ΥΠΟΔΕΙΓΜΑΤΙΚΑ ΛΥΜΕΝΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΚΕΦ. 1ο ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ 1. Ένας άνθρωπος μολύνεται από έναν ιό. Το παρακάτω διάγραμμα απεικονίζει τις συγκεντρώσεις των αντιγόνων και των αντισωμάτων αυτού του ανθρώπου κατά τη διάρκεια της λοίμωξης. Καμπύλη (α): Αντιστοιχεί στα αντιγόνα και αποτελεί φυσικό τρόπο μόλυνσης. Οι ιοί, εισερχόμενοι στον οργανισμό (μόλυνση), εγκαθίστανται στα κύτταρο, οπότε αρχίζουν να πολλαπλασιάζονται (λοίμωξη) και αυξάνει η συγκέντρωσή τους. Όταν η συγκέντρωσή τους γίνει μέγιστη τότε αρχίζει η παραγωγή αντισωμάτων (10η ημέρα). Στην συνέχεια η συγκέντρωση των αντιγόνων μειώνεται και σχεδόν μηδενίζεται όταν η συγκέντρωση των αντισωμάτων γίνει μέγιστη. Καμπύλη (β): Αντιστοιχεί στα αντισώματα, αφού, λίγες ημέρες μετά τη μόλυνση, αρχίζει η παραγωγή αντισωμάτων, λόγω ενεργοποίησης του ανοσοβιολογικού συστήματος από την είσοδο των ιών. Προφανώς οι ιοί μπαίνουν για πρώτη φορά στον οργανισμό, αφού η εξουδετέρωσή τους καθυστερεί, κάτι που φαίνεται από τη μεγάλη συγκέντρωση των ιών και το μεγάλο χρονικό διάστημα παραμονής τους στον οργανισμό. Επομένως η καμπύλη (β) αντιστοιχεί σε πρωτογενή ανοσοβιολογική απόκριση. 2. Ένας άνθρωπος μολύνεται ταυτόχρονα από δυο διαφορετικά μικρόβια α και β. Στο παρακάτω διάγραμμα απεικονίζονται οι συγκεντρώσεις των αντισωμάτων στο αίμα αυτού του ανθρώπου, κατά τη διάρκεια των ημερών που ακολουθούν τη μόλυνση. Α. Ποια κύτταρα του ανθρώπινου οργανισμού παράγουν τα αντισώματα; Β. Ποιο είδος ανοσοβιολογικής απόκρισης αντιπροσωπεύει καθεμία από τις καμπύλες που αντιστοιχεί στα μικρόβια α και β; Γ. Μετά από λίγες ημέρες, ο ίδιος άνθρωπος εκδηλώνει συμπτώματα ασθένειας που οφείλεται σε ένα από τα δύο μικρόβια, από τα οποία μολύνθηκε προηγουμένως. Να εξηγήσετε σε ποιο από τα δύο μικρόβια οφείλεται η ασθένεια. Α. Σελ. 35 σχολικού βιβλίου: «Τα Β-λεμφοκύτταρα διαφοροποιούνται..στο ίδιο αντιγόνο»: 1
Β. Τα αντισώματα για το μικρόβιο α παράγονται άμεσα από τον οργανισμό του ανθρώπου, εμφανίζουν υψηλή τιμή μέγιστης συγκέντρωσης στο αίμα και «ζουν» για μεγάλο χρονικό διάστημα. Επομένως ο οργανισμός διέθετε λεμφοκύτταρα μνήμης και άρα το μικρόβιο α εισήλθε στον οργανισμό για δεύτερη (ή επόμενη) φορά (δευτερογενής ανοσοβιολογική απόκριση). Τα αντισώματα για το μικρόβιο β καθυστερούν να παραχθούν από τον οργανισμό του ανθρώπου, η μέγιστη συγκέντρωση τους στο αίμα δεν είναι πολύ μεγάλη και «ζουν» για μικρότερο χρονικό διάστημα. Επομένως το μικρόβιο β εισήλθε στον οργανισμό για πρώτη φορά (πρωτογενής ανοσοβιολογική απόκριση). Γ. Η ασθένεια προφανώς οφείλεται στο μικρόβιο β, αφού γνωρίζουμε ότι πριν από λίγες ημέρες εισήλθε για πρώτη φορά στον οργανισμό, με αποτέλεσμα ο οργανισμός να μη διαθέτει ικανό αριθμό αντισωμάτων για την αντιμετώπισή του, ούτε λεμφοκύτταρα μνήμης. 