरएनएचे संश्लेषण करू शकणारे पहिले एंझाइम शोधून काढले व त्यास पॉलिन्यूक्लिओटाइड फॉस्फोरिलेज हे नाव दिले. जेव्हा या विक्रियेचा जास्त अभ्यास केला तेव्हा हे एंझाइम आरएनएच्या संश्लेषणाच्या कार्य करते किंवा नाही याबद्दल संशय निर्माण झाला. जे. हुरविट्‌झ व जे. फर्थ यांना प्रयोगान्ती असे आढळून आले की, डीएनएहे आरएनएच्या संश्लेषणाचे उद्दीपन करते. या विक्रियेत अपेक्षितच आहे, कारण आरएनएमध्ये जर डीएनएचे संकेत उतरावयाचे असतील, तर आरएनए पट्ट हा डीएनए पट्टाचा पूरकच असला पाहिजे. प्राथमिक उद्दीपक म्हणूनवापरलेल्या डीएनएमधील व त्यापासून होणाऱ्या आरएनएमधील नायट्रोजन क्षारकांची मूल्येही एकमेकांस पूरक अशीच आहेत.
जेव्हा पॉलि-टी हा डीएनए प्राथमिक उद्दीपक म्हणून वापरला तेव्हा फक्त पॉलि ए ह्या आरएनएचे संश्लेषण झाले. जेव्हा ॲडेनीन व थायमीन असलेला डीएनए हा प्राथमिक उद्दीपक म्हणून वापरला तेव्हा युरॅसील व ॲडेनीन असलेला आरएनए निर्माण झाला. यावरून डीएनए व आरएनए यांचे एकमेकांस पूरक असलेले नायट्रोजन क्षारकांचे संबंध स्पष्ट झाले. एस्. वाइस आणि ए. स्टीव्हेंझ यांनाही प्रयोगान्ती असे आढळले की, आरएनएचे संश्लेषण डीएनएवर अवलंबून आहे व आरएनएच्या रेणूतील क्षारकांचा क्रम डीएनएच्या रेणूतील क्षारकांशी संबंधित व पूरक आहे. असा अंदाज करता येतो की, या विक्रियेत डीएनएचा रेणू अंशतः उलगडला जातो. ट्रायफॉस्फेट रूपात असलेले रिबोन्यूक्लिओटाइडांचे रेणू आरएनए पॉलिमरेज या एंझाइमाच्या साह्याने डीएनएच्या पूरक न्यूक्लिओटाइडाशी जुळतात. अशा पूरक जोड्या तयार झाल्या की, फॉस्फेटाचे दोन गट न्यूक्लिओटाइडाच्या रेणूतून बाहेर पडतात व राहिलेला रेणू आरएनए बहुवारिकात संलग्न होतो. असा आरएनएचा रेणू तयार झाला की, तो डीएनए पट्टापासून विलग होतो व डीएनएचे पुनश्च दुहेरी पट्टाचे सर्पिल तयार होते.
या आरएनएचे कार्य काय हे शोधून काढण्याच्या दिशेने ई. व्होल्किन व एल्. ॲस्ट्राकान यांनी प्रयोग केले. जेव्हा एश्चेरिकिया कोलाय या सूक्ष्मजंतूत टी–२ व टी–४ हे व्हायरस शिरतात तेव्हा या व्हायरसांचे डीएनएच फक्त सूक्ष्मजंतूत जाते. व्हायरसावरील प्रथिनाचा थर बाहेरच राहतो. व्हायरसाचे डीएनए सूक्ष्मजंतूच्या कोशिकेत शिरल्यावर सूक्ष्मजंतूत नसलेली पण व्हायरसाचा प्रथिन थर तयार व्हावयास आवश्यक असणारी एंझाइमे या सूक्ष्मजंतूच्या कोशिकेत तयार होतात. याचाच अर्थ असा की, व्हायरसाचा डीएनए पूरक आरएनएचा रेणू तयार करतो. या सांकेतिक आरएनएकडून मिळणाऱ्या संकेतानुसार व्हायरसाची एंझाइमे व प्रथिने सूक्ष्मजंतूच्या कोशिकेत तयार होतात. बराच काल हे आरएनए सूक्ष्मजंतूच्या कोशिकेत आढळले नाही. व्होल्किन व ॲस्ट्राकान यांना असे दिसून आले की, हे व्हायरसाचे सांकेतिक आरएनए फार काळ टिकत नाही व म्हणून ते कोशिकेत आढळत नाही.
झाक मॉनो व फ्रांस्वा झाकॉब यांनी सर्वप्रथम या संकेतवाहक आरएनएला संदेशक आरएनए ही संज्ञा दिली व त्यांनी असे प्रतिपादिले की, या संदेशक आरएनएचे कार्य म्हणजे डीएनएचे संकेत रिबोसोमापर्यंत नेऊन पोहोचविणे हे होय. रिबोसोमाच्या स्थानावरच प्रथिनांची निर्मिती होते. या दृष्टिकोनातून पाहिल्या व्हायरसाचे डीएनए सूक्ष्मजंतूच्या कोशिकेत शिरल्याबरोबर आपला संदेशक आरएनए निर्माण करून कोशिकेतील रिबोसोम यंत्रणेचा ताबा घेते. या सर्व घटना आता प्रयोगाद्वारे सिद्ध झाल्या आहेत. हे प्रयोग टी –४ व्हायरसाद्वारे झाकॉब, एस्. ब्रेनर व एम्. एस्. मेसेलसन या शास्त्रज्ञांनी केले. या प्रयोगांत किरणोत्सर्गी (भेदक कण वा किरण बाहेर टाकणाऱ्या) द्रव्यांचा, तसेच घनता प्रवणता (घनतेच्या बदलाचा दर) समजण्याची क्षमता असलेल्या केंद्रोत्सारक यंत्राचा [⟶ केंद्रोत्सारण] वापर करण्यात आला. यावरून असा निष्कर्ष निघाला की, रिबोसोम हे प्रथिन संश्लेषणास लागणारे एक यंत्र आहे. या यंत्रात जीनातील डीएनएकडून संदेशक आरएनएच्या द्वारे संकेत मिळाल्याशिवाय ते कार्यान्वित होत नाही.
जननिक संकेतलिपी : जननिक संकेतलिपी डीएनएच्या नायट्रोजन क्षारकांच्या क्रमावर आधारित आहे. हे क्षारक फक्त चार प्रकारचे आहेत पण या चार क्षारकांना २० किंवा अधिक ॲमिनोअम्लांचा प्रथिन संश्लेषणातील क्रम ठरवावयाचा असतो. हे कसे शक्य आहे यासंबंधीचा प्रायोगिक पुरावा मार्शल निरेनबर्ग व जे. एच्. मथाई यांनी दिला. ए. कोलाय या सूक्ष्मजंतूच्या कोशिकेतील प्रथिन निर्मितीक्षम अर्क बाहेर काढून त्यात त्यांनी संश्लेषित आरएनए मिसळले. या संश्लेषित आरएनएमध्ये फक्त युरॅसिल हेच नायट्रोजन क्षारक होते. या विक्रियेत तयार झालेल्या प्रथिन रेणूंची जेव्हा तपासणी केली तेव्हा आढळले की, त्यात फक्त फिनिल ॲलॅनीन हेच ॲमिनो अम्ल आहे. यावरून असे दिसते की, फिनिल ॲलॅनीन व युरॅसिल यांचा परस्परसंबंध आहे. आता प्रथिनात फिनिल ॲलॅनीन रेणू घालण्यास किती युरॅसिल क्षारक रेणू लागतील हेही ठरवावे लागेल. जर एक क्षारक एका प्रकारच्या ॲमिनो अम्लास जबाबदार आहे असे गृहीत धरले, तर चार क्षारके व वीस ॲमिनो अम्ले असल्यामुळे प्रत्येक क्षारक कमीत कमी पाच ॲमिनो अम्ले प्रथिनात घातले पण असे आढळत नाही. जर दोन क्षारक एका अम्लास जबाबदार धरले, तर चार क्षारकांत सोळा निरनिराळ्या जोड्या होऊ शकतील आणि या सोळा ॲमिनो अम्लांचा क्रम ठरवितील. तरीही राहिलेल्या चार किंवा यापेक्षा जास्त ॲमिनो अम्लांचा विचार करावा लागेल. यापेक्षा जर तीन क्षारके एका ॲमिनो अम्लास जबाबदार धरली, तर चार क्षारकांत एकंदर चौसष्ट त्रिके (त्रिसूत्री संकेत)
कोष्टक क्र. १. जननिक संकेतलिपी
तयार होतील आणि ही आतापर्यंत माहीत असलेल्या ॲमिनो अम्लांस आणि आणखी काही नवीन सापडणाऱ्या ॲमिनो अम्लांस पुरेशी पडतील. या विचारसरणीवर आधारित जननिक संकेतलिपी ही डीएनएमधील क्षारकांच्या त्रिकांवर आधारित आहे. त्रिकावरील संकेताचे संदेशक आरएनएवर लिप्यंतर होते. संदेशक आरएनए हे संकेत रिबोसोमावर नेऊन पोहोचवितो. तेथे विद्राव्य स्वीकारी किंवा संदेशग्राहक (अथवा वाहक) आरएनएच्या साह्याने निरनिराळी ॲमिनो अम्ले आणली जातात आणि संदेशक आरएनएवर दिलेल्या क्रमाप्रमाणे त्यांची मांडणी केली जाते. ॲमिनो अम्ले पेप्टाइड बंधांनी एकमेकांस जोडली गेली म्हणजे त्यांचा प्रथिन रेणू तयार होतो.
