共通テスト生物基礎の免疫の応答｜抗体量のグラフと実験条件を対応させる｜武蔵野個別指導塾

抗原への接触履歴を分けて一次応答と二次応答を判定し、刺激前後の抗体量から増加分を求める手順をたどれます。

よくあるのは、違う抗原を入れた二本の抗体量の線を追う机で、後から高くなった線を見て「2回目だから二次応答」と決める場面です。何をいつ入れ、どの抗原に結合する抗体を測ったかを整理しなければ、回数の意味は定まりません。同じ個体に抗原が2回入っていても、初めて入る抗原への応答は一次応答です。線の高さに目を奪われる前に、抗原と測定対象の組を確認しましょう。

資料で問われる3つの見方

1つ目は、抗原を入れた時点と抗体量の変化を対応させる型です。最初の刺激の後に抗体が増えるまでの時間と、同じ抗原による再刺激の後の変化を比べます。一次応答と二次応答は、その抗原に対する経験を基準に区別します。表の行が時系列で並んでいない場合は、まず時刻順に並べ替えます。

2つ目は、異なる抗原に対する応答を同時に読む型です。抗原Pへの抗体と抗原Qへの抗体は、それぞれ別の値として追います。抗体量が大きい線を見つけることと、その線が何に結合する抗体を表すかを判定することは別の作業です。凡例が示す測定対象と、矢印が示す刺激を取り違えないようにします。

3つ目は、実験群と対照群を比べて結論の範囲を決める型です。抗原の種類以外にも個体の条件や測定時点が違えば、差の原因を抗原の違いに絞れません。資料が示す比較から言えることと、追加の実験が必要なことを分けるのが読み取りの中心です。以下の値は説明用に作った相対値であり、実際の測定記録や医学的な基準値ではありません。

抗原ごとに履歴を持つ

体内に侵入した異物などに対する防御には、自然免疫と獲得免疫があります。自然免疫では、食細胞などが異物を取り込む食作用などが働きます。獲得免疫では、特定の抗原を識別するリンパ球が関わります。両者は無関係に並ぶ仕組みではなく、食細胞などによる抗原の提示が、獲得免疫の応答につながります。

抗原は免疫反応の標的となる物質です。B細胞が活性化され、抗体を分泌する細胞になると、その抗原に結合する抗体がつくられます。抗体は抗原を見分けて結合しますが、抗体そのものを異物を取り込む食細胞と同一視してはいけません。獲得免疫には、抗体が関わる体液性免疫のほか、細胞が関わる細胞性免疫もあります。ここでは抗体量を扱い、細胞性免疫の詳細には踏み込みません。

初めて出会う抗原への応答を一次応答といいます。応答の過程で記憶細胞が形成され、同じ抗原に再び出会うと、一般に一次応答より速く大きい二次応答が起こります。記憶は抗原の違いに対応します。Pに対する記憶ができたことだけから、初めて入れたQにも二次応答が起こるとは言えません。

図1のように、異物の取り込みと抗原提示から、抗原を識別するリンパ球の働きへ道筋をたどります。記憶細胞から再刺激後の応答へ向かう矢印は、同じ抗原に関するつながりを表します。図は関係を簡略化したもので、各段階に関わる細胞の種類をすべて描いたものではありません。

「速い」と「大きい」も分けて読みます。速さは刺激から抗体量の増加までの時間で、大小は同じ尺度で測った抗体量で判断します。測定日が粗い資料では、増え始めた正確な時刻までは決められません。0という値も、その測定方法と尺度で0と記録されたことを意味し、あらゆる抗体が存在しないことを証明するものではありません。

基本例題：2つの線の履歴を仕分ける

次は自作の実験資料です。ある個体に0日目に抗原Pを入れ、28日目にPと別の抗原Qを同時に入れました。Pに結合する抗体とQに結合する抗体を別々に測定し、共通の任意単位で表しました。表の値は測定時点の値で、投与量やその他の条件は同じとします。28日目の値は刺激直前です。

問1：28日目以降のPとQへの応答をそれぞれ一次応答、二次応答のどちらと判断しますか。問2：28日目から35日目までの抗体量の増加をそれぞれ整数で求め、増加量の比をP対Qの最も簡単な整数比で答えてください。

