DNA फ़िंगरप्रिंटिंग (DNA fingerprinting)

DNA (DNA - Deoxyribonucleic acid) एक रासायनिक संरचना (chemical structure) है जो गुणसूत्र (chromosomes) बनाती है। गुणसूत्र का वह हिस्सा जो किसी विशेष गुण (trait) को निर्धारित करता है, उसे जीन (gene) कहा जाता है।

संरचनात्मक रूप से, DNA एक द्वि-कुंडलिनी (double helix) है: दो आनुवंशिक सामग्री (genetic material) के स्ट्रैंड (strand) एक दूसरे के चारों ओर घूमे हुए होते हैं। प्रत्येक स्ट्रैंड में बेसों (bases) का एक क्रम (sequence) होता है, जिन्हें न्यूक्लियोटाइड (nucleotides) भी कहा जाता है। एक बेस चार रसायनों में से एक होता है: एडेनिन (adenine), गुआनिन (guanine), साइटोसिन (cytosine) और थाइमिन (thymine)।

DNA के दो स्ट्रैंड प्रत्येक बेस पर जुड़े होते हैं। प्रत्येक बेस केवल एक अन्य विशिष्ट बेस के साथ ही जुड़ता है (bond): एडेनिन (A) केवल थाइमिन (T) के साथ जुड़ता है, और गुआनिन (G) केवल साइटोसिन (C) के साथ जुड़ता है। मान लीजिए DNA का एक स्ट्रैंड ऐसा दिखता है:

A-A-C-T-G-A-T-A-G-G-T-C-T-A-G

इससे जुड़ा हुआ DNA स्ट्रैंड ऐसा दिखेगा:

T-T-G-A-C-T-A-T-C-C-A-G-A-T-C

एक साथ, DNA के इस हिस्से को इस प्रकार दर्शाया जाएगा:

T-T-G-A-C-T-A-T-C-C-A-G-A-T-C
A-A-C-T-G-A-T-A-G-G-T-C-T-A-G

DNA स्ट्रैंड्स को एक विशेष दिशा में पढ़ा जाता है, ऊपर (जिसे 5' सिरा (फाइव प्राइम) कहा जाता है) से नीचे (जिसे 3' या "थ्री प्राइम" सिरा कहा जाता है) की ओर। एक द्वि-कुंडलिनी में, स्ट्रैंड विपरीत दिशाओं में जाते हैं:

5' T-T-G-A-C-T-A-T-C-C-A-G-A-T-C 3'
3' A-A-C-T-G-A-T-A-G-G-T-C-T-A-G 5'

DNA की रासायनिक संरचना इस प्रकार है:

DNA फ़िंगरप्रिंटिंग क्या है? (What is DNA fingerprinting?)

हर किसी के DNA की रासायनिक संरचना समान होती है। लोगों (या किसी भी जानवर) के बीच एकमात्र अंतर बेस पेयर (base pairs) के क्रम में होता है। प्रत्येक व्यक्ति के DNA में इतने लाखों बेस पेयर होते हैं कि हर व्यक्ति का एक अलग अनुक्रम होता है।

इन अनुक्रमों का उपयोग करके, हर व्यक्ति को केवल उनके बेस पेयर के अनुक्रम द्वारा पहचाना जा सकता है। हालाँकि, क्योंकि इसमें कई लाखों बेस पेयर होते हैं, यह कार्य बहुत समय लेने वाला होगा। इसके बजाय, वैज्ञानिक DNA में दोहराए जाने वाले प्रतिरूप (repeating patterns) के कारण एक छोटी विधि का उपयोग करने में सक्षम हैं।

