【生物基礎】免疫を図解で総まとめ—自然免疫・獲得免疫・抗体・予防接種とアレルギー｜武蔵野個別指導塾

皮膚の防御から抗体と免疫記憶までを3枚の図で整理し、反応の分類や抗体量を読む例題で確かめます。予防接種と血清療法の違いも、体内で何が起こるかを筋道立てて説明できるようにしましょう。

よくあるのは、合唱コンクールの練習の合間の音楽室で生物基礎のノートを開き、「白血球が病原体を取り込む」と「抗体が抗原に結合する」を同じ出来事だと思い、図の矢印がつながらなくなるという場面です。どちらも体を守るはたらきですが、担当する細胞、作用する相手、反応が起こるまでの道筋が違います。「体を守る」という結論だけで覚えると、選択肢の細かい違いを見落としやすくなります。

免疫の学習では、登場人物を増やす前に、「侵入を防ぐ」「侵入したものに対応する」「特定の相手を認識して反応する」という役割を分けましょう。そのうえで、細胞がすることと、細胞がつくる物質のはたらきを区別します。すると、自然免疫と獲得免疫のつながり、2回目の反応が速くなる理由、予防接種と血清療法の違いを、用語の羅列ではなく因果関係として説明できるようになります。

この単元で身につけること

• 物理的・化学的防御を説明します。皮膚のつくりによる侵入の防止と、分泌物に含まれる物質などによる防御を、はたらき方から区別します。
• 自然免疫の中心となる食作用を押さえます。好中球やマクロファージが異物を取り込むことと、抗体が結合することを分けて考えます。
• 獲得免疫の2つの道筋を追います。B細胞から抗体産生細胞へ進む体液性免疫と、キラーT細胞が感染細胞などを攻撃する細胞性免疫を整理します。
• 抗原と抗体の対応を説明します。抗原を認識される側、抗体を特定の抗原に結合するタンパク質として捉えます。
• 免疫記憶を資料から読み取ります。同じ抗原に再び出会った場合の反応を使って、予防接種と血清療法の仕組みを比較します。
• アレルギーと免疫不全を区別します。免疫反応が体に不都合をもたらす場合と、免疫のはたらきが低下した場合を混同しないようにします。

前の単元で学ぶ血液の成分のうち、白血球がここでの主役になります。また、細胞の単元で学んだ「細胞は物質をつくり、細胞の外へ出すことがある」という見方が、抗体と抗体産生細胞を分ける助けになります。

基本の考え方

侵入を防ぐ仕組みと自然免疫

生体防御とは、病原体などから体を守る仕組みです。病原体は病気の原因となる細菌やウイルスなどを指します。外界には多くの微生物がいますが、それらが体の表面に触れたら必ず内部まで侵入するわけではありません。体の表面には、侵入を妨げる仕組みが備わっています。

物理的防御では、構造や動きが侵入を妨げます。皮膚の表面の角質層は丈夫な壁となり、気道の粘液は異物を捕らえます。気道にある繊毛の運動は、粘液とともに異物を外へ運ぶことに役立ちます。粘液で捕らえることや繊毛で運ぶことは、抗体によって特定の抗原を認識する反応とは区別します。

化学的防御では、物質の性質がはたらきます。涙や唾液に含まれるリゾチームは、細菌の細胞壁を分解する酵素です。胃液の強い酸性も、多くの病原体への防御に役立ちます。「化学的」という語は、薬を外から使うという意味ではありません。体がもともと分泌する物質などの作用に注目した分類です。

これらの防御を越えて病原体が侵入すると、自然免疫がはたらきます。自然免疫は、生まれながらに備わる仕組みによって、さまざまな異物に比較的速く対応する免疫です。体表の防御を自然免疫に含めて整理する場合もありますが、ここでは侵入を防ぐ段階と、侵入後の食作用を分けて追います。この分け方は、時間の流れを読み取りやすくするためのものです。

食作用は、細胞が異物を取り込み、分解するはたらきです。白血球のうち、好中球やマクロファージなどが食作用を行います。マクロファージは組織に存在して異物を取り込む細胞で、好中球も侵入した病原体の排除に関わります。自然免疫を「何も見分けずに反応する」と覚えるのは不正確です。異物に共通する特徴などを認識しますが、獲得免疫のように特定の抗原に対応するリンパ球が増える仕組みとは異なります。

