offSchoolবেটা

জীববিজ্ঞান · অধ্যায় ১৪ · টপিক ৯

ইনসুলিন ও হরমোন উৎপাদনে জেনেটিক ইঞ্জিনিয়ারিং

পড়ার নোট

ইনসুলিন ও হরমোন উৎপাদনে জেনেটিক ইঞ্জিনিয়ারিং এর ব্যবহার

জেনেটিক ইঞ্জিনিয়ারিং এর সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ ব্যবহার হলো মানুষের প্রয়োজনীয় হরমোন, যেমন ইনসুলিন, বড় পরিমাণে ও সহজে উৎপাদন করা। আগে ডায়াবেটিস রোগীদের চিকিৎসায় গরু বা শূকরের প্যানক্রিয়াস থেকে ইনসুলিন আহরণ করা হতো। কিন্তু এটি ছিল ব্যয়বহুল এবং কখনো কখনো এলার্জি সৃষ্টি করতো।

জেনেটিক ইঞ্জিনিয়ারিং এর মাধ্যমে মানুষের ইনসুলিন তৈরির জিনটি ব্যাকটেরিয়া, বিশেষ করে Escherichia coli (ই. কোলি) বা ছত্রাক Saccharomyces cerevisiae (ইস্ট)-এর কোষে প্রবেশ করানো হয়। এই পরিবর্তিত ব্যাকটেরিয়া বা ইস্ট কোষ মানুষের মতো ইনসুলিন তৈরি করতে শুরু করে। এভাবে বড় ট্যাংকে (বায়োরিয়্যাক্টরে) এদের চাষ করে লক্ষ লক্ষ মানুষের জন্য নিরাপদ ও কার্যকর ইনসুলিন উৎপাদন করা হয়।

এছাড়াও, জেনেটিক ইঞ্জিনিয়ারিং ব্যবহার করে অন্যান্য গুরুত্বপূর্ণ হরমোন যেমন বৃদ্ধি হরমোন (Growth Hormone), ইন্টারফেরন (যা ক্যান্সার ও হেপাটাইটিস চিকিৎসায় ব্যবহৃত হয়) এবং ইরিথ্রোপয়েটিন (যা রক্তশূন্যতা চিকিৎসায় ব্যবহৃত হয়) উৎপাদন করা হয়।

এই প্রযুক্তির সুবিধা হলো:

  • হরমোন উৎপাদন খুব দ্রুত ও কম খরচে হয়।
  • উৎপাদিত হরমোন মানুষের হরমোনের সম্পূর্ণ অনুরূপ, তাই দেহে এলার্জি বা প্রতিরোধ কম হয়।
  • প্রাণী হত্যা করে হরমোন আহরণের প্রয়োজন হয় না, তাই নৈতিক ও পরিবেশগত সমস্যা এড়ানো যায়।

উদাহরণ: ধরো, একটি বায়োরিয়্যাক্টরে জিন পরিবর্তিত ই. কোলি ব্যাকটেরিয়া চাষ করা হচ্ছে। এরা প্রতিদিন ১০০ মিলিগ্রাম ইনসুলিন তৈরি করে। ৭ দিনে মোট উৎপাদন হবে = ৭ × ১০০ = ৭০০ মিলিগ্রাম।

মনে রাখো: জেনেটিক ইঞ্জিনিয়ারিং এর মাধ্যমে ব্যাকটেরিয়া বা ইস্টকে 'জৈব কারখানা' বানিয়ে মানুষের জন্য প্রয়োজনীয় হরমোন যেমন ইনসুলিন নিরাপদে ও বৃহৎ পরিমাণে উৎপাদন করা যায়।

২০২৬ সালের NCTB পাঠ্যবই অনুসরণ করে লেখা।

চালিয়ে দেখো

  • ব্যাকটেরিয়া থেকে মানব ইনসুলিন উৎপাদন: রিকম্বিন্যান্ট ডিএনএ প্রযুক্তিচালিয়ে দেখো

