高校生物基礎 獲得免疫—抗原の認識から抗体産生と感染細胞の排除を追う｜武蔵野個別指導塾

B細胞がつくる抗体とキラーT細胞の標的を、自作の資料問題で区別してたどる題材は獲得免疫です。

よくあるのは、定期テスト前の高校生が、抗体が細胞を食べると答える場面です。抗体は細胞ではなく、特定の抗原に結合するタンパク質です。細胞を取り込む食作用と、抗体が抗原に結合することは別のはたらきです。さらに、感染した細胞を攻撃する経路もあります。登場するものの名前を覚えた後は、それが何に作用するのかを矢印で確かめましょう。

問われる関係を見つける

獲得免疫では、体内に入った異物などに含まれ、免疫反応の対象となる物質を抗原と呼びます。問題の型の1つは、B細胞、抗体、キラーT細胞などの語を、役割に合う場所に入れるものです。名前が似ている細胞も、抗体をつくるのか、感染細胞を攻撃するのかで区別します。

2つ目は、細胞や抗体の有無を変えた自作の資料を読み、観察された変化から役割を判断する型です。比べる組で何を変え、何を同じにしたかに印を付けます。抗体がある組で病原体が無力化されたとしても、抗体が感染細胞を直接壊したとはいえません。資料に書かれた対象と結果を結んで答えます。

3つ目は、抗原を認識してから排除につながるまでの流れを短く説明する型です。細胞名を並べるだけでは因果関係が伝わりません。「何が何を認識し、何が生じ、何に作用するか」を順に書きます。ここでは獲得免疫の概要を扱い、分子の詳しい仕組みには立ち入りません。

2つの経路と抗原の対応

図1のように、抗原を取り込んだ樹状細胞などは、その抗原の情報をヘルパーT細胞に提示します。ヘルパーT細胞は他の免疫細胞の活動を助けます。B細胞は対応する抗原を認識し、ヘルパーT細胞の助けを受けて増殖・分化し、抗体を分泌する細胞になります。この細胞を形質細胞といいます。抗体は対応する抗原に特異的に結合します。

図1は細胞と作用の関係を表す模式図で、矢印は情報の提示や細胞の働きかけを示します。抗体が体液中の抗原に結合して排除を助ける仕組みを体液性免疫といいます。たとえば抗体は病原体や毒素に結合してその働きを妨げたり、食細胞による処理を助けたりします。抗体自身が食作用を行うのではありません。

一方、キラーT細胞は抗原を示す感染細胞を認識して攻撃し、排除します。このようにT細胞が中心となって感染細胞などを排除する仕組みが細胞性免疫です。ヘルパーT細胞はその活性化も助けます。体液中の抗原に結合する抗体と、感染細胞に作用するキラーT細胞は、作用する相手を分けて考えます。

抗原と抗体の対応は鍵と鍵穴のように特異的です。ただし、1つの病原体には複数の種類の抗原が含まれ得ます。「病原体が同じなら抗原は必ず1種類」とは決めません。また、B細胞やT細胞の一部は記憶細胞として残りますが、その後の応答の比較はここでは詳しく扱いません。

基本例題：抗体の有無と作用先

次は考えるための自作資料です。病原体に由来する抗原Pを含む液を、同じ条件の2つの容器に入れます。容器アには抗原Pに対応する抗体を加え、容器イには抗体を加えません。ほかの条件は同じです。観察すると、アでは抗体が抗原Pに結合し、病原体の細胞への侵入が妨げられました。イではその結合は観察されませんでした。細胞を食べる細胞はどちらにも入っていません。

問：アで観察された結合に関係する免疫の経路を名称で答え、抗体の役割を対象とともに1文で説明してください。また、この資料から抗体が食作用をしたといえるか、「いえる」か「いえない」で答えて理由を述べてください。

図2のように、まず両容器に共通するものは抗原Pを含む液です。次に違う条件を探すと、対応する抗体を加えたかどうかです。アとイの結果を比較すると、アで抗体と抗原Pの結合が観察されています。したがって、資料の条件では対応する抗体が抗原Pに結合し、侵入を妨げたと判断します。