इ. स. १९५५ नंतरच्या काळात जननिक द्रव्यावर खूपच संशोधन झाले आहे व त्याचे रासायनिक स्वरूपही स्पष्ट झाले आहे. डीएनएच्या रेणूमध्ये संकेत असे अंतर्भूत केले आहेत आणि या संकेतांद्वारे प्रथिनांचे रेणू कसे तयार होतात, हेही माहीत झाले आहे. डीएनएत असलेले संकेत प्रथिन संश्लेषणाच्या स्थलापर्यंत कसे पोहोचतात यावरही खूप संशोधन झाले आहे. सजीव कोशिकांतील जननिक द्रव्य डीएनएचे बनलेले असते याबद्दल आता वाद राहिलेला नाही.
सूक्ष्मजंतूंच्या कोशिकेत डीएनए रेणूचा फक्त एक एकेरी पट्ट असतो. याउलट सस्तन प्राण्यासहित उच्च प्राण्यांत पुष्कळ दुहेरी पट्ट असतात व या गुणसूत्रात अंतर्भूत असतात. डीएनएवर असलेल्या नायट्रोजन क्षारकांवर प्रथिनांचे संश्लेषण अवलंबून असते. या क्षारकांचे एक त्रिक प्रथिनातील एका ॲमिनो अम्लास जबाबदार असते. या त्रिकास कोडॉन असे म्हणतात. जननिक संकेतलिपीचे स्पष्टीकरण करण्याकरिता निरेनबर्ग व पी. लेडर यांनी एक निराळेच तंत्र शोधून काढले. या तंत्रात प्रथिनांचे संश्लेषण होत नाही. यात एका वेळेस एकच त्रिक प्रथिन संश्लेषणाच्या यंत्रणेस जोडले जाते. हे संश्लेषण कोशिकेच्या परिकलात असलेल्या रिबोसोमावर होते. संदेशक आरएनएच्या पट्टावर हे रिबोसोम सरकत जातात आणि निरनिराळ्या त्रिकांच्या द्वारे ॲमिनो अम्लांचा क्रम ठरवून एक पॉपिपेप्टाइड साखळी तयार करतात. यातूनच प्रथिननिर्मिती होते. ॲमिनो अम्ले रिबोसोमावर आपण होऊनच जात नाहीत, तर ती प्रथम विशिष्ट एंझाइमाच्या साह्याने त्रिक ओळखणाऱ्या विशिष्ट स्वीकारी आरएनएशी जोडली जातात. प्रत्येक स्वीकारी आरएनएवरही नायट्रोजन क्षारकांचा क्रम असतो व हा क्रम संदेशक आरएनएवर असलेल्या क्रमाशी पूरक असतो. या क्रमातील एका कोडॉनाशी पूरक असलेल्या त्रिकास ॲटिकोडॉन असे म्हणतात. हे ॲटिकोडॉन संदेशक आरएनएवर पूरक कोडॉन ओळखू शकतात.
स्वीकारी आरएनएशी जुळलेले कोणतो ॲमिनो अम्ल रिबोसोमावर कोणत्या संदेशक आरएनएच्या त्रिकाशी संबंधित आहे हे शोधून काढण्याकरिताही निरेनबर्ग यांनी संशोधन केले. ज्या नायट्रोसेज्युलोज गाळण्यातून रिबोसोम गाळले जात नाहीत त्या गाळण्यातूनच स्वीकारी आरएनए ॲमिनो अम्ल व रिबोसोम यांचे मिश्रण त्यांनी गाळले. तेव्हा असे आढळून आले की, स्वीकारी आरएनएचे सर्व रेणू गाळले गेले. फक्त जे रेणू रिबोसोमाशी त्रिकाच्या साह्याने जोडले गेले तेव्हढेच मागे राहिले. उदा., GUUया त्रिकाच्या साह्याने व्हॅलीन ॲमिनो अम्ल विशिष्ट स्वीकारी आरएनएच फक्त गाळण्यात राहिले. इतर स्वीकारी आरएनए गाळले गेले. याप्रमाणे निरेनबर्ग व त्यांच्या सहाध्यायांनी सर्व २४ त्रिकांचे संश्लेषण केले आणि त्यांच्या संकेतन गुणधर्माचा अभ्यास केला. यासारखेच निष्कर्ष हरगोविंद खोराना यांनीही काढले.
चौसष्ट त्रिकांपैकी पन्नास त्रिकांच्या बाबतीत आता निर्विवाद माहिती उपलब्ध झाली आहे. राहिलेल्या चौदा त्रिकांच्या बाबतीत असे आढळून आले की, त्यांचे ॲमिनो अग्लाशी संयोजित होणे दुर्बल असते किंवा काही एकापेक्षा जास्त ॲमिनो अम्लांशी संयोजित होतात. निरनिराळ्या संशोधकांनी केलेल्या प्रयोगांच्या आधारावर पृष्ठ क्र. १२६७ वरील कोष्टक क्र. १ मध्ये दिल्याप्रमाणे जननिक संकेतलिपी तयार करण्यात आली आहे.
कोष्टकावरून असे आढळू येईल की, एकाच ॲमिनो अम्लाचा संकेत देणारी त्रिके साधारणपणे सारखी असतात. उदा., थ्रिओनीन या ॲमिनो अम्लाचा संकेत देणाऱ्या चारही त्रिकांच्या आरंभीची दोन अक्षरे AC ही आहेत. अशीच परिस्थिती इतर सात ॲमिनो संकेत देणाऱ्या त्रिकांमध्येही आढळते. यावरून सर्वसाधारणपणे असे दिसते की, त्रिकाची पहिली दोन अक्षरे ॲमिनो अम्लाविषयी संकेत देण्यात जास्त महत्त्वाची आहेत. समजा एक त्रिक व्हॅलीन या ॲमिनो अम्लाचा संकेत देते. या त्रिकाची पहिली दोन अक्षरे GU ही आहेत. मग तिसरे अक्षर कोणते का असेना. अशीच परिस्थिती तीन ॲमिनो अम्ले सोडून इतर सर्व ॲमिनो अम्लांच्या बाबतीत असते. ही तीन ॲमिनो अम्ले म्हणजे ल्युसीन UU किंवा CU, सेरीन UC किंवा AG आणि आर्जिनीन CG किंवा AG.
संश्लेषित संदेशक आरएनए : जननिक संकेतलिपीची उपपत्ती सिद्ध करण्यासाठी संदेशक आरएनएचे संश्लेषण करून त्यातील नायट्रोजन क्षारकांचा क्रम माहीत करून घेणे व त्याच्या साह्याने निर्माण झालेल्या प्रथिनातील ॲमिनो अम्लांचा क्रम निश्चित करणे, या प्रकारचे विस्तृत कार्य हरगोविंद खोराना व त्याच्या सहाध्यायांनी केले आहे. रासायनिक विक्रिया व एंझाइमे यांच्या साह्याने त्यांनी आरएनएचे मोठे रेणू तयार केले व त्यांवरील नायट्रोज क्षारकांचा क्रम निश्चित केला. उदा., आरएनएच्या रेणूत त्यांना UGUGUGUGUGUG.. हा क्रम आढळला. या क्रमाचे त्रिकांत रूपांतर केले, तर UGU GUG UGU GUG.. अशी त्रिके मिळाली. यावरून तर पॉलिपेप्टाइड (प्रथिन) तयार झाले, तर त्यात एका पाठोपाठ दोन ॲमिनो अम्लांचा क्रम आढळला पाहिजे आणि प्रत्यक्षात तसेच घडले. या प्रथिनात सिस्टीन-व्हॅलीन-सिस्टीन-व्हॅलीन … हा ॲमिनो अम्लांचा क्रम आढळला. यावरून सिस्टिनाचे त्रिक UGU व व्हॅलिनाचे त्रिक GUG असावे, हे सिद्ध होते.