図1のように、侵入を防ぐ仕組み、食作用、獲得免疫を位置づけると、どの説明を読んでいるのかがわかります。ただし、これは整理のための流れ図であり、自然免疫が完全に終わってから獲得免疫だけが始まるという意味ではありません。体内では複数のはたらきが重なって進みます。

抗原と抗体、2種類の獲得免疫

獲得免疫は、特定の異物を認識してはたらき、その異物に対する免疫記憶ができる仕組みです。中心となるのは、白血球の一種であるリンパ球です。リンパ球にはB細胞やT細胞などがあります。したがって「白血球」と「リンパ球」を同じ階層の別の細胞として並べるのではなく、白血球という大きなまとまりの中にリンパ球が含まれると考えます。

抗原とは、獲得免疫で認識され、反応の対象となる物質です。病原体の表面にある物質などが抗原になります。「抗原は病原体そのもの」とだけ覚えると、花粉など病原体ではないものにも免疫反応が起こることを説明できません。一方、抗体は、特定の抗原に結合するタンパク質です。抗原と抗体が特異的に結合することを抗原抗体反応といいます。「特異的」とは、結合する相手に対応関係があるという意味です。

体液性免疫では、抗体が血液や組織液などの体液中ではたらきます。対応する抗原を認識し、ヘルパーT細胞の助けを受けたB細胞が増殖し、その一部が抗体産生細胞へと分化します。分化とは、特定のはたらきに適した細胞になることです。抗体産生細胞は形質細胞とも呼ばれ、抗体をつくって分泌します。抗体は抗原に結合することで、毒素の作用や病原体の感染を妨げたり、食細胞に取り込まれやすくしたりします。

細胞性免疫では、キラーT細胞がウイルスに感染した細胞などを認識し、直接攻撃して排除します。ウイルスがすでに細胞内に入っている場合には、感染した細胞そのものへの対応が必要になるためです。細胞性免疫の説明で、キラーT細胞が抗体を分泌すると書かないようにしましょう。体液性免疫にも細胞は関わるので、分類の基準は「細胞が登場するか」ではなく、主に何が相手に作用するかです。

樹状細胞は、取り込んだ異物に由来する抗原の一部を細胞表面に示してT細胞に伝える、抗原提示を行います。これが自然免疫と獲得免疫をつなぐ重要なはたらきです。ヘルパーT細胞は、B細胞やキラーT細胞の反応を助けます。すべての細胞が病原体を直接攻撃するのではなく、相手の情報を伝える細胞、反応を助ける細胞、実際に排除にはたらく細胞が協力しています。

記憶が残ることの意味

ある抗原に初めて接したときの獲得免疫の反応を一次応答といいます。対応するリンパ球が活性化し、増殖してはたらくまでに時間がかかります。その過程で、一部のB細胞やT細胞は記憶細胞として体内に残ります。これが免疫記憶の基盤です。

同じ抗原に再び接したときの反応は二次応答です。記憶細胞が関わるため、一次応答より速く強い反応が起こり、体液性免疫では一般に、より多くの抗体がつくられます。ここで必要な条件は「同じ抗原」です。別の抗原に初めて接した場合まで、一律に二次応答になるわけではありません。免疫記憶は、何に対する記憶なのかと組にして覚えましょう。

予防接種では、病原性を弱めた病原体や不活化した病原体、その成分などを利用するワクチンによって、免疫記憶の形成を促します。その後に対応する病原体に出会った際の反応につなげる仕組みです。高校の学習では「抗体を直接補う方法」との違いを押さえます。個々の接種の選び方や治療の判断ではなく、体内の反応の原理を理解することが目的です。

例題で解き方を確かめる

例題1　防御をはたらき方で分類する

次の4つを、物理的防御、化学的防御、自然免疫の食作用、体液性免疫に1つずつ分類しましょう。Aは気道の繊毛が粘液とともに異物を運ぶこと、Bは涙に含まれるリゾチームが細菌の細胞壁を分解すること、Cは好中球が細菌を取り込むこと、Dは抗体が特定の抗原に結合することです。