हालाँकि, ये प्रतिरूप किसी व्यक्ति का "फ़िंगरप्रिंट" नहीं देते हैं, लेकिन वे यह निर्धारित करने में सक्षम हैं कि क्या दो DNA नमूने (DNA samples) एक ही व्यक्ति के हैं, संबंधित लोगों के हैं, या गैर-संबंधित लोगों के हैं। वैज्ञानिक DNA के अनुक्रमों की एक छोटी संख्या का उपयोग करते हैं जो व्यक्तियों के बीच बहुत अधिक भिन्न (vary) होते हैं, और मैच (match) की एक निश्चित प्रायिकता (probability) प्राप्त करने के लिए उनका विश्लेषण (analyze) करते हैं।

DNA फ़िंगरप्रिंटिंग कैसे की जाती है (How is DNA fingerprinting done)

सदर्न ब्लॉट (Southern Blot)

सदर्न ब्लॉट किसी व्यक्ति के DNA में दिखाई देने वाले आनुवंशिक प्रतिरूप (genetic patterns) का विश्लेषण करने का एक तरीका है। एक सदर्न ब्लॉट करने में निम्नलिखित शामिल हैं:

1. प्रश्न में DNA को केंद्रक (nucleus) में मौजूद बाकी कोशिकीय सामग्री (cellular material) से अलग करना (Isolating)। यह या तो रासायनिक रूप से, DNA से अतिरिक्त सामग्री को धोने के लिए डिटर्जेंट का उपयोग करके किया जा सकता है, या यंत्रवत् (mechanically), DNA को "निचोड़ने" (squeeze out) के लिए बड़ी मात्रा में दबाव लगाकर किया जा सकता है।
2. DNA को विभिन्न आकारों के कई टुकड़ों में काटना। यह एक या अधिक रेस्ट्रिक्शन एंजाइम (restriction enzymes) का उपयोग करके किया जाता है।
3. DNA के टुकड़ों को आकार के अनुसार छांटना (Sorting)। वह प्रक्रिया जिसके द्वारा आकार पृथक्करण (size separation), या "आकार प्रभाजन" (size fractionation), किया जाता है, उसे जेल इलेक्ट्रोफोरेसिस (gel electrophoresis) कहा जाता है। DNA को एगरोज़ (agarose) जैसे जेल में डाला जाता है, और जेल पर एक विद्युत आवेश (electrical charge) लगाया जाता है, जिसके नीचे सकारात्मक आवेश (positive charge) और ऊपर नकारात्मक आवेश (negative charge) होता है। चूँकि DNA में थोड़ा नकारात्मक आवेश होता है, DNA के टुकड़े जेल के निचले हिस्से की ओर आकर्षित होंगे; हालाँकि, छोटे टुकड़े अधिक तेज़ी से आगे बढ़ने में सक्षम होंगे और इस प्रकार बड़े टुकड़ों की तुलना में नीचे की ओर अधिक दूर तक पहुँचेंगे। इसलिए DNA के अलग-अलग आकार के टुकड़ों को आकार के अनुसार अलग किया जाएगा, जिसमें छोटे टुकड़े नीचे की ओर और बड़े टुकड़े ऊपर की ओर होंगे।
4. DNA को विकृत (Denaturing) करना, ताकि सारा DNA सिंगल-स्ट्रैंडेड (single-stranded) हो जाए। यह जेल में DNA को गर्म करके या रासायनिक उपचार करके किया जा सकता है।
5. DNA की ब्लॉटिंग (Blotting)। आकार-प्रभाजित DNA (size-fractionated DNA) वाले जेल को नाइट्रोसेल्यूलोज पेपर (nitrocellulose paper) की एक शीट पर लगाया जाता है, और फिर DNA को शीट से स्थायी रूप से जोड़ने के लिए बेक किया जाता है। सदर्न ब्लॉट अब विश्लेषण के लिए तैयार है।