याचप्रमाणे खोरानांनी क्षारकांच्या क्रमाची पुनरावृत्ती असलेल्या आरएनएच्या शृंखला तयार केल्या. XY या क्रमाची जर पुनरावृत्ती झाली, तर दोन प्रकारची त्रिके तयार होतील. जर XYZ या तीन क्षारकांच्या क्रमाची पुनरावृत्ती झाली, तर त्रिकांचा आरंभ X पासून असेल, तर XYZ, जर Y पासून असेल तर YZX व Z पासून असेल, ZXY अशी तीन त्रिके तयार होतील. जर XXYZ या क्रमाची पुनरावृत्ती होत असेल, तर XXY, ZXX, YZX व XYZ ही त्रिके होतील. कोष्टक क्र. २ वरून क्षारकांचा क्रम, त्यांची पुनरावृत्ती, त्यांपासून होणारी त्रिके व तयार होणाऱ्या प्रथिनातील ॲमिनो अम्लांचा क्रम याचा खुलासा होईल.
कोष्टक क्र. २. संश्लेषित आरएनए व त्यांच्या त्रिकांपासून मिळणारी ॲमिनो अम्ले.
AUC हे त्रिक आयसोल्युसीन या ॲमिनो अम्लाचा संकेत देते. जर या क्रमाची पुनरावृत्ती झाली, तर AUC AUC AUC AUC.. असा त्रिकांचा क्रम मिळेल. त्रिकास सुरुवात कोठून होणार यावर कोणते त्रिक असावे हे अवलंबून आहे. जर A पासून सुरुवात झाली, तर AUC या त्रिकाच्या संकेतावर आयसोल्युसीन हे ॲमिनो अम्ल पेप्टाइड बंधाने जोडले जाईल व पॉलिआयसोल्युसीन या प्रथिनाचा रेणू तयार होईल. जर ही सुरुवात U पासून झाली, तर UCA त्रिकापासून सेरीन असलेला पॉलिसेरीन या प्रथिनाचा रेणू तयार होईलआणि जर ही सुरुवात C पासून झाली, तर CAU या त्रिकापासून हिस्टिडीन असलेला पॉलिहिस्टिडीन या प्रथिनाचा रेणू तयार होईल आणि हे असे होते हे प्रयोगान्ती आढळून आले आहे.
खोराना व त्यांच्या सहाध्यायांनी या प्रकारे पुष्कळ त्रिकांच्या गुणधर्माची प्रायोगिक परीक्षा केली व त्यांचे संकेत निश्चित केले.
उत्परिवर्तनांची उपयुक्तता : वरील प्रयोगांत कोशिकांच्या बाहेर होणाऱ्या प्रथिन संश्लेषणाचा अभ्यास करण्यात आला. कोशिकेतही अशाच प्रकारे प्रथिन संश्लेषण होत असेल काय हे पाहिले पाहिजे. या अभ्यासात उत्परिवर्तनाचा उपयोग करण्यात आला. उत्परिवर्तने दोन प्रकारांची असतात. पहिल्या प्रकारात क्षारक प्रतिष्ठापन आणि दुसऱ्यास चौकट स्थलांतर असे म्हणतात. पहिल्या प्रकारात संदेशक आरएनएचा एक क्षारक बदलला जाऊन त्याच्या जागी दुसरा येतो पण सर्व क्षारकांची संख्या तीच राहते दुसऱ्या प्रकारात काही जादा क्षारकांचा समावेश केला जातो किंवा काही क्षारके वगळली जातात. यामुळे क्षारकांच्या संख्येत बदल होतो.
क्षारक प्रतिष्ठापित उत्परिवर्तनासंबंधी आता बरीच माहिती उपलब्ध आहे. ही माहिती मानवाचे रक्तारुण (हिमोग्लोबिन), तंबाखूच्या पानांवरील केवडा रोगास कारणीभूत असणाऱ्या मोझाइक व्हायरसाचे प्रथिन व ए. कोलाय सूक्ष्मजंतूतील ट्रिप्टोफेन सिंथिटेज हे एंझाइम या प्रथिनांवरील प्रयोगांवरून मिळालेली आहे. असामान्य मानवी रक्तारुणाचे ३६ प्रकार, तंबाखू मोझाइक व्हायरसाचे ४० प्रकार व ट्रिप्टोफेन सिंथिटेज प्रथिनांचे २५ प्रकार सध्या ज्ञात आहेत. हे सर्व प्रकार उत्परिवर्तनामुळेच निर्माण झाले आहेत व यावर पुष्कळ शास्त्रज्ञ संशोधन करीत आहेत.
पुष्कळदा एका ॲमिनो अम्लाकरिता एकापेक्षा जास्त त्रिके जबाबदार असल्यामुळे जरी प्रथिनातील ॲमिनो अम्लांचा क्रम समजला, तरी तदनुरूप नायट्रोजन क्षारकांचा क्रम सांगता येणार नाही. जर उत्परिवर्तनामुळे कोणतो ॲमिनो अम्ल कोणत्या दुसऱ्या ॲमिनो अम्लात बदलले हे आपणास समजले, तर त्यांना जबाबदार असणारे त्रिक पाहून कोणत्या त्रिकात फरक होणे शक्य आहे, हे आपणास समजू शकेल. उदा., ग्लुटामिक अम्लाचे संकेत GAA किंवा GAG हे आहेत व व्हॅलिन अम्लाचा संकेत GUU, GUC, GUA व GUG हे आहेत. जर उत्परिवर्तनाने ग्लुटामिक अम्लाच्या जागी व्हॅलिन अम्ल आले, तर ग्लुटामिक अम्लाची त्रिके GAA व GAG यांत फरक असला पाहिजे. हा फरक पहिल्या अक्षरात होणार नाही, कारण दोन्ही अम्लांच्या त्रिकांचे पहिले अक्षर G आहे. दुसऱ्या अक्षरात जर उत्परिवर्तनाने A च्या ऐवजी U आले, तरी यापासून GUA व GUG ही त्रिके तयार होतील आणि ही दोन्ही त्रिके ग्लुटामिक अम्लाऐवजी व्हॅलिनाचा संकेत देतील. या क्षारकांच्या बदलास पुष्कळदा काही रसायनेही जबाबदार असतात. उदा., जर आरएनएवर नायट्रस अम्लाचे संस्करण केले, तर C क्षारकाचे रूपांतर U क्षारकात व A चे रूपांतर G क्षारकात होते. दोन पट्‌ट्यांच्या डीएनएवर जर हायड्रॉक्सिल अमाइन या रसायनाचे संस्करण केले, तर फक्त C क्षारकावरच परिणाम होतो व त्याचे रूपांतर T मध्ये (आरएनएमधील U च्या बदली) होते आणि त्यामुळे G जो सामान्यपणे C ला पूरक असतो त्याचे रूपांतर A मध्ये होते. जननिक संकेतलिपी ही नुसत्या ए. कोलाय सूक्ष्मजंतूसच लागू नाही, तर सर्व वनस्पतींस व मानवासहित सर्व प्राण्यांस लागू आहे.
चौकट स्थलांतर उत्परिवर्तनात एक अथवा अधिक क्षारके डीएनएच्या रेणूत मिसळली जातात किंवा रेणूतून वजा केली जातात. अशी उत्परिवर्तने जेव्हा डीएनए रेणूचे विभाजन होते किंवा रेणूतील भागांची अदलाबदल होते तेव्हा होतात. यामुळे क्षारकांचे क्रम बदलतात व तदनुरूप संकेतही बदलतात. पुढेमागे रेणूच्या विभाजनात काही फरक पडून झालेली चूक आपोआप सुधारली जाते. दोन निरनिराळे क्रम समजल्यानंतर रेणूच्या कोणत्या भागात हा बिघाड झाला आहे, हे समजणे शक्य होते. प्रथिनाचे सूत्र लिहिताना ॲमिनो टोक (NH2) हे डावीकडे प्रथम लिहिले जाते व न्यूक्लिइक अम्लाचे सूत्र लिहिताना पाच कार्बनांच्या वलयातील पाचवा कार्बन अणू डावीकडे ठेवून सूत्र लिहिण्यास सुरुवात करण्याची प्रथा आहे.