図2の矢印は抗体と抗原の結合を示す模式図です。抗体による反応に関係する経路の名称は体液性免疫です。解答は「体液性免疫。抗体が抗原Pに結合し、病原体の細胞への侵入を妨げる」です。抗体が食作用をしたとは「いえない」と答えます。結合と侵入の妨げは観察されていますが、細胞を取り込む現象は示されず、食作用を行う細胞も入っていないからです。

答えを資料に戻して確かめます。抗体を入れたアで結合があり、入れないイでは結合が観察されないという条件と、上の説明は両立します。一方、イの結果だけで抗体がどの抗原にも結合しないと広げることはできません。ここで比べた対象はPであり、他の抗原についての条件は与えられていないためです。観察されなかったことと、その原因を確定できることも区別します。

条件が変わると結論も変わる

次の自作資料では、病原体に感染した細胞と、感染していない同種の細胞を別々に用意します。どちらも同じ条件のもとで、同じ病原体に対応するキラーT細胞と接触させます。感染細胞はその病原体に由来する抗原を示しており、感染していない細胞はその抗原を示していません。感染細胞では破壊が観察され、感染していない細胞では観察されませんでした。

問：観察された反応に対応する免疫の経路を名称で答え、2種類の細胞で結果が異なった理由を、抗原とキラーT細胞という語を使って1文で説明してください。さらに、この資料だけで抗体による病原体の無力化が起きたと判断できるか答えてください。

感染の有無が違い、問題文では抗原を示すかどうかも違います。キラーT細胞は示された抗原を認識し、感染細胞を攻撃します。したがって答えは「細胞性免疫。キラーT細胞が感染細胞の示す抗原を認識して攻撃したため」です。感染していない細胞ではその抗原が示されていないという条件に戻すと、同じ攻撃が観察されなかった結果とも合います。

抗体による無力化は、この資料だけでは判断できません。調べた結果は細胞の破壊であり、抗体の有無や病原体の侵入が妨げられたかは示されていないからです。基本例題との分かれ目は、抗体が結合する体液中の抗原を見ているのか、キラーT細胞が認識する感染細胞を見ているのかです。どちらも獲得免疫ですが、観察された現象を取り違えないようにします。

誤答から作用の向きを直す

図3のように、「抗体が感染細胞を食べる」と書いた場合は、主語と動作の両方を点検します。抗体は抗原に結合するタンパク質で、細胞を食べる主体ではありません。感染細胞を攻撃する主体を問うなら、キラーT細胞が抗原を示す感染細胞を認識して攻撃すると直します。抗体が結合した異物の処理を問うなら、食細胞が関わることを区別して書きます。

図3の矢印はそれぞれの作用を示します。誤りの原因は、異物の排除という共通の結果から、異なる担当を同一視することです。赤い枠の文をそのまま覚え直すのでなく、抗体とキラーT細胞のそれぞれについて、何にどう作用するかを言い換えます。

別の誤答に「B細胞が直接、感染細胞を破壊する」があります。B細胞は抗体を分泌する細胞へ分化する経路で考え、感染細胞への攻撃はキラーT細胞と結び付けます。また「抗体はあらゆる抗原に同じように結合する」も誤りです。抗原との対応を落としているので、特異的に結合するという条件を補います。細胞名だけを直しても、対象や作用が逆のままなら説明は完成しません。