सदर्न ब्लॉट का विश्लेषण करने के लिए, विचाराधीन DNA के साथ एक संकरण प्रतिक्रिया (hybridization reaction) में एक रेडियोधर्मी आनुवंशिक प्रोब (radioactive genetic probe) का उपयोग किया जाता है (अधिक जानकारी के लिए अगले विषय देखें)। यदि रेडियोधर्मी प्रोब को कागज पर विकृत DNA के साथ जुड़ने देने के बाद सदर्न ब्लॉट का एक्स-रे (X-ray) लिया जाता है, तो केवल वे क्षेत्र जहाँ रेडियोधर्मी प्रोब जुड़ता है [लाल] फिल्म पर दिखाई देंगे। यह शोधकर्ताओं (researchers) को किसी विशेष व्यक्ति के DNA में प्रोब में निहित विशेष आनुवंशिक प्रतिरूप की घटना और आवृत्ति (frequency) की पहचान करने की अनुमति देता है।

रेडियोधर्मी प्रोब बनाना (Making a radioactive probe)

1. कुछ DNA पॉलीमरेज़ (DNA polymerase) [गुलाबी] प्राप्त करें। जिस DNA को रेडियोधर्मी (रेडियोलेबल्ड - radiolabeled) बनाना है, उसे एक ट्यूब में डालें।
2. जिस DNA को आप रेडियोलेबल करना चाहते हैं, उसमें निक्स (nicks), या एक स्ट्रैंड के साथ क्षैतिज टूटन (horizontal breaks) प्रस्तुत करें। उसी समय, निक किए गए DNA में व्यक्तिगत न्यूक्लियोटाइड जोड़ें, जिनमें से एक, *C [हल्का नीला], रेडियोधर्मी है।
3. निक्स वाले DNA और व्यक्तिगत न्यूक्लियोटाइड्स के साथ ट्यूब में DNA पॉलीमरेज़ [गुलाबी] जोड़ें। DNA पॉलीमरेज़ तुरंत DNA में निक्स की ओर आकर्षित हो जाएगा और DNA को सुधारने का प्रयास करेगा, 5' सिरे से शुरू होकर 3' सिरे की ओर बढ़ेगा।
4. DNA पॉलीमरेज़ [गुलाबी] निक किए गए DNA की मरम्मत शुरू करता है। यह अपने सामने के सभी मौजूदा बांड्स को नष्ट कर देता है और ट्यूब में मिश्रित व्यक्तिगत न्यूक्लियोटाइड्स से एकत्र किए गए नए न्यूक्लियोटाइड्स को अपने पीछे रखता है। जब भी निचले स्ट्रैंड में G बेस पढ़ा जाता है, तो एक रेडियोधर्मी *C [हल्का नीला] बेस नए स्ट्रैंड में रखा जाता है। इस प्रकार, निक किया गया स्ट्रैंड, क्योंकि यह DNA पॉलीमरेज़ द्वारा मरम्मत किया जाता है, रेडियोधर्मी *C बेसों को शामिल करने से रेडियोधर्मी बन जाता है।
5. निक किए गए DNA को फिर गर्म किया जाता है, जिससे DNA के दो स्ट्रैंड अलग हो जाते हैं। इससे सिंगल-स्ट्रैंडेड रेडियोधर्मी और गैर-रेडियोधर्मी टुकड़े बनते हैं। रेडियोधर्मी DNA, जिसे अब प्रोब (probe) [हल्का नीला] कहा जाता है, उपयोग के लिए तैयार है।

संकरण प्रतिक्रिया बनाना (Creating a hybridization reaction)