विद्राव्य स्वीकारी किंवा संदेशग्राहक आरएनए : जननिक संकेतलिपीचे अस्तित्व स्वीकारी आरएनएत असणाऱ्या प्रतिसंकेतांचा (ॲटिकोडॉनांचा) अभ्यास करून सिद्ध करता येते. रॉबर्ट हॉली या शास्त्रज्ञांनी ॲलॅनीन स्वीकारी आरएनएवर बरेच संशोधन केले आहे. कमीत कमी २० म्हणजे जितकी ॲमिनो अम्ले ज्ञात आहेत तितके तरी स्वीकारी आरएनएचे प्रकार अस्तित्वात असावेत असे आढळते. प्रत्येक अँमिनो अम्लाचा विशिष्ट स्वीकारी आरएनए रेणू ते ॲमिनो अम्ल जेथे प्रथिनांचे संश्लेषण होते तेथे म्हणजे रिबोसोमाकडे वाहून नेतो. या ॲमिनो अम्लांचा क्रम संदेशक आरएनएवर असलेल्या त्रिकांच्या क्रमाप्रमाणे ठरविला जातो व पेप्टाइड बंधाने ते एकमेकांस जोडले जातात. याच प्रक्रियांमुळे शेवटी प्रथिनाचा रेणू तयार होतो.
हॉली यांनी संशोधन करण्याकरिता बेकरीत वापरण्यात येणाऱ्या यीस्टमधून ॲलॅनीन स्वीकारी आरएनए विलग केले. प्राथमिक चाचणीत असे आढळून आले की, या रेणूत ७७ न्यूक्लिओटाइडे असावीत. प्रत्येक न्यूक्लिओटाइडात इतर आरएनएप्रमाणेच रिबोज शर्करा व फॉस्फेट यांचा पट्ट व नायट्रोजन क्षारकांची पार्श्वशृंखला असते. या रेणूतून ही न्यूक्लिओटाइडे क्रमाक्रमाने विलग करणे कठीण आहे. याला दुसरा पर्याय म्हणजे एंझाइमांच्या साह्याने या रेणूचे तुकडे करणे हा होय. या प्रकारात एका तुकड्यात एक किंवा अनेक न्यूक्लिओटाइडे असू शकतील पण हे तुकडे लहान असल्याने यातील न्यूक्लिओटाइडांचा क्रमवार अभ्यास करणे शक्य होते व नंतर सबंध रेणूतील क्रम ठरविता येतो. एखादे लांब वाक्य तोडून मग ते पुन्हा सुसंगतवार तयार करणे, यासारखाच हा प्रकार आहे. स्वीकारी आरएनएचे तुकडे करण्याकरिता पँक्रियाटिक रिबोन्यूक्लिएज व टाकाडायस्टेज रिबोन्यूक्लिएज टी-I या दोन एंझाइमांचा उपयोग केला गेला. यांपैकी पहिले एंझाइम आरएनए पट्ट्याच्या पिरिमिडीन क्षारकाच्या उजवीकडे भंग करते व दुसरे एंझाइम आरएनए पट्टाचा प्यूरीन क्षारकाच्या उजवीकडे भंग करते. या दोन एंझाइमांच्या निरनिराळ्या क्रियांमुळे आरएनएचे निरनिराळे तुकडे तयार होतात. या तुकड्यांवर निरनिराळे प्रयोग करून हॉली व त्यांच्या सहाध्यायांनी ॲलॅनीन स्वीकारी आरएनए रेणूत एकंदर ७७ न्यूक्लिओटाइडे आहेत, हे शोधून काढले. पुढे त्यांचा क्रमही ठरविण्यात आला. हे संशोधन करण्यास हॉली यांना सात वर्षे लागली.
स्वीकारी आरएनएच्या न्यूक्लिओटाइडांचा क्रम समजल्यानंतर त्याच्या रेणूची संरचना कशी असेल, याचा विचार सुरू झाला. प्रत्येक स्वीकारी आरएनएत प्रतिसंकेत दर्शविणाऱ्या (अँटिकोडॉन) तीन क्षारकांचा क्रम संदेशक आरएनएमधील त्रिकात असलेल्या तीन क्षारकांशी पूरक असावा, कारण प्रत्येक त्रिक कोणत्या ना कोणत्या अँमिनो अम्लाचा संकेत दर्शविते. ॲलॅनीन स्वीकारी आरएनएमधील प्रतिसंकेत दर्शविणारा त्रिक संदेशक आरएनएमधील ॲलॅनीन अम्लाचा संदेश देणाऱ्या त्रिकाशी पूरक असते. ॲलॅनीन स्वीकारी आरएनएतील त्रिक IGC हे प्रतिसंकेत दर्शविणारे असावे, असे मानण्यास पुरावा आहे. या प्रतिसंकेताचा संदेशक आरएनएवरील त्रिक (संदेशक) किंवा GCC किंवा GUC हा असू शकेल, कारण ही दोन्ही त्रिके ॲलॅनीन संकेत दर्शवितात. स्वीकारी आरएनएमध्ये जे क्षारकआहेत त्यांत नेहमीची ॲडेनीन, ग्वानीन, सायटोसीन व युरॅसिल हे क्षारक सोडून इतर सात क्षारक आहेत. त्यांत इनोसीन हा एक क्षारक आहे. जेव्हा स्वीकारी आरएनएतील प्रतिसंकेताची संदेशक आरएनएच्या संकेताशी जोडी जमते तेव्हा प्रतिसंकेतातील I हा क्षारक संदेशक आरएनएमधील C सायटोसीन (किंवा U युरॅसिल) या क्षारकाशी हायड्रोजन बंधाच्या साह्याने जोडी करतो. स्वीकारी आरएनएमधील IGC हे क्षारक अनुक्रमे संदेशक आरएनएमधील CCG अथवा UCG यांच्याशी जोडले जातात. हे जसे ॲलॅनीन स्वीकारी आरएनएत घडते, तसेच इतर ॲमिनो अम्लांचे विशिष्ट स्वीकारी आरएनएच्या बाबतीतही घडते. अँलॅनीन स्वीकारी आरएनचे त्रिमितीय प्रतिरूप आ. १ मध्ये दाखविल्याप्रमाणे असते.
या प्रतिरूपास क्लोव्हर पर्ण प्रतिरूप असे म्हणतात. या प्रतिरूपातील आरएनएचे एक पट्टीय भाग लवचिक असतात. या प्रतिरूपात पानासारख्या भागांच्या घड्या करता येतात. या प्रतिरूपातील असामान्य न्यूक्लिओटाइडे पट्टावर सर्वत्र विखुरलेली आढळतात, तरी पण रेणूतील पट्टांच्या वळणाच्या भागात त्यांचे प्रमाण जास्त असते.
स्वीकारी आरएनएचा रेणू अचूक कोणत्या क्षारक क्रमावर रिबोसोमाला चिकटतो व कोणत्या भागावर त्याला उद्दीपित करणारे एंझाइम चिकटते, हे अजून स्पष्ट झालेले नाही पण हे भाग सर्व स्वीकारी आरएनएच्या रेणूवर सारखेच असावेत, असा अंदाज आहे.
आनुवंशिक लक्षणे व जीन : जीवाची आनुवंशिक लक्षणे त्याच्या कोशिकेतील केंद्रकात असलेल्या जीनांवर अवलंबून असतात. जीन हे डीएनए या रासायनिक रेणूचे बनलेले असतात. या रेणूचे महत्त्व लक्षात घेऊन यावर बरेच संशोधन झाले. १९५३ साली वॉटसन व क्रिक यांनी या रेणूची रचना कशी असेल याविषयी आपला सिद्धांत मांडला. यावर बरेच संशोधन होऊन या सिद्धांताला शास्त्रज्ञांची मान्यता मिळाली. या रेणूची रचना कशी असते, त्याचे मुख्य घटक कोणते वगैरे तपशील प्रस्तुत नोंदीच्या आरंभी आला आहेच.
डीएनए रेणूत चार प्रकारचे नायट्रोजन क्षारक आहेत आणि त्यांचे क्रम ठराविक नाहीत. एका जीनात तीन क्षारक असतात, यास त्रिक असे म्हणतात. प्रत्येक त्रिक एका ॲमिनो अम्लाचा संकेत देते. हे संकेत संदेशक आरएनएद्वारे रिबोसोम या कोशिकांगावर नेले जातात व तेथे स्वीकारी आरएनएद्वारे आणलेल्या ॲमिनो अम्लाची जुळवाजुळव होऊन प्रथिनाचा रेणू तयार होतो. दोन ॲमिनो अम्ले एकमेकांस पेप्टाइड बंधाने जोडली जातात. अनेक ॲमिनो अम्ले अशी जोडली गेली की, त्यांस पॉलिपेप्टाइड म्हणतात. हेच प्रथिन रूपाने किंवा एंझाइमरूपाने कोशिकेत आढळते. प्रत्येक जीनाचे प्रथिन निराळे असते. तसेच प्रत्येक विक्रियेत लागणारे एंझाइमही निराळे असते. जर जीनात फरक केली, तर त्यापासून निर्माण होणाऱ्या प्रथिनातही फरक आढळेल. जीनाचा वारसा एका पिढीतून दुसऱ्या पिढीत जावयाचा असेल, तर त्याचे द्विगुणन झाले पाहिजे. याचा अर्थ हा की, डीएनएचा जीन म्हणून गणला जाणारा भाग त्यातील क्षारकांच्या क्रमासह जसाच्या तसा द्विगुणित झाला पाहिजे. नंतर कोशिका विभाजनात हे जीन दोन कोशिकांत विभागले जातील.