1. まず文の動詞を拾います。Aは「運ぶ」、Bは「分解する」、Cは「取り込む」、Dは「結合する」であり、名詞の印象だけで選ぶのを防げます。
2. AとBは体表付近の防御ですが、Aは動き、Bは酵素の作用に注目します。はたらく場所が似ていても、仕組みが違えば分類が異なるためです。
3. CとDは、作用するものを確認します。Cは好中球という細胞、Dは抗体というタンパク質なので、食作用と抗原抗体反応を区別できます。

Cについて「自然免疫」とだけ答えても大枠は合いますが、設問に食作用まで示されているならそこまで書くと対応が明確です。Bの「分解」という語だけを見て食作用にしないことも確かめましょう。食作用では、細胞が異物を取り込むという過程が含まれます。

答え：Aは物理的防御、Bは化学的防御、Cは自然免疫の食作用、Dは体液性免疫です。

例題2　細胞と物質を区別して流れを読む

図2の上の経路で、B細胞から変化して抗体を分泌する細胞の名称を答えましょう。また、下の経路で直接攻撃される対象と、上下それぞれの免疫の名称を答えましょう。図はヘルパーT細胞などの補助を省き、作用するものと対象の違いに絞っています。

1. 上の経路の矢印を左からたどります。B細胞、抗体産生細胞、抗体の順に進むので、細胞から別のはたらきをもつ細胞への変化と、物質の分泌を分けて読めます。
2. 最後に相手へ作用するものを調べます。上は抗体が抗原に結合しているので体液性免疫、下はキラーT細胞が感染細胞を攻撃しているので細胞性免疫と判断します。
3. 下の経路の相手を具体的に書きます。細胞内のウイルスだけを外へ取り出して攻撃する図ではなく、ウイルスに感染した細胞を対象とする図だからです。

図2のように、矢印を「分化」「分泌」「結合」「攻撃」と読めるようにすると、同じ形の矢印でも意味が違うことに気づけます。抗体が抗体産生細胞へ変わるように逆向きに読んだり、キラーT細胞から抗体が出ると補ったりしないことが大切です。

答え：抗体を分泌するのは抗体産生細胞、下の対象は感染細胞で、上は体液性免疫、下は細胞性免疫です。

例題3　免疫記憶を表から判断する

ある個体が抗原Pに初めて接し、十分な時間が経ってから同じ抗原Pに再び接したとします。下の表は、それぞれの接触後の抗P抗体量を比較するための教材用の値です。相対値なので単位はなく、実際の人の抗体量や経過を表すものではありません。測定日の中で最大の抗体量とその日を求め、2回目に見られる特徴を説明しましょう。

1. 比較する抗原が同じかを確認します。2回とも抗原Pなので、抗P抗体の増え方の違いを免疫記憶と結びつけて考えられます。
2. 行ごとに最大値と列を探します。1回目は8日の4、2回目は6日の12です。観測されていない日の値を推測して最大値にしないため、「測定日の中で」という条件を読みます。
3. 増え始めの違いも確かめます。1回目は2日で0ですが、2回目は2日で4に増えているので、最大値が大きいだけでなく、早い段階から反応が進んでいると読めます。
4. 読み取った違いを記憶細胞につなげます。1回目の反応で残った記憶細胞が、同じ抗原への2回目の反応に関わるためです。

最大値の比は12÷4＝3ですが、「二次応答は必ず一次応答の3倍」という法則にはできません。この表からいえる数値上の特徴と、教科書で学ぶ一般的な仕組みを分けます。また、2回目の0日に抗体が少し存在することと、記憶細胞が残ることは別の話です。免疫記憶を、抗体が残っていることだけで説明しないようにしましょう。

答え：測定日の最大は1回目が8日の4、2回目が6日の12で、2回目は記憶細胞により速く強く反応しています。

例題4　予防接種と血清療法を比較する

方法Aは、ワクチンを用いて、本人の体内で抗原に対する免疫反応と記憶細胞の形成を促す方法です。方法Bは、必要な抗体を含む血清などを体内に入れる方法です。AとBの名称を答え、抗体を用意する過程と免疫記憶の違いを説明しましょう。