図2のように横軸を日、縦軸を抗体量の任意単位として、刺激の時点と測定対象を先に対応させます。点の間の線は変化の見通しを示しますが、測定していない日の正確な値までは示しません。表の0日目、28日目、35日目に戻って、何を比べているかを確かめます。

まずPは0日目にも28日目にも入っています。28日目の刺激はPについて2回目ですから、それ以降のPへの応答は二次応答です。一方、Qが入るのは28日目が初めてです。同時に入れられたPが2回目であっても、Qへの応答は一次応答と判断します。各抗原への過去の接触が問題の条件に示されたものに限られると考えます。

次に増加量を出します。Pについては35日目の18から28日目の2を引き、18 − 2 = 16です。Qについては2 − 0 = 2です。したがって比は16 : 2 = 8 : 1です。35日目の値そのものの比18 : 2を使うと、Pの刺激前に残っていた量を増加分に混ぜてしまいます。

答えを元の表に戻すと、Pは刺激前の2に増加分16を加えて18、Qは0に2を加えて2です。両方の測定日がそろっているので同じ期間の増加を比較できます。42日目の値だけを使っても、7日間の増加は求められません。どの期間を引き算するかが式の意味を決めます。

比較を一段深める：対照群の役割

次の自作実験では、PにもQにも以前に接触していない同条件の個体を2群に分けます。各群では0日目と21日目に同量の液を入れます。A群には0日目にP、21日目にPを入れます。B群には0日目にPを含まない液、21日目にPを入れます。Pを除く液の成分、量、飼育条件と測定方法は等しく、各群の個体差は考えない条件とします。21日目の刺激直前と28日目のPへの抗体量は、A群がそれぞれ3と21、B群が0と4でした。値は任意単位です。

問：21日目から28日目の増加量を整数で求め、両群の差が0日目のPへの接触を調べる上でどう役立つか説明してください。また、A群の28日目の値が大きいことから、P以外の抗原にも二次応答が生じたと結論できますか。

A群の増加は21 − 3 = 18、B群の増加は4 − 0 = 4です。差は18 − 4 = 14です。確かめると、A群の刺激前の3に18を加えると21、B群の0に4を加えると4に戻ります。両群に21日目のPという共通の刺激を与え、0日目のPの有無を変えています。この条件の下で、先の接触が後のPへの応答に関係するという読みを支える比較です。

A群では同じPへの再刺激、B群ではPへの初めての刺激です。したがって、記憶細胞を介した二次応答と一次応答の違いを考える資料になります。ただし、抗体量の表だけで記憶細胞の数を直接測ったことにはなりません。また、P以外への抗体量は測っていないので、別の抗原への二次応答を結論することもできません。

ここで対照が欠ける場合を考えます。A群だけを見ても、21日目の刺激後に抗体量が増えたことは読めます。しかし、同じ時点に初めてPに接触した群と比べる値がなければ、先の接触が増加にどう関係したかを、この表だけで比較できません。さらに2群の刺激量まで変えると、履歴と刺激量のどちらが差に関係したかを切り分けにくくなります。失敗した比較を見つけたら、変えた条件を1つにそろえ直す方向を考えます。

誤答を手がかりに読み直す

基本例題で「28日目は2回目の投与だから、PもQも二次応答」と答えたとします。原因は、個体への投与回数を抗原ごとの接触回数と混同したことです。0日目にQは入っていません。図3のようにPとQの履歴を別の行にし、28日目のPは再接触、Qは初接触と書き直します。

図3では同じ28日目の操作でも、PとQで過去の履歴が違います。先に操作全体に「2回目」と付けるのでなく、それぞれの抗原について過去の行を探すと誤りを修正できます。別のよくある誤答は、Pの増加を18とすることです。これは刺激直前の2を引き忘れています。増加量なら終点から始点を引き、求めた差を始点に戻して終点になるかを確かめます。

また「Qの値が小さいのでQへの抗体はつくられない」という判断も資料に合いません。35日目と42日目にそれぞれ2、6と記録されています。値がPより小さいことと、値が0であることは異なります。逆に、Qが増えた事実だけで、Pに対する記憶細胞がQに働いたとは言えません。測っている対象と、結論に登場する対象を一致させます。