जननिक अभियांत्रिकी : (आनुवंशिकीय अभियांत्रिकी). जीनात काही दोष असेल आणि त्यामुळे आनुवंशिक गुणधर्म सदोष असतील, तर जीनात बदल घडवून आणून हे दोष नाहीसे करता येतील का या दिशेने प्रयत्न सुरू झाले. या नवीन तंत्रास जननिक अभियांत्रिकी असे म्हणतात. या तंत्रात जीनांच्या कृत्तकीकरण क्रियेस [⟶ कृत्तक ] फार महत्त्वाचे स्थान आहे. कृत्तकीकरणाने समरूप जीव निर्माण करता येतात. मानवात नैसर्गिक रीत्या निर्माण होणारे असे समरूप जीव हे जुळे म्हणून ओळखले जातात. इतर प्राण्यांतही हे आढळतात किंवा प्रयोगशाळेत निर्माण करता येतात. जे. बी. गर्डन यांनी १९६१ साली बेडकांचे समरूप ⇨भैकेर (अंड्यातून बाहेर पडणारे डिंभ) निर्माण केले.
जीन कृत्तकीकरणात सूक्ष्मजंतूच्या कोशिकेत बाहेरचा जीन घातला जातो व सूक्ष्मजंतूच्या विभाजनाबरोबर या जीनाचेही विभाजन होते. जीन डीएनए रेणूचा बनलेला असल्यामुळे त्यात प्रथिने बनविण्याचे संकेत असतात. या संकेतानुरूप हे जीन प्रथिने बनवितात. जर जीनात फरक केला, तर त्यापासून निर्माण होणाऱ्या प्रथिनातही फरक पडतो. हा जीन सूक्ष्मजंतूत घालण्याकरिता पुनःसंयोगित डीएनए तयार करावे लागते आणि त्यासाठी प्रथम डीएनए रेणूचा तुकडा पाडणे आवश्यक असते. ज्या एंझाइमांच्या मदतीने हे तुकडे पाडले जातात त्यांना रिस्ट्रिक्शन एंडोन्यूक्लिएज असे म्हणतात. असे एंझाइम सूक्ष्मजंतूत आढळते. डीएनए रेणू एका विशिष्ट क्षारकांच्या जोडीमध्ये कापण्याचे कार्य हे एंझाइम करते. उदा., एक प्रकारचे रिस्ट्रिक्शन एंडोन्यूक्लिएज असे आहे की, ते GAATTC हा क्षारकांचा क्रम ओळकते व जेथे हा क्रम आढळेल तेथे G आणि A या दोन क्षारकांमध्ये रेणू कापते. हे एंझाइम म्हणजे एक प्रकारची कात्रीच होय. या कात्रीचा उपयोग करून पॉल बर्ग व त्यांच्या सहकाऱ्यांनी एसव्ही ४० या व्हायरसाचा डीएनए रेणू कापला आणि तो सूक्ष्मजंतूंच्या लँब्डा या व्हायरसाशी जोडला. दोन भिन्न प्राण्यांच्या डीएनएचे रेणू जोडण्याचे हे कार्य प्रथमच वर्ग यांनी केले व या कार्याबद्दल त्यांना १९८० सालचे नोबेल पारितोषिक मिळाले.
यानंतर पुढील क्रिया म्हणजे हा पुनःसंयोगित रेणू असलेला व्हायरस मानवाच्या आतड्यातील ए. कोलाय या सूक्ष्मजंतूच्या कोशिकेत घालणे ही होय पण हे होण्यापूर्वी रॉबर्ट पॉलक यांनी या संशोधनास हरकत घेतली. त्यांच्या मते नैसर्गिक व्हायरसामध्ये जर कृत्रिम फरक केले व असे व्हायरस असणारे सूक्ष्मजंतू जर मानवी शरीरात शिरले,तर त्याचे विपरीत परिणाम होण्याचा संभव आहे म्हणून १९७४ साली या संशोधनावर निर्बंध घालण्यात आले. यथाकाल हे निर्बंध शिथिल करण्यात आले. पुनःसंयोगित करण्याकरिता डीएनएचे रेणू निरनिराळ्या प्रकारांनी मिळविले जातात. यांपैकी पहिल्या प्रकारात इतर प्राण्यांच्या डीएनए रेणूतून रिस्ट्रिक्शन एंडोन्यूक्लिएजाच्या साहाय्याने तुकडा काढून घेतात, दुसऱ्या प्रकारात स्वीकारी आरएनएच्या साच्यावरून रिव्हर्स ट्रान्सक्रिप्टेज या एंझाइमाच्या साहाय्याने डीएनएचे संश्लेषण करतात व तिसऱ्या प्रकारात रासायनिक पद्धतीने डीएनएचे संश्लेषण करतात.
प्लास्मीड : पुनःसंयोगित डीएनए असलेला व्हायरस जर सूक्ष्मजंतूत घातला, तर त्या व्हायरसाचे पर्यायाने पुनःसंयोगित डीएनएचे पुष्कळ वेळा विभाजन होते पण सूक्ष्मजंतू मरतो. ही परिस्थिती टाळण्यासाठी अन्य मार्ग शोधण्यासाठी संशोधन सुरू झाले. जर या पुनःसंयोगित डीएनएपासून त्यात असलेल्या जीनाची क्रिया व्हावी अशी अपेक्षा असेल, तर सूक्ष्मजंतू जिवंत राहिला पाहिजे. या दृष्टीने सूक्ष्मजंतूतील प्लास्मीड या कोशिकांगाचा अभ्यास करण्यात आला. प्लास्मीड हा वर्तुळाकार डीएनए रेणू आहे. सूक्ष्मजंतूत याचे विभाजन स्वतंत्रपणे होते. यात कमीत कमी तीन ते चार जीन असतात. काही सूक्ष्मजंतूंच्या प्लास्मिडांमध्ये जीनांची संख्या शंभरपर्यंतही असू शकते. काही सूक्ष्मजंतूंतील प्लास्मिडाच्या विभाजनाची गती मंद असते, तर काहींत विभाजनाने हजारो प्लास्मीड तयार होतात. हे हजारोंनी विभाजन होणारे प्लास्मीड पुनःसंयोगित डीएनएचे वाहक म्हणून काम करण्यास विशेष परिणामकारक असतात. प्लास्मिडाचा वर्तुळाकार डीएनए रेणू रिस्ट्रिक्शन एंडोन्यूक्लिएज या एंझाइमाने तोडला जातो. त्याचे क्षारक प्लास्मिडाच्या तोडलेल्या तुकड्याच्या टोकाशी जुळतात असा इतर डीएनएच्या रेणूचा तुकडा प्लास्मिडाच्या डीएनएला जोडला जातो व प्लास्मिडाचा रेणू पूर्ववत वर्तुळाकार होतो. व्हायरसातून पुनःसंयोगित रेणू सूक्ष्मजंतूत घालण्याऐवजी तो प्लास्मिड या कोशिकांगातून घालता येईल हे एस्. एन्. कोएन यांनी दाखवून दिले. हे तंत्र अवगत झाल्यावर ह्याचा अवलंब जननिक अभियांत्रिकीमध्ये सर्रास करण्यात आला. प्लास्मिडाला दुसऱ्या प्राण्याच्या डीएनएचा रेणू जोडण्याचा वर वर्णिलेला एक प्रकार झाला. इतर संशोधकांनी निराळ्या प्रकारांचा अवलंब केला आहे. आणखी नवीन प्रकार उपलब्ध होत आहेत.