    বাংলাদেশে প্রায় ১ কোটি ৩০ লাখ মানুষ ডায়াবেটিসে আক্রান্ত। ঢাকার বারডেম (BIRDEM) হাসপাতালের চিকিৎসকদের মতে, বহু রোগীর রক্তে গ্লুকোজ নিয়ন্ত্রণে প্রতিদিন নির্দিষ্ট মাত্রায় ইনসুলিন ইনজেকশন নিতে হয়। ইনসুলিন মূলত ৫১টি অ্যামাইনো অ্যাসিড নিয়ে গঠিত একটি প্রোটিন হরমোন, যার A শৃঙ্খলে ২১টি এবং B শৃঙ্খলে ৩০টি অ্যামাইনো অ্যাসিড থাকে। অতীতে গরু বা শূকরের অগ্ন্যাশয় থেকে ইনসুলিন সংগ্রহ করা হতো, যা ছিল অত্যন্ত ব্যয়বহুল এবং তা মানুষের শরীরে মারাত্মক অ্যালার্জি সৃষ্টি করত। বর্তমানে জীবপ্রযুক্তির রিকম্বিন্যান্ট ডিএনএ (rDNA) কৌশলে নিরীহ ই. কোলাই (E. coli) ব্যাকটেরিয়ার মাধ্যমে কারখানায় ১০০% খাঁটি মানব ইনসুলিন তৈরি করা হয়। মানুষের অগ্ন্যাশয় কোষ থেকে ইনসুলিন তৈরির জিন ব্যাকটেরিয়ার প্লাজমিডে যুক্ত করার পর, এককোষী এই ব্যাকটেরিয়া কীভাবে অবিকল মানুষের মতো ৫১টি অ্যামাইনো অ্যাসিডযুক্ত মানব ইনসুলিন তৈরি করতে পারে?

অনুশীলনের প্রশ্ন

  1. রিকম্বিনেন্ট ডিএনএ পদ্ধতিতে মানব ইনসুলিন উৎপাদনের জন্য ব্যাকটেরিয়ার প্লাজমিড ডিএনএ এবং মানুষের ইনসুলিন জিন পৃথক করার পর উভয়কে একই সুনির্দিষ্ট রেস্ট্রিকশন এনজাইম দিয়ে কাটার প্রধান কারণ কী?

    1. ক

      যাতে উভয় ডিএনএ খণ্ডের প্রান্তে পরস্পরের পরিপূরক একক-সূত্রক আঠালো প্রান্ত (sticky ends) তৈরি হয় যা সহজে লিগেজ দ্বারা যুক্ত হতে পারে

    2. খ

      যাতে প্লাজমিডের ভেতরের ক্ষারক জোড়গুলোর আকার মানব ইনসুলিন জিনের সমদৈর্ঘ্যে রূপান্তরিত হতে পারে

    3. গ

      যাতে ব্যাকটেরিয়ার কোষপ্রাচীর গলে যায় এবং ইনসুলিন জিনটি সরাসরি নিউক্লিয়াসে প্রবেশ করতে পারে

    4. ঘ

      যাতে ডিএনএ অণুর হাইড্রোজেন বন্ধনগুলো স্থায়ীভাবে বিনষ্ট হয়ে ক্ষারকগুলো সম্পূর্ণ উন্মুক্ত হয়ে যায়

    উত্তর ও ব্যাখ্যা
    সঠিক উত্তর:

    ক) যাতে উভয় ডিএনএ খণ্ডের প্রান্তে পরস্পরের পরিপূরক একক-সূত্রক আঠালো প্রান্ত (sticky ends) তৈরি হয় যা সহজে লিগেজ দ্বারা যুক্ত হতে পারে