3. Μετά την είσοδο παθογόνων μικροοργανισμών ενός είδους σε έναν άνθρωπο δεν παρουσιάζονται συμπτώματα της ασθένειας. Η καμπύλη (α) δείχνει τη μεταβολή της συγκέντρωσης των μικροοργανισμών, ενώ η καμπύλη (β) τη μεταβολή της συγκέντρωσης των αντισωμάτων που δημιουργούνται για τους συγκεκριμένους μικροοργανισμούς στον άνθρωπο. Να αιτιολογήσετε τη μορφή των καμπυλών (α) και (β). Καμπύλη (α): Σε χρόνο t=0 παρατηρείται μια ξαφνική μέγιστη συγκέντρωση αντιγόνων στον οργανισμό κάτι που δεν μπορεί να συμβεί στην περίπτωση της μόλυνσης με φυσικό τρόπο. Επιπλέον οι μικροοργανισμοί που εισέρχονται στον οργανισμό φαίνεται ότι έχουν χάσει την ικανότητα του πολλαπλασιασμού. Επομένως πρόκειται πιθανόν για εμβόλιο το οποίο περιέχει νεκρούς ή εξασθενημένους μικροοργανισμούς ή τμήματά τους. Με το πέρασμα του χρόνου και καθώς ο οργανισμός ενεργοποιεί το ανοσοβιολογικό του σύστημα και παράγει αντισώματα, η συγκέντρωση των παθογόνω μικροοργανισμών μειώνεται μέχρι που μηδενίζεται. Καμπύλη (β): Με τον εμβολιασμό εισάγεται στον οργανισμό ένας μικροοργανισμός ή τμήμα του για πρώτη φορά προκειμένου να ενεργοποιηθεί το ανοσοβιολογικό σύστημα. Κατά συνέπεια θα συμβεί πρωτογενή ανοσοβιολογική απόκριση δηλαδή τα αντισώματα θα παραχθούν με καθυστέρηση, η μέγιστη συγκέντρωση τους δεν θα είναι υψηλή και η διάρκεια ζωής τους θα είναι μικρή. 4. Οι καμπύλες παρουσιάζουν τον αριθμό των αντισωμάτων που ανιχνεύονται στο αίμα μολυσμένου, από παθογόνο μικροοργανισμό, ατόμου. Να αντιστοιχίσετε τις καμπύλες με τις φράσεις: 1. Εμβόλιο για κάποιο μικρόβιο 2. Χορήγηση ορού για το ίδιο μικρόβιο 3. Επαφή του οργανισμού με φυσικό τρόπο, με το ίδιο μικρόβιο, λίγα χρόνια μετά τον εμβολιασμό. 2
Καμπύλη (α): Δείχνει άμεση παραγωγή αντισωμάτων από τον οργανισμό και μάλιστα παράγονται σε μεγάλη συγκέντρωση στο αίμα. Επομένως ο οργανισμός διέθετε λεμφοκύτταρα μνήμης και άρα το αντιγόνο εισήλθε στον οργανισμό για δεύτερη (ή επόμενη) φορά (δευτερογενής ανοσοβιολογική απόκριση). Καμπύλη (β): Δείχνει ότι ο οργανισμός καθυστερεί την παραγωγή αντισωμάτων σε όχι πολύ μεγάλη συγκέντρωση στο αίμα. Επομένως το αντιγόνο εισήλθε στον οργανισμό για πρώτη φορά (πρωτογενής ανοσοβιολογική απόκριση). Καμπύλη (γ): Δείχνει σε χρόνο t=0 μέγιστο αριθμό αντισωμάτων στον οργανισμό και τα οποία με το πέρασμα του χρόνου δεν αυξάνονται. Επομένως πρόκειται για χορήγηση έτοιμων αντισωμάτων μέσω ορού. Επομένως: 1 β, επειδή ο εμβολιασμός γίνεται προληπτικά, τα αντιγόνο μπαίνουν για πρώτη φορά στον οργανισμό, οπότε ακολουθεί πρωτογενής ονοσοβιολογική απόκριση. 2 γ, αφού με τη χορήγηση ορού εισάγονται στον οργανισμό άμεσα πολλά αντισώματα. 3 α, επειδή προηγήθηκε εμβολιασμός με το ίδιο μικρόβιο, λίγα χρόνια πριν, ο οργανισμός διαθέτει λεμφοκύτταρα μνήμης, οπότε ακολουθεί δευτερογενής ανοσοβιολογική απόκριση. 5. Τα διαγράμματα που ακολουθούν δείχνουν τη διακύμανση της θερμοκρασίας, καθώς και τη συγκέντρωση των αντισωμάτων που ανιχνεύτηκαν στο αίμα δύο ανθρώπων μετά από κάποια βακτηριακή μόλυνση. Ποια τα συμπεράσματα σας από τη μελέτη των διαγραμμάτων; 3