ए कोलाय सूक्ष्मजंतूत सु. १०,००० जीन असावेत. यातील एक जीन जरी प्लास्मिडाच्या वर्तुळाकार रेणूत घातला व या प्लास्मिडाचे विभाजन सुरू झाले आणि सूक्ष्मजंतूच्या एका कोशिकेत सु. १,००० नवीन प्लास्मिड तयार होऊ दिले, तर याचा अर्थ सूक्ष्मजंतूच्या जीनात या नव्याने घातलेल्या जीनाचे प्रमाण जे ०.००१% इतके होते, हे प्लास्मीड विभाजनामुळे १०% होईल म्हणजे या जीनापासून निर्माण होणाऱ्या प्रथिनांचे प्रमाणही तितक्याच पटींनी वाढेल. प्लास्मीड सूक्ष्मजंतूपासून विलग करता येत असल्यामुळे हे जीनही विलग करता येतात. या पुनःसंयोगित तंत्राने मानवासहित इतर कोणत्याही जटिल प्राण्याच्या जीनाचे गुणन करता येईल.
पुनःसंयोगित डीएनए असलेल्या ए. कोलाय सूक्ष्मजंतूंची प्रतिरोधक शक्ती निरनिराळी असते. या गुणधर्मांवरून साधे ए. कोलाय व हे ए. कोलाय ओळखता येतात.
इंट्रॉन : रिस्ट्रिक्शन एंडोन्यूक्लिएजाचा शोध, पुनःसंयोगित रेणू बनविता येणे व डीएनएवरील क्षारकांचा क्रम ठरविता येणे, हे शक्य झाल्यामुळे जटिल जीवांच्या डीएनएची रचना व कार्य समजणे बरेच सुलभ झाले आहे. डीएनएवरील जीनामध्ये संकेत असलेला क्रम असतो व या क्रमात एक वा अधिक संकेत नसलेले खंड असतात. संकेत नसलेल्या या खंडांना इट्रॉन व संकेतयुक्त खंडांना एक्झॉन म्हणतात. या रेणूपासून जेव्हा संदेशक आरएनए तयार होते त्यातही या इंट्रॉन खंडांची आवृत्ती उतरते. हे जसेच्या तसेच राहिले, तर संदेशक आरएनएचा रेणू खूपच लांब जाईल. हे टाळण्याकरिता एंझाइमाच्या साहाय्याने हे खंड कापले जातात व जीनांची प्रतिकृती संदेशक आरएनएमध्ये शिल्लक राहते. परिणामी संदेशक आरएनएची लांबी कमी होते व प्रथिन संश्लेषणास लागणारा रेणू शिल्लक राहतो. डीएनएच्या रेणूतील जीन आपली जागा बदलतात, असेही आढळले आहे.
पुनःसंयोगित डीएनए तंत्राचे फायदे : पुनःसंयोगित डीएनए तंत्राच्या साहाय्याने सूक्ष्मजंतूंची पुनर्रचना करण्यात दोन फायदे आहेत. पहिला फायदा या तंत्रामुळे उच्च प्राण्याच्या जटिल आनुवंशिक द्रव्याचा सखोल अभ्यास करता येतो. सूक्ष्मजंतूंची केंद्रके व गुणसूत्रे ही त्यामानाने अभ्यासास सोपी आहेत. तसेच सूक्ष्मजंतूचे विभाजन जलद गतीने होत असल्यामुळे थोड्या काळात जास्त प्रमाणात डीएनए संशोधनास उपलब्ध होऊ शकते. जटिल प्राण्यांचे जीन किंवा डीएनएचा तुकडा सूक्ष्मजंतूच्या प्लास्मिडामध्ये घातला, तर सूक्ष्मजंतूबरोबर त्याचेही विभाजन होईल व त्याचे डीएनए जास्त प्रमाणात उपलब्ध होईल.
दुसरा फायदा या नव्या पुनर्रचनेमुळे बाहेरच्या जीनाचे प्रमाण वाढेल व त्यामुळे त्याच्यावर आधारित जैव पदार्थांच्या निर्मितीचे प्रमाणही वाढेल. या पदार्थात ⇨हॉर्मोने, एंझाइमे व औद्योगिक दृष्ट्या महत्त्वाची रसायने यांचा समावेश होतो. उदा., मानवनिर्मितसंश्लेषित जीन सूक्ष्मजंतूच्या प्लास्मिडामध्ये घातला, तर त्यापासून सोमॅटोस्टॅटीन या रसायनाची निर्मिती होते. हे रसायन निर्माण करणारा नैसर्गिक जीन मानवात आढळतो व त्यापासून अत्यंत अल्प प्रमाणात मिळणारे सोमॅटोस्टॅटीन हे हॉर्मोन ⇨पोष ग्रंथीतून निर्माण होणाऱ्या व वाढीस जबाबदार असणाऱ्या हॉर्मोनावर (वृद्धी हॉर्मोनावर) नियंत्रण ठेवते. प्लास्मिडामध्ये घातलेल्या कृत्रिम जीनामुळे सोमॅटोस्टॅटिनाची मोठ्या प्रमाणात निर्मिती करता येते. नैसर्गिक रीत्या एका महिन्यात जितके सोमॅटोस्टॅटीन निर्माण होईल तितके प्लास्मिडाद्वारे एका तासात निर्माण होते.
चीज व मद्य यांच्या निर्मितीतील सूक्ष्मजंतूंचे महत्त्व फार पुरातन काळापासून माहीत आहे. अलीकडील काळात वैद्यकीय दृष्ट्या औषधनिर्मितीत व इतर रसायननिर्मितीतही त्यांचे स्थान महत्त्वाचे आहे. सध्या जननिक अभियांत्रिकीत सूक्ष्मजंतूंचा उपयोग या दृष्टीने फार मोठ्या प्रमाणावर केला जात आहे.
सूक्ष्मजंतूंप्रमाणेच इतर जीवांच्या आनुवंशिकीतही बदल घडवून आणणे शक्य झाले आहे. नीलहरित शैवलाचा जननिक साचा सूक्ष्मजंतूसारखाच आहे. पुनःसंयोगित डीएनएच्या साहाय्याने या साच्यात बदल करणे शक्य आहे. इतर उच्च जीवांचा (हरित शैवल, यीस्ट व बुरशी ते मोठाल्या वनस्पती व प्राणी यांचा) जननिक साचा फार जटिल आहे. यात सूक्ष्मजंतू किंवा व्हायरसासारखे बदल करणे अजून शक्य झालेले नाही.
वनस्पतीचा जननिक साचा जरी जटिल असला, तरी काही वेळा त्यांच्या कायकोशिकांचे (जनन कोशिकांखेरीज शरीरातील इतर कोशिकांचे) विभाजन होऊन त्यापासून पूर्ण वनस्पतीची वाढ होऊ शकते. या आकार्यतेमुळे वनस्पतीत कोणत्याही भागापासून लैंगिक प्रजोत्पादन होताना आढळते. वनस्पतीत पुनःसंयोगित डीएनएचा वाहक म्हणून काही व्हायरसांची योजना करता येईल, हे खालील उदाहरणावरून दिसून येते. मातीतील ॲग्रोबॅक्टिरियम ट्युमिफेसियन्स या सूक्ष्मजंतूच्या प्लास्मिडामध्ये श्रावण घेवड्याचा जीन घातला व तो सूक्ष्मजंतू तंबाखूच्या पानावर सोडला. पानावरील पीटिकेत त्याची वाढ झाली. पीटिकेतील कोशिका बाहेर संवर्धित करून हॉर्मोनाच्या साहाय्याने त्या कोशिकेपासून लहान झाड तयार झाले. या झाडाचे कलम तंबाखूच्या झाडावर केले. यात श्रावण घेवड्याचे गुणधर्म आढळले. या झाडास ‘टोबीन’ हे नाव देण्यात आले आहे.