1. संकरण (Hybridization) दो आनुवंशिक अनुक्रमों (genetic sequences) का एक साथ आना, या जुड़ना (binding) है। जुड़ना बेस पेयर के बीच हाइड्रोजन बॉन्ड (hydrogen bonds) [गुलाबी] के कारण होता है। A बेस और T बेस के बीच, दो हाइड्रोजन बॉन्ड होते हैं; C बेस और G बेस के बीच, तीन हाइड्रोजन बॉन्ड होते हैं।
2. प्रयोगशाला में संकरण का उपयोग करते समय, DNA को पहले विकृत (denatured) किया जाना चाहिए, आमतौर पर गर्मी या रसायनों का उपयोग करके। विकृतीकरण वह प्रक्रिया है जिसके द्वारा मूल डबल-स्ट्रैंडेड DNA के हाइड्रोजन बॉन्ड टूट जाते हैं, जिससे DNA का एक सिंगल स्ट्रैंड रह जाता है जिसके बेस हाइड्रोजन बॉन्डिंग के लिए उपलब्ध होते हैं।
3. एक बार जब DNA विकृत हो जाता है, तो एक सिंगल-स्ट्रैंडेड रेडियोधर्मी प्रोब [हल्का नीला] का उपयोग यह देखने के लिए किया जा सकता है कि क्या विकृत DNA में प्रोब के समान अनुक्रम है। विकृत DNA को प्रोब और कुछ खारे तरल (saline liquid) के साथ एक प्लास्टिक बैग में रखा जाता है; फिर बैग को हिलाया जाता है (sloshing)। यदि प्रोब को फिट मिल जाता है, तो वह DNA से जुड़ जाएगा।
4. प्रोब का DNA से फिट होना सटीक होना जरूरी नहीं है। अलग-अलग समरूपता (homology) वाले अनुक्रम DNA से चिपक सकते हैं भले ही फिट खराब हो; फिट जितना खराब होगा, प्रोब [हल्का नीला] और विकृत DNA के बीच उतने ही कम हाइड्रोजन बॉन्ड होंगे। कम-समरूपता वाले प्रोब के DNA से जुड़ने की क्षमता को संकरण प्रतिक्रिया पर्यावरण के तापमान को बदलकर, या हिलते हुए मिश्रण में नमक की मात्रा को बदलकर संशोधन (manipulated) किया जा सकता है।

वीएनटीआर (VNTRs)

DNA के प्रत्येक स्ट्रैंड में ऐसे टुकड़े होते हैं जिनमें आनुवंशिक जानकारी होती है जो किसी जीव के विकास (एक्सॉन - exons) को सूचित करती है और ऐसे टुकड़े जो जाहिरा तौर पर कोई प्रासंगिक आनुवंशिक जानकारी बिल्कुल भी प्रदान नहीं करते हैं (इन्ट्रॉन - introns)। हालाँकि इन्ट्रॉन बेकार लग सकते हैं, यह पाया गया है कि उनमें बेस पेयर के दोहराए गए अनुक्रम होते हैं। इन अनुक्रमों को, जिन्हें वेरिएबल नंबर टैंडेम रिपीट्स (Variable Number Tandem Repeats - VNTRs) कहा जाता है, इनमें बीस से एक सौ बेस पेयर तक कहीं भी हो सकते हैं।

हर इंसान में कुछ VNTRs होते हैं। यह निर्धारित करने के लिए कि क्या किसी व्यक्ति में कोई विशेष VNTR है, एक सदर्न ब्लॉट किया जाता है, और फिर सदर्न ब्लॉट को एक संकरण प्रतिक्रिया के माध्यम से विचाराधीन VNTR के रेडियोधर्मी संस्करण के साथ प्रोब किया जाता है। इस प्रक्रिया के परिणामस्वरूप जो प्रतिरूप सामने आता है, उसे अक्सर DNA फ़िंगरप्रिंट कहा जाता है।

किसी व्यक्ति के VNTR उसके माता-पिता द्वारा दान की गई आनुवंशिक जानकारी से आते हैं; उसके पास अपनी माँ या पिता से वंशानुक्रम में मिले VNTR हो सकते हैं, या दोनों का संयोजन (combination) हो सकता है, लेकिन ऐसा VNTR कभी नहीं होगा जो उसके किसी भी माता-पिता के पास नहीं है। नीचे श्रीमती गुयेन (Mrs. Nguyen) [नीला], श्री गुयेन (Mr. Nguyen) [पीला], और उनके चार बच्चों के लिए VNTR प्रतिरूप दिखाए गए हैं: D1 (गुयेन की जैविक बेटी - biological daughter), D2 (श्री गुयेन की सौतेली बेटी, श्रीमती गुयेन और उनके पूर्व पति की संतान [लाल]), S1 (गुयेन का जैविक बेटा), और S2 (गुयेन का दत्तक पुत्र - adopted son, जैविक रूप से संबंधित नहीं [उसके माता-पिता हल्के और गहरे हरे रंग के हैं])।