練習：表と条件を別々に照合する

次の4問はいずれも自作の資料です。個体は指定された抗原にそれ以前に接触しておらず、値は同一の測定法による任意単位です。各設問は互いに独立しています。

問1

ある個体に0日目に抗原Rを、24日目にRと抗原Sを入れました。24日目の刺激直前と31日目の抗体量は、Rに結合する抗体がそれぞれ4と19、Sに結合する抗体が0と3です。31日目までの各抗原への応答を一次、二次のどちらと判断しますか。24日目からの増加量をそれぞれ整数で答え、増加量の比をR対Sの最も簡単な整数比で示してください。

問2

同条件の2群C、Dに、0日目と18日目に液を入れました。C群には両日とも抗原Tを、D群には0日目にTを含まない液、18日目にTを入れます。T以外の液の成分と量、飼育条件、測定法は同じです。18日目の刺激直前と25日目のTへの抗体量はC群が2と14、D群が0と3でした。各群の増加量とその差を整数で求め、比較で変えた条件を述べてください。

問3

抗原Uへの抗体量を測る実験で、E群には0日目と20日目にUを同量入れ、F群には0日目にUを含まない液、20日目にE群より多い量のUを入れました。20日目以降、F群の抗体量がE群より大きくなりました。両群の液はU以外の成分が同じで、飼育条件と測定法も同じです。「初回接触の有無がこの差の唯一の原因である」と言えるか、条件を挙げて答えてください。比較を改善するための変更も1つ述べてください。

問4

ある個体に抗原Vを0日目に入れ、30日目に再び入れました。Vへの抗体量は0、10、20、30、35、40日目に順に0、5、8、3、12、20でした。30日目の値は刺激直前です。30日目から40日目の増加量を整数で求め、30日目から35日目の増加と比べてください。さらに、この表から抗体量が増え始めた正確な時刻を決められるか答えてください。

練習の答えと確かめ

問1：Rは24日目に再接触するので二次応答、Sは初接触なので一次応答です。Rの増加は19 − 4 = 15、Sは3 − 0 = 3です。比は15 : 3 = 5 : 1です。4に15を加えると19、0に3を加えると3となり、31日目の値に戻ります。投与操作が2回目であるという共通点では、Sの初接触を見落とします。

問2：C群は14 − 2 = 12、D群は3 − 0 = 3で、差は12 − 3 = 9です。元に戻すと2 + 12 = 14、0 + 3 = 3です。変えた条件は0日目にTに接触したかどうかです。18日目の刺激と他の条件がそろっているため、その履歴に着目して両群を比べられます。値の差から、各群の記憶細胞数まで直接読み取ることはできません。

問3：唯一の原因とは言えません。初回接触の有無に加え、20日目に入れたUの量も違うため、どちらが差に関係したか切り分けられないからです。改善するには20日目のUの量を両群で同じにします。その上で他の条件もそろえ、初回接触の有無による比較を行います。大きな値が出た群を先に選ぶだけでは、どの条件が結果に影響したかを判断できません。

問4：30日目から40日目の増加は20 − 3 = 17です。30日目から35日目は12 − 3 = 9で、前者が8大きくなります。3 + 17 = 20、3 + 9 = 12と表に戻せます。ただし期間は10日間と5日間です。1日あたりの平均増加量に直すと、それぞれ17/10と9/5で、30日目から35日目の方が大きくなります。各日の増え方や瞬間の速さまでは、この測定間隔では決まりません。増加が確認されるのは30日目と35日目の測定値の間ですが、連続測定ではないので増え始めた正確な時刻は決められません。

手元に残す要点

抗原ごとに初接触か再接触かを決めます。 抗体量の増加は同じ期間の終点から始点を引きます。 対照群と比べるときは変えた条件とそろえた条件を探します。 測定されていない対象や時刻には結論を広げません。

つまずきを見分けるには

二次応答の判定で迷ったら、文章から刺激の操作だけを時刻順に抜き出し、抗原ごとに行を分けて記入します。正しい行に印を付けられるのに名称を誤る場合は、初接触と再接触の用語を確認します。行そのものを混ぜる場合は、抗体の測定対象と投与した抗原の対応から戻ります。

個別指導で確かめるなら、答えの数字だけでなく、引き算の両端の日付に線を引いてもらいます。さらに得た増加量を始点へ足し、表の終点に戻るかを口頭で説明してもらうと、値の読み違いと計算違いを区別できます。対照実験では、変えた条件を指で示し、そろえた条件を別に挙げます。抗原ごとの履歴を残せば、2本の線は別々の応答として読めます。