घेवड्याचे प्राथमिक जीन फॅसिओलीन हे प्रथिन निर्माण करतात. या प्रथिनात मिथिओनीन या अँमिनो अम्लाचे प्रमाण कमी असते. फॅसिओलीन निर्माण करणाऱ्या जीनामध्ये जर मिथिओनीन निर्माण करणारा कोडॉन घातला व हा पुनर्रचित जीन सूक्ष्मजंतूतील प्लास्मिडामध्ये घातला आणि मग हा सूक्ष्मजंतू घेवड्याच्या कोशिकांत घातला, तर त्यापासून निर्माण होणाऱ्या घेवड्यामध्ये मिथिओनिनाचे प्रमाण वाढलेले असेल. याप्रमाणे आणखीही आश्चर्यजनक सुधारणा कृषिक्षेत्रात जननिक अभियांत्रिकीमुळे शक्य झाल्या आहेत. बियाण्यात एखाद्या ॲमिनो अम्लाचा अभाव असल्यास ते सुधारणे, रोगास प्रतिकारक बियाणे तयार करणे किंवा किडीपासून सुरक्षित राहू शकेल असे बियाणे निर्माण करणे ह्या त्यांपैकी काही सुधारणा होत. तण व पीक यांत फरक करू न शकणाऱ्या काही तणनाशकांच्या बाबतींत जननिक अभियांत्रिकीय तंत्राच्या साहाय्याने तणनाशकविरोधी वनस्पती (उदा., ब्रोमॉक्सिनील या तणनाशकाला रोध करू शकणारे तंबाखूचे झाड) तयार करण्यात शास्त्रज्ञांना यश मिळाले आहे. कापूस व टोमॅटो या पिकांच्या बाबतीतही या दृष्टीने संशोधन चालू आहे. यामुळे तणनाशकाने पिकाचा होणारा नाश थांबून उत्पादनात वाढ होऊ शकेल. संशोधकांना अशीही आशा वाटते की, गहू, मका यांसारख्या तृणधान्यांत असे फरक घडवून आणता येतील की, ती खतावर अवलंबून न राहता स्वतःची नायट्रोजनाची गरज वातावरणातील नायट्रोजनामधून भागवू शकतील. यामुळे खतावर होणाऱ्या खर्चात बरीच बचत होईल. हरित वनस्पती सूर्यप्रकाशाच्या साहाय्याने कार्बोहायड्रेटांचे संश्लेषण करतात. त्यांच्या जीनांत फरक करून सौर ऊर्जेच्या साहाय्याने ऊर्जा देणाऱ्या त्यातील द्रव्याची निर्मिती वाढविता येईल.
प्राणिजीवनात वनस्पतींच्या मानाने जननिक अभियांत्रिकीचा उपयोग तितका सोपा नाही. मानवासहित सर्व उच्च प्राण्यांचा विकास जास्त काटेकोर व शिस्तबद्ध आहे. उच्च प्राण्यात अलैंगिक प्रजोत्पादनाचा अभाव आहे. या प्राण्यांच्या विकासात कोशिकांचे भिन्नीभवन (कार्य विभागणीमुळे संरचनेत बदल होण्याची क्रिया) फार पूर्वावस्थेत होते. फक्त जनन ग्रंथीच्या कोशिकांचे संवर्धन केले व त्यात पुनःसंयोगित जीनाचे रोपण केले व असे अंडे निषेचित (फलित) झाले, तर निर्माण होणाऱ्या भ्रूणात नवीन जीन आढळेल पण हे करण्यास सध्या तरी बऱ्याच अडचणी आहेत.
प्राण्यात व्यक्तिगत जननिक परिवर्तन घडवून आणणे शक्य आहे असे बदल पुनःसंयोगित डीएनएच्या साहाय्याने कायकोशिकांत घडविता येतात पण हे बदल आनुवंशिक नसतात. जननिक विकृतींपैकी दात्र कोशिका पांडुरोग [⟶ पांडुरोग ] हा रोग सामान्यपणे आढळणारा आहे. ज्या जीनामुळे रक्तारुण तयार होते त्यात दोष असेल, तर हा रोग होतो. रक्तारुण हे रक्तातील ऑक्सिजनवाहक लाल रंजक आहे. या रोगात तांबड्या कोशिकांचा आकार कोयत्यासारखा होतो व त्याची ऑक्सिजन वाहून नेण्याची क्षमता कमी होते. दात्रकोशिकेच्या पूर्वकोशिकेत जर पुनःसंयोगित डीएनए घातला व त्यांचे संवर्धन करून रक्तात अंतःक्षेपण केले, तर दात्र कोशिकांऐवजी सामान्य कोशिका तयार होतील व या रोगावर मुक्त झाला, तरी आनुवंशिक रीत्या दात्र कोशिकेचे जीन तो पुढील पिढीस देणारच.
उपयुक्त औषधांची निर्मिती : जीन कृत्तकीकरण तंत्राने शास्त्रज्ञांनी मानवाचे संश्लेषित ⇨इन्शुलीन निर्माण केले. हे करण्यासाठी ए. कोलाय या सूक्ष्मजंतूंच्या प्लास्मिडामध्ये इन्शुलिनाचा जीव घातला व हे पुनःसंयोगित डीएनए सूक्ष्मजंतूत घातले आणि त्याकडून मानवी इन्शुलीन मिळविले. १९८२ सालापासून या इन्शुलिनाची निर्मिती मोठ्या प्रमाणावर होत आहे. हे इन्शुलीन बाजारात ह्युम्युलीन या नावाने विकले जाते.
मानवाच्या वाढीस उपयुक्त असे हॉर्मोनही आता जननिक अभियांत्रिकीच्या तंत्राने मिळू लागले आहे. हे हॉर्मोन पोष ग्रंथीत तयार होते. ठेंगू मुलाला हे हॉर्मोन दिले, तर त्याची वाढ सामान्य मुलाप्रमाणे होते. अशा एका मुलाला एक वर्ष औषधयोजना करण्याकरिता ५० तरी मृतदेहांच्या पोष ग्रंथीतून हे हॉर्मोन काढावे लागेल. आता या नवीन तंत्राने पुरेसे हॉर्मोन स्वस्त दराने उपलब्ध होते.
हृदयविकारावरही या तंत्राने प्लास्मिनोजेन हे परिणामकारक प्रथिन उपलब्ध झाले आहे. हे प्रथिन रक्तवाहिनीत होणाऱ्या अनिष्ट रक्तक्लथनावर (रक्ताची गुठळी तयार होण्यावर) उपयुक्त असल्याचे आढळते. या प्रथिनामुळे क्लथाचे (गुठळीचे) विघटन होते व हृदय रोहिणीचा रक्तप्रवाह नित्याप्रमाणे चालू राहतो. यामुळे ह्रदयक्रिया बंद पडण्याचा धोका टाळण्यास मदत होते.
इंटरफेरॉने : इंटरफेरॉने ही व्हायरसांपासून संरक्षण देणारी द्रव्ये आहेत. मानवाच्या व इतर प्राण्यांच्या शरीरातील व्हायरसांचा ही द्रव्ये नाश करतात. ही द्रव्ये वनस्पतींतही आढळतात. ही प्रथिने असून व्हायरसाने ग्रासलेल्या कोशिकांत तयार होतात. येथून ती कोशिकांबाहेरच्या द्रवात किंवा रक्तात सोडली जातात. इंटरफेरॉने कोशिकेत शिरल्यावर येथे व्हायरसापासून संरक्षण देणारी ⇨प्रतिपिंडासारखी प्रथिने तयार होतात. अर्बुदाच्या (नवीन कोशिकांच्या अत्यधिक वाढीमुळे तयार होणाऱ्या गाठीच्या) कोशिकांत इंटरफेरॉने व्हायरसांचे विभाजनच थांबवीत नाही, तर सामान्य कोशिकांचे रूपांतर अर्बुदाच्या कोशिकांत होणार नाही याचीही काळजी घेतात. इंटरफेरॉने जीन कृत्तकीकरणाने तयार करता येतात व कर्करोगाच्या उपचारात त्यांचा उपयोग केला जातो. [⟶ इंटरफेरॉने].
एककृत्तकी प्रतिपिंड : कर्करोगाच्या अर्बुदाच्या कोशिका विलग होऊन शरीरात इतरत्र स्थिरावतात, या स्थितीस कर्कप्रक्षेप म्हणतात [⟶ प्रक्षेप]. शल्यक्रियेने हे कर्कप्रक्षेप काढता येत नाहीत. यावर रासायनिक उपचार केले जातात. ही रसायने विषारी असतात व कर्करोग कोशिकांबरोबर ती इतर निरोगी कोशिकांचाही नाश करतात. यावर उपाय म्हणून शरीरात ⇨प्रतिजनांचे अंतःक्षेपण करायचे व या प्रतिजनांस प्रतिरोधक असे प्रतिपिंड कोशिकात निर्माण करायचे. अशा प्रतिपिंडवाहक कोशिका अर्बुदाच्या कोशिकांत जोडावयाच्या. अशा जोडलेल्या कोशिकांस संकरार्बुद कोशिका (हायब्रिडोमा) असे म्हणतात. कर्करोग कोशिकांचे झपाट्याने विभाजन होते व त्याबरोबर त्याच्याशी जोडलेल्या प्रतिपिंडवाहक कोशिकांचे विभाजन होते. यामुळे कर्करोग कोशिकांचे विभाजन रोखणारे प्रतिपिंड जास्त प्रमाणात उपलब्ध होतात आणि विभाजनाचा वेग मंदवतो. या प्रकारास एककृत्तकी प्रतिपिंड म्हणतात. यामुळे अस्थिमज्जेतील (लांब हाडांच्या पोकळीमधील द्रव्यातील) कोशिकांच्या कर्करोगावर मात करण्यात यश मिळाले आहे.