    1. একটি নির্দিষ্ট রেস্ট্রিকশন এনজাইম সর্বদা একটি নির্দিষ্ট প্যালিনড্রোমিক ক্ষারক অনুক্রমে (palindromic sequence) ডিএনএ-এর দুটি সূত্রকে অসমানভাবে কাটে। ফলে উভয় খণ্ডের প্রান্তে ক্ষারকের উন্মুক্ত একক-সূত্রক খাঁজ বা 'আঠালো প্রান্ত' (sticky ends) তৈরি হয়।
    2. একই এনজাইম দিয়ে প্লাজমিড এবং কাঙ্ক্ষিত মানব জিন কাটলে উভয়ের আঠালো প্রান্তের ক্ষারকগুলো একে অপরের পরিপূরক হয়। এর ফলে ডিএনএ লিগেজ এনজাইমের সাহায্যে পরিপূরক হাইড্রোজেন বন্ধন ও ফসফোডাইএস্টার বন্ধন গঠিত হয়ে সহজেই স্থায়ী রিকম্বিনেন্ট ডিএনএ অণু তৈরি হয়।
  2. সাভারে অবস্থিত একটি বায়োটেক প্রতিষ্ঠানে রিকম্বিনেন্ট ডিএনএ প্রযুক্তির মাধ্যমে জেনেটিকালি মডিফাইড E. coli ব্যাকটেরিয়া ব্যবহার করে মানুষের চিকিৎসায় ব্যবহৃত ইনসুলিন তৈরি করা হয়। প্রতিষ্ঠানটির বাজারজাতকৃত ইনসুলিন ইনজেকশন দ্রবণে প্রতি মিলিলিটারে (১ mL) ৩ mg সক্রিয় বিশুদ্ধ ইনসুলিন থাকে। চিকিৎসকের পরামর্শ অনুযায়ী একজন ডায়াবেটিস রোগীর রক্তের গ্লুকোজ নিয়ন্ত্রণে প্রতিদিন গড়ে ১.৮ mg ইনসুলিন ইনজেকশন গ্রহণ করতে হয়। ওই রোগীর ৩০ দিনের এক মাসে চিকিৎসার জন্য মোট কত মিলিলিটার (mL) ইনসুলিন দ্রবণ প্রয়োজন হবে?

    উত্তর ও ব্যাখ্যা
    সঠিক উত্তর:

    ১৮ mL

    1. রোগীর দৈনিক প্রয়োজনীয় ইনসুলিনের ভর = ১.৮ mg। সুতরাং ৩০ দিনে রোগীর মোট প্রয়োজনীয় ইনসুলিনের পরিমাণ = ১.৮ mg/দিন × ৩০ দিন = ৫৪ mg।
    mtotal=1.8 mg/day×30 days=54 mgm_{\text{total}} = 1.8\text{ mg/day} \times 30\text{ days} = 54\text{ mg}
    1. ইনসুলিন দ্রবণের প্রতি মিলিলিটারে (১ mL) থাকে ৩ mg সক্রিয় ইনসুলিন। অতএব প্রয়োজনীয় দ্রবণের মোট আয়তন = মোট ইনসুলিনের ভর ÷ প্রতি mL-এ ইনসুলিনের পরিমাণ = ৫৪ mg ÷ ৩ mg/mL = ১৮ mL।
    V=mtotalC=54 mg3 mg/mL=18 mLV = \frac{m_{\text{total}}}{C} = \frac{54\text{ mg}}{3\text{ mg/mL}} = 18\text{ mL}
  3. কোনো প্রকার প্রতিবন্ধকতা ছাড়া বিভাজন চলতে থাকলে ১ ঘণ্টা পর ওই কালচার মাধ্যমে কাঙ্ক্ষিত ইনসুলিন জিনের সংখ্যা কতটি হবে?

    1. ক

      ৩টি

    2. খ

      ৬টি

    3. গ

      ৮টি

    4. ঘ

      ১২টি

    উত্তর ও ব্যাখ্যা
    সঠিক উত্তর:

    গ) ৮টি

    1. ১ ঘণ্টা বা ৬০ মিনিটে ব্যাকটেরিয়ার বিভাজন চক্র বা প্রজন্মের সংখ্যা n=6020=3n = \frac{60}{20} = 3।
    2. দ্বি-ভাজন প্রক্রিয়ায় প্রতি প্রজন্মে কোষ সংখ্যা দ্বিগুণ হয়। ১টি ব্যাকটেরিয়া থেকে nn প্রজন্ম পর উৎপন্ন ব্যাকটেরিয়ার তথা প্রতিরূপিত ইনসুলিন জিনের সংখ্যা N=2n=23=8N = 2^n = 2^3 = 8 টি।
    N=23=8N = 2^3 = 8

এই টপিক নিয়ে প্রশ্ন আছে?

মেন্টরকে বাংলায় বা ইংরেজিতে জিজ্ঞেস করো, বা খাতার ছবি দাও। সিমুলেশন চালিয়ে বুঝিয়ে দেবে।

মেন্টরকে জিজ্ঞেস করো