चूँकि VNTR प्रतिरूप आनुवंशिक रूप से वंशानुक्रम में मिलते हैं (inherited genetically), किसी भी व्यक्ति का VNTR प्रतिरूप कमोबेश अद्वितीय (unique) होता है। किसी व्यक्ति के VNTR प्रतिरूप का विश्लेषण करने के लिए जितने अधिक VNTR प्रोब का उपयोग किया जाएगा, वह प्रतिरूप, या DNA फ़िंगरप्रिंट, उतना ही विशिष्ट और वैयक्तिकृत (individualized) होगा।

DNA फ़िंगरप्रिंटिंग के साथ समस्याएं (Problems with DNA fingerprinting)

वैज्ञानिक दुनिया में लगभग हर दूसरी चीज़ की तरह, DNA फ़िंगरप्रिंटिंग के बारे में कुछ भी 100% सुनिश्चित (assured) नहीं है। DNA फ़िंगरप्रिंट शब्द, एक मायने में, एक मिथ्या नाम (misnomer) है: इसका तात्पर्य यह है कि, फिंगरप्रिंट की तरह, किसी व्यक्ति के लिए VNTR प्रतिरूप उस व्यक्ति के लिए पूरी तरह से अद्वितीय है। वास्तव में, एक VNTR प्रतिरूप केवल एक प्रायिकता प्रस्तुत कर सकता है कि प्रश्न में व्यक्ति वास्तव में वही व्यक्ति है जिससे VNTR प्रतिरूप (बच्चे का, आपराधिक सबूत, या जो कुछ भी) संबंधित है। यह प्रायिकता 20 बिलियन में 1 हो सकती है, जो यह संकेत देगी कि उस व्यक्ति का DNA फ़िंगरप्रिंट के साथ उचित रूप से मिलान किया जा सकता है; फिर भी, यह प्रायिकता केवल 20 में 1 हो सकती है, जो VNTR प्रतिरूप के मालिक की विशिष्ट पहचान के बारे में एक बड़ी मात्रा में संदेह (doubt) छोड़ती है।

1. उच्च प्रायिकता उत्पन्न करना (Generating a high probability)

किसी विशिष्ट व्यक्ति से संबंधित DNA फ़िंगरप्रिंट की प्रायिकता उचित रूप से उच्च होनी चाहिए - विशेष रूप से आपराधिक मामलों में, जहाँ यह संबंध किसी संदिग्ध (suspect) के अपराध या निर्दोषता (guilt or innocence) को स्थापित करने में मदद करता है। VNTR प्रतिरूप बनाने के लिए कुछ दुर्लभ (rare) VNTRs या VNTRs के संयोजनों (combinations) का उपयोग करने से इस प्रायिकता में वृद्धि होती है कि दो DNA नमूने वास्तव में मेल खाते हैं (इसके विपरीत कि वे एक जैसे दिखते हैं, लेकिन वास्तव में एक ही व्यक्ति से नहीं आते हैं) या सहसंबद्ध (correlate) होते हैं (माता-पिता और बच्चों के मामले में)।

2. प्रायिकता निर्धारित करने में समस्याएं (Problems with determining probability)