या एककृत्तकी प्रतिपिंडामध्ये काही विषारी द्रव्येही वापरण्यात आली आहेत. यांपैकी रिसीन नावाचे विष एरंडाच्या बियांतील असते. नुसतेच रिसीन वापरले, तर ते अर्बुदाच्या कोशिकांचाच नाश करते असे नाही, तर इतर निरोगी सामान्य कोशिकांचाही नाश करते पण हेच विष जर एककृत्तकी प्रतिपिंडाशी जोडले, तर ते फक्त अर्बुदाच्या कोशिकांचाच नाश करते.
ऊर्जा : आरोग्य व अन्न या क्षेत्रात या तंत्राचा उपयोग जसा झपाट्याने होत आहे तसा तो ऊर्जा वाढविण्यासही होऊ शकतो, हे आता संशोधकांच्या लक्षात येऊ लगाले आहे. पृथ्वीवरील खनिज तेलाचा साठा काही थोडा काळ पुरेल इतकाच आहे. हे तेल वर येताना ज्या खडकांतून येते त्यांच्या पुष्ठभागास ते चिकटते. ते न चिकटावे म्हणून या कामी काही सूक्ष्मजंतूंची योजना करणे शक्य आहे. काही रहित वनस्पतीही खनिज तेले निर्माण करतात. कोपिफेरा मल्टिज्युगा या वनस्पतीपासून दरवर्षी सु. ४० लि. डिझेल तेलासारखे खनिज तेल मिळू शकते पण हे झाड समशीतोष्ण प्रदेशात चांगले वाढत नाही. यूफोर्बिया लॅथिरस या निवडुंगासारख्या वनस्पतीतही थोड्याफार प्रमाणात हे खनिज तेल मिळते. ही वनस्पती उष्ण व समशीतोष्ण प्रदेशांत वाढते. कोपिफेरा मल्टिज्युगा या वनस्पतीचे या तेलास जबाबदार असणारे जीन जर जननिक अभियांत्रिकीच्या तंत्राने यूफोर्बिया लॅथिरस या वनस्पतीस घातला, तर जास्त प्रमाणात डीझेल तेल मिळू शकेल, असे शास्त्रज्ञांस वाटते.
अन्य उपयोग : जीन कृत्तकीकरण तंत्रातील नवा विक्रम म्हणजे प्राण्याचा जीन वनस्पतीस घालणे हा होय. स्टिफन हॉवेल यांनी हे प्रयोग केले. आतापर्यंत जीनवर खूण म्हणून किरणोत्सर्गी पदार्थाचा वापर करण्यात येत असे. यात पुष्कळ धोके असत. याऐवजी जीनवर खूण म्हणून प्रकाश निर्माण करणारा जीन घालता आला, तर ते जास्त सोईस्कर होईल असा विचार करून त्यांनी काजव्यातील प्रकाश देणाऱ्या जीनावर संशोधन सुरू केले.
ल्युसिफेरीन व अँडिनोसीन ट्रायफॉस्फेट (एटीपी) यांच्या रासायनिक विक्रियेत ल्युसिफेरेज हे काजव्यात आढळणारे एंझाइम उत्प्रेरक म्हणून काम करते व त्यामुळे प्रकाशनिर्मिती होते. या परिस्थितीचा अभ्यास करून हॉवेल यांनी काजव्यातून ल्युसिफेरेजाचा संकेत देणारा जीन विलग केला व तो ॲग्रोबॅक्टिरियम या सूक्ष्मजंतूंच्या प्लास्मिडामध्ये घातला. या प्लास्मिडाची तंबाखूच्या पानाच्या कोशिकांबरोबर उबवण केली. नंतर या पानांच्या कोशिकांपासून पूर्ण झाडाची निर्मिती केली. हा जीन तंबाखूच्या वनस्पतीत आल्यामुळे त्या वनस्पतीत ल्युसिफेरेज हे एंझाइम तयार होऊ लागले. या झाडास ल्युसिफेरीन असलेला पाण्याचा विद्राव घातला, तर ल्युसिफेरीन व झाडात नैसर्गिक रीत्या असलेल्या एटीपीच्या संयोगाने प्रकाशनिर्मिती होऊ लागली.
हा जीन जसा वनस्पतीत प्रकाशाच्या साह्याने ओळखता येतो तसा तो संबंधित कोशिकांतही ओळखता येतो. हॉवेल यांनी हा जीन गाजराच्या संवर्धित कोशिकात घातला. चोवीस तासांनी त्या कोशिकांचे पोषण केले आणि त्यात ल्युसिफेरीन व एटीपी मिसळले. याबरोबर त्यात असलेल्या ल्युसिफेरेज एंझाइमाच्या साहाय्याने प्रकाशाची निर्मिती झाली. यावरून असा निष्कर्ष निघाला की, कोशिकांतील जीन ल्युसिफेरेज एंझाइम निर्माण करीत असावा. या संशोधनामुळे जीन अभिव्यक्तीचा अभ्यास करण्यात बरीच मदत होण्याची शक्यता आहे.
वरील विवेचनावरून रेणवीय जीवविज्ञानाचे सामान्य स्वरूप, संक्षिप्त रीत्या लक्षात येईल. १८६९ साली मेंडेल यांनी या शास्त्रास प्रारंभ केला असे गृहीत धरेल, तर १९४४ सालापर्यंत त्यात विशेष प्रगती झाली नाही. या साली एव्हरी व त्यांच्या सहकाऱ्यांनी जीन हे डीएनए या रसायनाचे बनलेले असतात, हे दाखवून दिले. यानंतर १९५३ साली वॉटसन व क्रिक यांनी डीएनए रेणूची रचना कशी असेल यासंबंधीचा आपला सिद्धांत मांडला. यानंतर प्रथिन संश्लेषणाचा उलगडा झाला. डीएनएवर असलेले जननिक संकेत तीन क्षारकांचे असतात. प्रत्येक संकेत एका विशिष्ट ॲमिनो अम्लाकरिता असतो व ही सर्व ॲमिनो अम्ले जुळविण्यास व त्यांचा क्रम निश्चित करण्यास निरनिराळ्या आरएनएची यंत्रणा असते याचा शोध लागला.
यानंतरच्या काळात म्हणजे १९७० नंतर जननिक अभियांत्रिकी हे नवीन तंत्र वापरात आले व एकामागून एक असे नवीन शोध लागू लागले. १९७० साली रिस्ट्रिक्शन एंझाइमाचा शोध, १९७२ साली पॉल बर्ग यांचा पुनःसंयोगित डीएनएचा शोध व कोहेन यांचा सूक्ष्मजंतूतील प्लास्मिडाचा शोध यांमुळे या तंत्रात खूप वेगाने प्रगती झाली. १९७७ साली व्यापारी कंपन्या स्थापन होऊन औषधांची निर्मिती करण्यास सुरुवात झाली. हे तंत्र वापरून कर्करोगासारखे असाध्य रोग कसे आटोक्यात आणता येतील या दिशेने संशोधन सुरू झाले. कृषिक्षेत्रातही आश्चर्यजनक शोध लागले. १९८२ साली मानवी वापरास योग्य असे इन्शुलीन पुनःसंयोगित डीएनएच्या साहाय्याने मोठ्या प्रमाणावर निर्माण करण्यात आले. या तंत्रातील हा विकास अत्यंत प्रभावी आहे, यात शंकाच नाही.
भारतात रेणवीय जीवविज्ञान या विषयावरील संशोधनकार्य सेंटर फॉर सेल्युलर अँड मॉलिक्युलर बायॉलॉजी या हैदराबाद येथील संस्थेत १९७७ पासून करण्यात येत आहे. [⟶ राष्ट्रीय प्रयोगशाळा].
पहा : आनुवंशिकी जीवभौतिकी न्यूक्लिइक अम्ले प्रथिने.
संदर्भ : 1. Davidson, J. N. The Biochemistry of Nucleic Acids, 1972.
2. DeRobertis, E. D. P. DeRobertis, E. M. F. Cell and Molecular Biology, Philadelphia,1980.
3. Freifelder, D. M. Molecular Biology and Biochemistry, San Francisco, 1978.
4. Lwoff, A. Ullman, A., Ed., Origins of Molecular Biology : A Tribute to Jarques Monod, New York, 1979.
5. Lwoff, A., Ullman, A., Ed., Monod, Jacques : Selected Papers in Molecular Biology, New York, 1978.
6. Price, F. W. Basic Molecular Biology, New York, 1979.
7. Smith, C. U. M. Molecular Biology, Cambridge, Mass., 1968.
8. Watson, J. D. Molecular Biology of the Gene, Menlo Park, Calif., 1975.
इनामदार, ना. भा.
“