Καμπύλη (α): Δείχνει άμεση παραγωγή αντισωμάτων από τον οργανισμό και μάλιστα σε μεγάλη συγκέντρωση στο αίμα. Επομένως ο οργανισμός διέθετε λεμφοκύτταρα μνήμης και άρα τα βακτήρια εισήλθαν στον οργανισμό για δεύτερη (ή επόμενη) φορά (δευτερογενής ανοσοβιολογική απόκριση). Επειδή τα λεμφοκύτταρα μνήμης ενεργοποιούνται, ξεκινά αμέσως η έκκριση αντισωμάτων, και έτσι δεν προλαβαίνουν να εμφανιστούν τα συμπτώματα της ασθένειας (θερμοκρασία 36,6 C). Το άτομο δεν ασθενεί και πιθανότατα δεν αντιλαμβάνεται ότι μολύνθηκε. Καμπύλη (β): Δείχνει ότι ο οργανισμός καθυστερεί την παραγωγή αντισωμάτων τα οποία στο αίμα δεν εμφανίζουν μεγάλη συγκέντρωση. Επομένως τα βακτήρια εισήλθαν στον οργανισμό για πρώτη φορά (πρωτογενής ανοσοβιολογική απόκριση). Σ' αυτή την περίπτωση, επειδή ο οργανισμός καθυστερεί την παραγωγή των αντισωμάτων, εμφανίζονται συμπτώματα ασθένειας, όπως π.χ. πυρετός. 6. Δύο καλλιέργειες διαφορετικού είδους βακτηρίων αναπτύσσονται στο εργαστήριο, στις ίδιες συνθήκες περιβάλλοντος και τροφής. Την 3η ημέρα οι δυο καλλιέργειες δέχτηκαν έντονη ακτινοβολία, η οποία έπαψε να υφίσταται μετά από πέντε ημέρες. Να εξηγήσετε την πορεία ανάπτυξης κάθε καλλιέργειας. Διάγραμμα Α: Στην πρώτη καλλιέργεια παρατηρούμε ότι μέχρι την 3η ημέρα ο αριθμός των βακτηρίων αυξάνει. Μετά την 3η ημέρα όμως, λόγω της έντονης ακτινοβολίας (αντίξοες συνθήκες), ο αριθμός των βακτηρίων μειώνεται, και την 8η ημέρα μηδενίζεται. Επομένως, το είδος αυτό των βακτηρίων στις αντίξοες συνθήκες δεν μπορεί να επιβιώσει. Διάγραμμα Β: Στη δεύτερη καλλιέργεια παρατηρούμε επίσης ότι μέχρι την 3η ημέρα ο αριθμός των βακτηρίων αυξάνει. Μετά την 3η ημέρα όμως, λόγω της έντονης ακτινοβολίας, και μέχρι την 6η ημέρα, ο αριθμός των βακτηρίων μειώνεται, ενώ από την 6η έως την 8η ημέρα παραμένει σταθερός. Προφανώς το είδος αυτό των βακτηρίων μετασχηματίστηκε σε ενδοσπόρια, με τη μορφή των οποίων θα παραμείνει για όσες ημέρες δέχεται την έντονη ακτινοβολία. Τέλος, θα πρέπει να γίνει αναλυτική αναφορά στα ενδοσπόρια (σελ. 13, 14 του σχολικού βιβλίου). 7. Βακτηριακή καλλιέργεια ξεκίνησε με 4 βακτήρια. Πόσα βακτήρια αναμένεται να υπάρχουν μετά από 3 ώρες αν τα βακτήρια αυτά αναπαράγονται κάθε 20 λεπτά; 4
Επειδή οι μικροοργανισμοί - μ.ο.- (βακτήρια, πρωτόζωα, μύκητες) αναπαράγονται κυρίως με διχοτόμηση, αυτό σημαίνει ότι από 1 θα προκύψουν 2, από 2 θα προκύψουν 4 κ.ο.κ ( 1 2 4 8 16 ). Αυτό σημαίνει ότι η αναπαραγωγή τους ακολουθεί λογική γεωμετρικής προόδου, η οποία περιγράφεται από τον ακόλουθο τύπο: Ν t =N 0 α n όπου: Ν t = ο αριθμός των μικροοργανισμών μετά από χρόνο t ολ, N 0 = ο αρχικός αριθμός των μικροοργανισμών, α= ο λόγος της γεωμετρικής προόδου (α=2 πάντα για τους προαναφερθέντες μ.ο.) και n= ο αριθμός των διαιρέσεων μέχρι το χρόνο t ολ και όπου n=t oλ /t διαρ ή πολ/σμού με t oλ = ο ολικός χρόνος και t διαρ ή πολ/σμού = ο χρόνος που διαρκεί 1 διαίρεση για βακτήρια, πρωτόζωα, μύκητες και ο χρόνος που διαρκεί 1 πολλαπλασιασμός για ιούς. Με N 0 = 4, α= 2, t oλ = 3h=3x60=180min και t διαρ =20min, άρα n=t oλ /t διαρ =180/20=9 διαιρέσεις προκύπτει το Ν t ως εξής: Ν t =N 0 α n = 4 2 9 = 2 2 2 9 =2 11 βακτήρια. 5