1. 体内に入れるものを区別します。Aでは免疫反応を起こすためのワクチン、Bではすでにつくられた抗体なので、どちらも「免疫に関わる物質を入れる」と一括りにしないためです。
2. 本人の抗体産生細胞が抗体をつくるまでの過程を考えます。Aでは免疫反応が進む時間が必要ですが、Bでは入れた抗体が作用するので、その抗体を本人が新たにつくるのを待つ方法ではありません。
3. 記憶細胞の形成を確認します。Aは免疫記憶を利用し、Bで抗体を受け取ること自体では、その抗原に対する本人の免疫記憶は形成されないためです。

血清は、血液が凝固したあとに残る液体の成分で、抗体を含みます。血清療法は必要な抗体を利用する方法であり、抗体を含む血清を用いることが名称の由来です。受け取った抗体はやがて減るので、その作用は一時的です。この説明は仕組みの比較であり、すべての感染症に同じ方法が使えるという意味ではありません。

答え：Aは予防接種、Bは血清療法で、Aは本人の免疫反応と免疫記憶を利用し、Bはすでにできた抗体を利用します。

つまずきやすいところと直し方

抗原と抗体を逆に書く

誤った書き方は「抗原がつくられて病原体に結合し、体を守る」です。どこが違うかというと、反応の対象になる抗原と、それに結合する抗体の役割が逆転しています。正しい書き方は「抗体産生細胞が抗体をつくり、その抗体が対応する抗原に結合する」です。

直すときは、「つくる細胞」「つくられる物質」「結合する相手」を3つの欄に分けます。抗体産生細胞、抗体、抗原をその順に置けば、すべてを病原体に対抗する物質としてまとめずに済みます。抗原は、体を守るかどうかで名づけられた語ではなく、認識される対象を表す語だと押さえましょう。

2回目なら相手が違っても二次応答とする

誤った書き方は「抗原Pのあとに初めて抗原Qが入ったので、Qに二次応答が起こる」です。どこが違うかというと、体にとって2回目の出来事であることと、その抗原への2回目の反応を混同しています。正しい書き方は「Pに対する記憶があっても、初めて接する別の抗原Qには基本的に一次応答が起こる」です。ここではPとQは異なるものとして扱います。

図3のように、例題3の資料を同じ抗原への反応として比較すると、増え方の差を読み取れます。横軸は各接触からの日数をそろえたもので、1つの連続した時間軸上に2回の接触を描いた図ではありません。点と点を結んだ線は測定値の間を見やすくするためで、測定していない瞬間の正確な抗体量を示すものではありません。

「二次応答の線は高い」と形だけを覚えるより、抗原の種類、接触からの時間、抗体量という3つの条件を先に確認します。縦軸が抗体量なのか病原体量なのかでも、線が高くなる意味は変わります。グラフの上下だけで免疫の強さを判断しないことが、初めて見る資料にも対応する読み方です。

アレルギーと免疫不全を同じ状態とする

誤った書き方は「アレルギーは免疫がはたらかないことである」です。どこが違うかというと、不都合な反応が起こることと、防御のはたらきが低下することを混同しています。正しい書き方は「アレルギーは特定の抗原への免疫反応が体に不都合をもたらすことで、免疫不全は免疫のはたらきが低下した状態である」です。

アレルギーの原因となる抗原をアレルゲンといい、花粉などが例になります。体を守る仕組みでも、反応する対象や起こり方によっては体に不都合が生じます。したがって、「免疫反応は強ければ強いほどよい」とはまとめられません。一方、免疫不全では病原体を排除する力が弱まり、感染症にかかりやすくなります。後天性免疫不全症候群であるエイズは、HIVの感染によってヘルパーT細胞が減少し、免疫機能が低下する病気です。

この区別は、症状から自分の状態を判定するためではありません。設問中の説明を読み、「特定の抗原への反応が不都合を生む」のか、「免疫のはたらきが低下する」のかを見分けるためのものです。原因となるしくみを一文で書くと、用語を取り違えにくくなります。

