बायो-मैन्युफैक्चरिंग की शक्ति और क्षमता

संदर्भ

भारत की जैव अर्थव्यवस्था का तेजी से विस्तार हो रहा है और अनुमान है कि 2025 तक इसका मूल्यांकन 150 बिलियन डॉलर हो जाएगा, जो 2021-22 में 80 बिलियन डॉलर था। इस जैव अर्थव्यवस्था में कृषि, फार्मास्यूटिकल्स, खाद्य और पेय पदार्थ, रसायन एवं ऊर्जा जैसे विविध क्षेत्र शामिल है। 

बायोमैन्युफैक्चरिंग 

• बायोमैन्युफैक्चरिंग जैव प्रौद्योगिकी उद्योग का विनिर्माण घटक है। 
• इसमें सूक्ष्मजीवों, पशु कोशिकाओं या पौधों की कोशिकाओं जैसी जीवित प्रणालियों का उपयोग करके उत्पादों का विनिर्मित किया जाता है।
• इसमें अनुप्रयुक्त जीवित कोशिकाएँ प्राकृतिक रूप से उत्पन्न हो सकती हैं और उन्हें विशिष्ट पदार्थ का उत्पादन करने के लिए आनुवंशिक रूप से इंजीनियर भी किया जा सकता है।

बायोमैन्युफैक्चरिंग के विकास का वर्गीकरण 

• आधुनिक बायोमैन्युफैक्चरिंग से पहले किण्वन तकनीकी से पदार्थों संसाधित किया जाता था, जिसकी शुरुआत 1860 में लुईस पाश्चर ने की थी। 
• बायोमैन्युफैक्चरिंग 1.0 :
  • इसमें मोनो-कल्चर किण्वन के माध्यम से प्राथमिक मेटाबोलाइट्स के उत्पादन पर ध्यान केंद्रित किया जाता है। 
  • प्रथम विश्व युद्ध के दौरान चैम वीज़मैन द्वारा इसका उपयोग किया गया। 
  • ये प्राथमिक मेटाबोलाइट्स विभिन्न औद्योगिक प्रक्रियाओं के लिए बिल्डिंग ब्लॉक के रूप में काम करते हैं और जैव ईंधन उत्पादन, फार्मास्यूटिकल्स और खाद्य योजकों के लिए महत्वपूर्ण हैं।
• बायोमैन्युफैक्चरिंग 2.0 : 
  • इसमें द्वितीयक मेटाबोलाइट्स के उत्पादन पर ध्यान केंद्रित किया जाता है। इसमें पेनिसिलिन और स्ट्रेप्टोमाइसिन जैसे मूल्यवान यौगिकों को संश्लेषित करने के लिए सूक्ष्मजीवों का उपयोग करना शामिल है। 
  • 1928 में सर अलेक्जेंडर फ्लेमिंग्स द्वारा पेनिसिलिन की खोज को इस अवधि की सबसे बड़ी सफलता माना जाता है। 
• बायोमैन्युफैक्चरिंग 3.0 : 
  • रीकॉम्बिनेंट डीएनए तकनीक और उन्नत सेल कल्चर तकनीकों का उपयोग करके प्रोटीन और एंजाइम जैसे बड़े आकार के बायोमॉलीक्यूल्स का उत्पादन शुरू किया गया है। 
  • इससे एरिथ्रोपोइटिन, इंसुलिन, ग्रोथ हार्मोन, एमाइलेज और डीएनए पॉलीमरेज़ जैसे जटिल बायोलॉजिक्स के उत्पादन को सुगम बनाया जा सका। 
  • वर्नर आर्बर, डैनियल नैथन और हैमिल्टन ओ’स्मिथ द्वारा रिस्ट्रिक्टेड एंडोन्यूक्लिअस की खोज और बाद में, 1970 के दशक में पॉल बर्ग द्वारा पुनः संयोजक डीएनए तकनीक की खोज इस अवधि के सबसे महत्वपूर्ण उपलब्धि हैं। 
• बायोमैन्युफैक्चरिंग 4.0 : 
  • इसमें पुनर्योजी चिकित्सा शामिल है। जहां स्टेम सेल और ऊतक इंजीनियरिंग का उपयोग करके मानव ऊतकों और कोशिकाओं को इंजीनियर किया जाता है। 
  • यह अभूतपूर्व क्षेत्र अंग प्रत्यारोपण, ऊतक मरम्मत और व्यक्तिगत चिकित्सा उपचार के लिए अभूतपूर्व क्षमता प्रदान करता है।