A. जनसंख्या आनुवंशिकी (Population genetics)

VNTRs, क्योंकि वे आनुवंशिक वंशानुक्रम (genetic inheritance) के परिणाम हैं, पूरी मानव आबादी (human population) में समान रूप से वितरित (distributed) नहीं होते हैं। इसलिए, किसी दिए गए VNTR के होने की प्रायिकता स्थिर (stable) नहीं हो सकती; यह किसी व्यक्ति की आनुवंशिक पृष्ठभूमि (genetic background) के आधार पर अलग-अलग होगी। प्रायिकता में अंतर नस्लीय रेखाओं (racial lines) पर विशेष रूप से दिखाई देता है। कुछ VNTR जो हिस्पैनिक (Hispanics) लोगों में बहुत बार होते हैं, वे कोकेशियान (Caucasians) या अफ्रीकी-अमेरिकियों (African-Americans) में बहुत कम होंगे। वर्तमान में, जातीय समूहों (ethnic groups) के बीच VNTR आवृत्ति वितरण (frequency distributions) के बारे में पर्याप्त जानकारी नहीं है ताकि उन समूहों के भीतर व्यक्तियों के लिए सटीक प्रायिकताएं निर्धारित की जा सकें; अंतरजातीय (interracial) व्यक्तियों की विषम आनुवंशिक संरचना (heterogeneous genetic composition), जिनकी संख्या बढ़ रही है, प्रश्नों का एक पूरी तरह से नया सेट प्रस्तुत करती है। इस क्षेत्र में आगे के प्रयोगों, जिसे जनसंख्या आनुवंशिकी कहते हैं, को विवादों ने घेर रखा है और बाधित किया है, क्योंकि नस्लीय रेखाओं के साथ आनुवंशिक विसंगतियों (genetic anomalies) के माध्यम से लोगों की पहचान करने का विचार हाल के अतीत के यूजेनिक्स (eugenics) और जातीय शुद्धिकरण (ethnic purification) आंदोलनों के खतरनाक रूप से करीब आता है, और, कुछ लोगों का तर्क है, यह नस्लीय भेदभाव (racial discrimination) के लिए एक वैज्ञानिक आधार प्रदान कर सकता है।

B. तकनीकी कठिनाइयाँ (Technical difficulties)

संकरण और प्रोबिंग प्रक्रिया (hybridization and probing process) में त्रुटियों (Errors) को भी प्रायिकता में गिना जाना चाहिए, और अक्सर त्रुटि का विचार बिल्कुल स्वीकार्य नहीं होता है। अधिकांश लोग इस बात से सहमत होंगे कि किसी निर्दोष व्यक्ति को जेल नहीं भेजा जाना चाहिए, किसी दोषी व्यक्ति को मुक्त नहीं होने दिया जाना चाहिए, या किसी जैविक माँ को अपने बच्चों की कस्टडी (custody) के कानूनी अधिकार से वंचित नहीं किया जाना चाहिए, केवल इसलिए कि प्रयोगशाला तकनीशियन (lab technician) ने प्रयोग सटीक रूप से नहीं किया। जब उपलब्ध DNA नमूना बहुत छोटा (minuscule) होता है, तो यह एक महत्वपूर्ण विचार है, क्योंकि इसमें त्रुटि की गुंजाइश बहुत कम होती है, विशेष रूप से यदि DNA नमूने के विश्लेषण में नमूने का प्रवर्धन (amplification) शामिल है (जो भी थोड़ी सामग्री उपलब्ध है उससे आनुवंशिक रूप से समान DNA का एक बहुत बड़ा नमूना बनाना), क्योंकि यदि गलत DNA को प्रवर्धित किया जाता है (यानी प्रयोगशाला तकनीशियन की त्वचा कोशिका) तो इसके परिणाम गहराई से हानिकारक (profoundly detrimental) हो सकते हैं। हाल ही तक, DNA फ़िंगरप्रिंटिंग मैचों को निर्धारित करने के लिए, और प्रयोगशाला सुरक्षा (laboratory security) और सटीकता (accuracy) के लिए जो त्रुटि को कम करेगा, मानक नปฏิบัติ कड़े (stringent) थे और न ही सार्वभौमिक रूप से संहिताबद्ध (universally codified) थे, जिसके कारण बहुत अधिक सार्वजनिक आक्रोश (public outcry) पैदा हुआ।