自分で確かめる問題

次の4問はすべて自作です。各設問の条件に限って考え、名称を問うものは名称で、説明を問うものは指定された語を含む文で答えてください。

1. 抗原Qを認識したB細胞が、ヘルパーT細胞の助けを受けて分化し、抗体を分泌する細胞になりました。この分化後の細胞名と、関係する免疫の経路名を答えてください。
2. 抗原Rと抗原Sをそれぞれ含む2つの液を用意し、抗原Rに対応する抗体を同じ条件で加えました。Rを含む液では結合が観察され、Sを含む液では結合が観察されませんでした。この結果を、抗体と抗原という語を使って1文で説明してください。
3. ある病原体に感染し、その抗原を示す細胞に、対応するキラーT細胞を接触させたところ、その細胞が破壊されました。直接作用した細胞の名称と、破壊された対象をそれぞれ答えてください。
4. 抗原を取り込んだ樹状細胞がヘルパーT細胞に抗原を提示しました。続いて、対応するB細胞がヘルパーT細胞の助けを受けて抗体を分泌する細胞へ分化しました。「樹状細胞」「ヘルパーT細胞」「B細胞」の3語を使い、提示から分化を助けるまでの順序を1文で説明してください。

答えと考え方

1. 形質細胞、体液性免疫です。B細胞が分化した後の細胞が抗体を分泌します。条件に戻すと、Qを認識したB細胞とヘルパーT細胞の助けがあり、抗体分泌細胞へ分化したという流れに合います。ヘルパーT細胞そのものが形質細胞に変わるわけではありません。
2. 「抗体は対応する抗原に特異的に結合するため、Rには結合し、Sには結合が観察されなかった」です。RとSを取り違えず結果に戻すと、与えられた両方の観察を説明できます。この資料のSへの結果を、あらゆる抗体がSに結合しないという主張に広げることはできません。
3. 直接作用した細胞はキラーT細胞、対象はその病原体に感染した細胞です。条件に戻すと、対象は病原体そのものではなく、その抗原を示す感染細胞です。破壊の観察から、抗体が病原体に結合したことまでは読み取れません。
4. 「樹状細胞が抗原をヘルパーT細胞に提示し、ヘルパーT細胞が対応するB細胞の分化を助けます」です。問題の順に戻すと、提示を行う細胞、提示を受ける細胞、助けを受ける細胞がそれぞれ一致します。B細胞が樹状細胞へ抗原を提示したという逆向きの文では、与えられた流れを表せません。

資料を読み直すときの注意

実験の結果が予想と異なる場合も、先に用語を当てはめず、与えられた条件から読み直します。たとえば抗体を加えた液で結合が観察されなかったという結果だけでは、抗体が抗原に対応していなかったのか、別の条件が影響したのかは決まりません。問題文にある情報を確認し、原因を比べる条件がなければ、原因を1つに決めず「この資料からは判断できない」とします。

同様に、感染細胞が壊れなかったときも、直ちにキラーT細胞が存在しなかったとはいえません。接触させた細胞の種類、対象が示す抗原、観察した現象を見直します。対応しない抗原を示す細胞だったのか、接触させる条件が異なったのかなど、可能性を分けて考えます。資料に書かれていない実験結果を補って結論に使わないことが大切です。

記述の見直しでは、矢印を逆に読んでいないかにも注目します。抗原を提示する細胞からヘルパーT細胞への関係と、ヘルパーT細胞がB細胞の分化を助ける関係は同じ矢印ではありません。各矢印の上に「提示する」「助ける」と動詞を添え、矢印の始点を動作の主体、終点を相手として読めるか確かめます。資料の比較では、結果が示されない組を勝手に補うことも避けます。

要点の整理

抗原に対応する抗体は、B細胞から分化した形質細胞が分泌します。
体液性免疫では、抗体が抗原に結合して排除を助けます。
細胞性免疫では、キラーT細胞が抗原を示す感染細胞を攻撃します。
ヘルパーT細胞は、他の免疫細胞の活動を助けます。

どこで迷ったかを見分ける

図を見ずに「抗体は何に結合するか」「感染細胞を誰が攻撃するか」を別々に説明してみましょう。前者で食作用を答えたら、タンパク質と細胞の区別に戻ります。後者でB細胞を答えたら、抗体を分泌する経路と細胞を攻撃する経路を描き分けます。

個別指導では、資料の比較条件に線を引き、変えた要素と観察結果を口に出して対応させるところから確かめます。結論を先に覚えていても、資料にない抗体の働きまで書けば根拠が足りません。抗原、作用する主体、作用を受ける対象の順に説明できれば、獲得免疫の2つの経路を区別できます。