बायोमैन्युफैक्चरिंग का उद्देश्य और महत्व

• टिकाऊ उत्पादन : जैव विनिर्माण अक्षय संसाधनों पर निर्भर करता है, जिससे सीमित कच्चे माल और जीवाश्म ईंधन पर निर्भरता कम होती है। यह पर्यावरणीय प्रभाव को कम करके स्थिरता और चक्रीय अर्थव्यवस्था के सिद्धांतों का समर्थन करता है। 
• उच्च विशिष्टता और शुद्धता : सजीव सटीक और शुद्धता के साथ जटिल अणुओं का उत्पादन कर सकते हैं, जो विशेष रूप से फार्मास्यूटिकल्स और बायोएक्टिव यौगिकों के निर्माण में फायदेमंद हैं। 
• लागत-प्रभावशीलता : अनुकूलित जैव विनिर्माण प्रक्रियाएँ लागत-प्रभावी हो जाती हैं, विशेष रूप से बड़े पैमाने पर उच्च-मूल्य वाले उत्पादन के लिए। 
• बहुमुखी प्रतिभा : जैव विनिर्माण अनुकूलनीय है, जिससे एंजाइम, जैव ईंधन, जैव-आधारित सामग्री, कृत्रिम रूप से संवर्धित मांस जैसे विविध उत्पादों का विनिर्माण संभव हो पाता है।
• कम कार्बन फुटप्रिंट : जैव विनिर्माण से जैव-आधारित उत्पादों में उनके पेट्रोकेमिकल समकक्षों की तुलना में कम कार्बन फुटप्रिंट होता है, जो जलवायु परिवर्तन को कम करने में सहायता करता है।

विभिन्न क्षेत्रों में बायोमैन्युफैक्चरिंग के अनुप्रयोग 

फार्मास्यूटिकल्स 

• बायोफार्मास्यूटिकल्स, सजीवों से प्राप्त औषधीय दवाओं की एक श्रेणी है, जिसमें प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड जैसे जटिल अणु शामिल होते हैं। ये पारंपरिक रूप से संश्लेषित रासायनिक अणुओं से भिन्न होते हैं। 
• विशिष्ट कोशिकाओं या रोगज़नकों को लक्षित करने के लिए डिज़ाइन किए गए मोनोक्लोनल एंटीबॉडी (mAbs) का उत्पादन आनुवंशिक रूप से इंजीनियर किए गए स्तनधारी और अन्य उच्चतर जीव कोशिकाओं का उपयोग करके उत्पादित किया जाता है जो आवश्यक पोस्ट-ट्रांसलेशनल संशोधनों में सक्षम होते हैं। 
• जैव प्रौद्योगिकी पुनः संयोजक सबयूनिट और mRNA टीकों जैसे नए टीकों को सक्षम बनाती है। 
• हार्मोनल असंतुलन और आनुवंशिक विकारों का इलाज करने के लिए साइटोकिन्स, वृद्धि कारक, हार्मोन और एंजाइम सहित चिकित्सीय प्रोटीन भी बायोमैन्युफैक्चरिंग का उपयोग करके उत्पादित किए जाते हैं। 
• सेल थेरेपी रोगियों की कोशिकाओं को संशोधित करती है, जैसे- टी सेल या स्टेम सेल, उनकी चिकित्सीय क्षमताओं को पुनः पेश करने से बढ़ाती है। ये उपचार पहले से अनुपचारित रोगों के लिए व्यक्तिगत और संभावित रूप से उपचारात्मक उपचार प्रदान करते हैं