練習問題

練習1

次の文の空欄を埋めましょう。「好中球やマクロファージが異物を取り込み、分解するはたらきを（A）という。獲得免疫で、B細胞から分化して抗体を分泌するのは（B）である。ウイルスに感染した細胞を直接攻撃するのは（C）である。」BとCについて、それぞれが中心的に関わる免疫の名称も答えましょう。

練習2

例題3の表を使い、接触後4日の抗体量は、2回目が1回目の何倍か求めましょう。また、2回目の0日に抗体が存在することだけで、免疫記憶の仕組みを十分に説明できるか答えましょう。計算した倍率を、どの場合にも成り立つ一定の値として扱わないようにします。

練習3

抗原Pに対する免疫記憶をもつ個体に、Pと初めて接する別の抗原Qが同時に入ったとします。PとQについて、それぞれ一次応答と二次応答のどちらが起こるか答えましょう。PとQは異なる抗原として扱い、答えの理由には「記憶細胞」という語を使いましょう。

練習4

「すでにできた抗体を含む血清を入れる」「花粉などへの免疫反応が体に不都合をもたらす」「免疫のはたらきが低下して病原体を排除しにくくなる」を、それぞれ血清療法、アレルギー、免疫不全に対応させましょう。さらに、血清療法で抗体を受け取ること自体が本人の免疫記憶を形成するか答えましょう。

答えと解説

練習1の答え：Aは食作用、Bは抗体産生細胞、CはキラーT細胞です。Bは体液性免疫、Cは細胞性免疫に関わります。抗体産生細胞は形質細胞でも正解です。抗体は物質なので、Bのように細胞の名称を尋ねる空欄には入りません。

練習2の答え：10÷1＝10倍で、抗体の存在だけでは十分に説明できません。4日の値は1回目が1、2回目が10です。免疫記憶の説明では、初回の反応で残った記憶細胞が、同じ抗原に再び接したときに速く強い反応をもたらすことを述べます。

練習3の答え：Pには二次応答、Qには一次応答が起こります。Pに対応する記憶細胞は存在しますが、Qには初めて接するためです。同じ個体で同時に起こる反応でも、抗原が違えば応答の段階が同じとは限りません。

練習4の答え：順に血清療法、アレルギー、免疫不全です。抗体を受け取ること自体では、本人の免疫記憶は形成されません。抗体という物質を補うことと、本人のリンパ球が反応して記憶細胞を残すことを区別します。

次の単元へのつながりと家庭での確かめ方

免疫で学んだ「構成要素のはたらきを分け、つながりを読む」という見方は、体内環境の復習にも、生態系の学習にも使えます。ただし、生態系で生物どうしが関わることと、免疫で細胞が協力することは同じ仕組みではありません。図に出てくるものの役割と矢印の意味を確かめるという、資料の読み方が共通しています。

家庭では、まず5分で、白紙にB細胞、抗体産生細胞、抗体、抗原を書き、矢印を引いてそれぞれの意味を説明してみましょう。矢印に言葉を添えられない場所があれば、用語の意味まで戻る目印です。別の5分では、例題3の表の見出しと数値だけを見て、どの行が二次応答か、その根拠を2つ挙げてみましょう。速さと量の両方を確かめる練習になります。

個別指導では、白血球とリンパ球の包含関係が曖昧なら血液の成分まで戻り、抗体と細胞が混ざるなら細胞が物質を分泌する場面から整理します。お子さまの理解を家庭で確かめる場合も、名前を何個覚えたかより、1本の矢印をどう説明するかに耳を傾けると、止まっている場所を見つけやすくなります。

まとめ

免疫の問題が長く感じられるときは、最初からすべての用語を並べず、設問が求める対象を1つ定めましょう。「抗体をつくるのは何か」なら細胞を、「抗体が結合するのは何か」なら抗原を探します。問いに合わせて主語と相手を選べると、図の説明も記述の答えも短く正確になります。

用語を1つ思い出せたあとには、その語を別の語とつなぐ動詞を確かめます。免疫の理解を決めるのは、名前の数ではなく、「何が、何に、どうはたらくか」を説明できる一文です。