खाद्य और पेय पदार्थ

• खाद्य उद्योग में, वैकल्पिक प्रोटीन स्रोतों जैसे- सोया, मटर और कवक से माइकोप्रोटीन मांस जैसे उत्पादों में संसाधित किया जाता है, जो कम पर्यावरणीय प्रभाव, कम ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन और कम भूमि एवं पानी के उपयोग के साथ एक स्थायी विकल्प प्रदान करता है। 
• बढ़ी हुई पोषण सामग्री और विशिष्ट स्वाद व बनावट किण्वित खाद्य पदार्थ और पेय पदार्थ, जैसे- दही, पनीर, सौकरकूट, अचार, बीयर, वाइन, शराब आदि स्वास्थ्य लाभ प्रदान करते हैं। 
• जैव विनिर्मित सूक्ष्मजीव-व्युत्पन्न एंजाइम प्रसंस्कृत खाद्य पदार्थों की बनावट और शेल्फ़ लाइफ़ को बढ़ा सकते हैं। 
• बायोमैनुफैक्चरिंग फलों, सब्जियों और चुनिंदा सूक्ष्मजीवों में प्रचुर मात्रा में पाए जाने वाले एंटीऑक्सीडेंट शरीर में हानिकारक मुक्त कणों का मुकाबला करने में महत्वपूर्ण हैं।  

बायोएनर्जी और संधारणीय ईंधन

• जैविक स्रोतों से प्राप्त बायोएनर्जी, पारंपरिक जीवाश्म ईंधन के लिए एक पर्यावरण-अनुकूल और नवीकरणीय विकल्प प्रस्तुत करती है, जैसे :
• बायोएथेनॉल : यह एक अल्कोहल-आधारित ईंधन है जो गन्ना, मक्का और गेहूँ जैसी फसलों से निकाले गए शर्करा के किण्वन से उत्पन्न होता है। गैस उत्सर्जन को प्रभावी ढंग से कम करना और अधिक टिकाऊ परिवहन क्षेत्र को बढ़ावा देना। 
• बायोडीजल : वनस्पति तेलों, पशु वसा या पुनर्नवीनीकरण खाना पकाने के तेलों से उत्पादित, एक और नवीकरणीय ईंधन है। ट्रांसएस्टरीफिकेशन जैसी प्रक्रियाओं के माध्यम से, बायोमैन्युफैक्चरिंग इन तेलों और वसा को रासायनिक रूप से बायोडीजल में बदल देती है। डीजल से चलने वाले वाहनों और मशीनरी को लाभ होता है।
• बायोगैस : एनारोबिक किण्वन के माध्यम से कार्बनिक पदार्थों से प्राप्त गैसीय जैव ईंधन हैं। बायोगैस, मुख्य रूप से मीथेन और कार्बन डाइऑक्साइड से बनी होती है, जो खाद्य अपशिष्ट, कृषि अवशेष और सीवेज कीचड़ जैसे कार्बनिक अपशिष्ट पदार्थों से उत्पन्न होती है। 
• बायोहाइड्रोजन : यह डार्क फ़र्मेंटेशन के माध्यम से उत्पन्न होता है, जहाँ विशिष्ट सूक्ष्मजीव प्रकाश के बिना कार्बनिक पदार्थों को किण्वित करते हैं, जिससे स्वच्छ और संधारणीय ऊर्जा वाहक के रूप में हाइड्रोजन गैस प्राप्त होती है। दहन के बाद, बायोहाइड्रोजन केवल एक उपोत्पाद के रूप में पानी का उत्पादन करता है। 

पर्यावरण संरक्षण 

• पैकेजिंग और बायोमेडिकल उद्देश्यों के लिए बायोडिग्रेडेबल फिल्मों और कोटिंग्स में सेल्यूलोज-आधारित बायोप्लास्टिक्स का उपयोग 
• मकई जैसे पौधों से प्राप्त स्टार्च, सेल्यूलोज या पॉलीलैक्टिक एसिड (PLA) आदि को बायोमैनुफैक्चरिंग के माध्यम से बायोप्लास्टिक में बदला जा सकता है, जिनका सिंगल यूज़ बायोडिग्रेडेबल पैकेजिंग में किया जा सकता है।
• खाद्य कंटेनर और 3D प्रिंटिंग फिलामेंट जैसी वस्तुओं के लिए कॉर्नस्टार्च से प्राप्त PLA का उपयोग 
• बायोडिग्रेडेबल मेडिकल डिवाइस, बायोडिग्रेडेबल टांके, ऊतक मचान और दवा वितरण प्रणाली का उपयोग
• जैव विविधता मूल्यांकन के लिए बायोमैनुफैक्चरिंग बायोसेंसर, बायोल्यूमिनसेंट बायोसेंसर, बायोल्यूमिनसेंट बैक्टीरिया का उपयोग 

कृषि और फसल सुधार 

• जैव प्रौद्योगिकी और बायोमैनुफैक्चरिंग तकनीकों का लाभ उठाकर, वैज्ञानिकों ने फसल की पैदावार को अभिनव रूप से बढ़ाया है, कीटों और बीमारियों के खिलाफ प्रतिरोध को मजबूत किया है। 
• यह पर्यावरण के अनुकूल खेती के तरीकों के लिए नवाचार को बढ़ावा देता है। उदाहरण के लिए, आनुवंशिक रूप से संशोधित फसलें। 

भारत में बायोमैन्युफैक्चरिंग को बढ़ावा देने के लिए प्रमुख पहल

• मेक इन इंडिया अभियान 
• बायोटेक्नोलॉजी पार्क और क्लस्टर 
• बायोटेक्नोलॉजी इंडस्ट्री रिसर्च असिस्टेंस काउंसिल (BIRAC) 
• राष्ट्रीय जैव प्रौद्योगिकी विकास रणनीति 2021-25 
• कौशल विकास पहल 
• अंतर्राष्ट्रीय सहयोग : डीबीटी ने हाल ही में इस संबंध में नेशनल सेलेनन फाउंडेशन, यूएसए के साथ कार्यान्वयन समझौते पर हस्ताक्षर किए हैं।
• स्टार्टअप समर्थन : अटल इनोवेशन मिशन 

बायोमैनुफैक्चरिंग की चुनौतियाँ

• बुनियादी ढाँचे और विशेष सुविधाओं की कमी
• जटिल विनियमन अक्सर अनुमोदन और व्यावसायीकरण में देरी 
• कुशल पेशेवरों की कमी 
• अनिश्चितताओं के कारण अनुसंधान और उत्पादन को बढ़ाने के लिए धन जुटाना चुनौतीपूर्ण 
• बौद्धिक संपदा की सुरक्षा पेटेंट कानूनों के साथ समस्याओं का सामना 
• निरंतर गुणवत्ता बनाए रखना और वैश्विक मानकों का पालन करना 
• निर्यात उत्पादों के लिए। बाजार तक पहुँच प्राप्त करना 
• खासकर नए लोगों के लिए स्थापित खिलाड़ियों के साथ प्रतिस्पर्धा करना चुनौतिपूर्ण

निष्कर्ष

जैव निर्मित उत्पादों में सार्वजनिक जागरूकता और विश्वास, विशेष रूप से आनुवंशिक रूप से संशोधित जीवों जैसे क्षेत्रों में, केंद्रित प्रयासों की आवश्यकता है। इसके अलावा, तीव्र वैश्विक प्रतिस्पर्धा के बीच, भारतीय कंपनियों को प्रतिस्पर्धी बने रहने के लिए अभिनव बने रहना चाहिए।