人体细胞因表面有可被巨噬细胞识别的 “ 自体 ” 标志蛋白 C ,从而免于被吞噬。某些癌细胞表面存在大量的蛋白 C ,更易逃脱吞噬作用。研究者以蛋白 C 为靶点,构建了可感应群体密度而裂解的细菌菌株,拟用于制备治疗癌症的 “ 智能炸弹 ” 。
(1) 引起群体感应的信号分子 A 是一种脂质小分子,通常以 的方式进出细胞。细胞内外的 A 随细菌密度的增加而增加, A 积累至一定浓度时才与胞内受体结合,调控特定基因表达,表现出细菌的群体响应。
(2) 研究者将 A 分子合成酶基因、 A 受体基因及可使细菌裂解的 L 蛋白基因同时转入大肠杆菌,制成 AL 菌株。培养的 AL 菌密度变化如图 1 。其中, AL 菌密度骤降的原因是: AL 菌密度增加引起 A 积累至临界浓度并与受体结合, 。
(3) 蛋白 K 能与蛋白 C 特异性结合并阻断其功能。研究者将 K 基因转入 AL 菌,制成 ALK 菌株,以期用于肿瘤治疗。为验证 ALK 菌能产生蛋白 K ,应以 菌株裂解的上清液为对照进行实验。请从下列选项中选取所需材料与试剂的序号,完善实验组的方案。
实验材料与试剂: ①ALK 菌裂解的上清液 ② 带荧光标记的 K 的抗体 ③ 带荧光标记的 C 的抗体 ④ 肿瘤细胞
实验步骤:先加入 保温后漂洗,再加入 保温后漂洗,检测荧光强度。
(4) 研究者向下图 2 所示小鼠左侧肿瘤内注射 ALK 菌后,发现 ALK 菌只存在于该侧瘤内,两周内即观察到双侧肿瘤生长均受到明显抑制。而向瘤内单独注射蛋白 K 或 AL 菌,对肿瘤无明显抑制作用。请应用免疫学原理解释 “ 智能炸弹 ”ALK 菌能有效抑制对侧肿瘤生长的原因 。
(1) 自由扩散
(2) 启动 L 蛋白表达引起 AL 菌短时间内大量裂解
(3) AL ①④ ②/③
(4) 注入瘤内的 ALK 菌群体裂解后释放的蛋白 K 与蛋白 C 结合,且释放的细菌产物激活巨噬细胞,从而增强了巨噬细胞对肿瘤细胞的吞噬作用,巨噬细胞加工呈递肿瘤抗原,激活细胞免疫,肿瘤细胞被特异性杀伤,因此有效抑制对侧肿瘤生长。
【分析】 1 、免疫系统对病原体的识别:在人体所有细胞膜的表面,有一组作为分子标签来起作用的蛋白质,它们能被自身的免疫细胞所识别。病毒、细菌等病原体也带有各自的身份标签,当它们侵入人体后,能被免疫细胞识别出来。免疫细胞是靠细胞表面的受体来辨认它们的。
2 、体液免疫与细胞免疫的关系: B 细胞和细胞毒性 T 细胞的活化离不开辅助性 T 细胞的辅助;体液免疫中产生的抗体,能消灭细胞外液中的病原体;而消灭侵入细胞内的病原体,要依靠细胞免疫将靶细胞裂解,使病原体失去藏身之所,此时体液免疫又能发挥作用了。
【详解】( 1 )引起群体感应的信号分子 A 是一种脂质小分子,脂溶性的小分子物质通常以自由扩散的方式进出细胞。
( 2 )由图可知, AL 菌密度达到相应的值后会骤降,而 L 蛋白可使细菌裂解。可推测 AL 菌密度骤降的原因是, AL 菌密度增加引起 A 积累至临界浓度并与受体结合,启动 L 蛋白表达引起 AL 菌短时间内大量裂解。
( 3 ) AL 菌株不含 K 基因, ALK 菌株含 K 基因,因此,为验证 ALK 菌能产生蛋白 K ,应以 AL 菌株裂解的上清液为对照进行实验。某些癌细胞表面存在大量的蛋白 C ,蛋白 K 能与蛋白 C 特异性结合并阻断其功能,为验证 ALK 菌能产生蛋白 K ,可用带荧光标记的 K 的抗体,如果有 K 蛋白生成,则 K 蛋白与 K 的抗体结合,可发出荧光;由于蛋白 K 能与蛋白 C 特异性结合,因此也可用带荧光标记的 C 的抗体,如果有蛋白 K 生成,对照组与实验组荧光强度会有差异。具体的实验步骤为,先加入 ①ALK 菌裂解的上清液和 ④ 肿瘤细胞,保温后漂洗,再加入 ② 带荧光标记的 K 的抗体或加入 ③ 带荧光标记的 C 的抗体,保温后漂洗,检测荧光强度。
( 4 ) “ 智能炸弹 ”ALK 菌能有效抑制对侧肿瘤生长是因为注入瘤内的 ALK 菌群体裂解后释放的蛋白 K 与蛋白 C 结合,且释放的细菌产物激活巨噬细胞,从而增强了巨噬细胞对肿瘤细胞的吞噬作用,巨噬细胞加工呈递肿瘤抗原,激活细胞免疫,肿瘤细胞被特异性杀伤,因此有效抑制对侧肿瘤生长。而单独注射蛋白 K 不能有效激活细胞免疫,单独注射 AL 菌也无法阻断蛋白 C 的功能。
知识点拨:
识别抗原和特异性识别抗原的细胞
1、识别抗原的细胞:吞噬细胞.B细胞、T细胞、记忆细胞、效应T细胞。
2、特异性识别抗原的细胞:吞噬细胞只能识别自己与非己成分,因而没有特异性的识别能力,除吞噬细胞以外①中其余的细胞都有特异性的识别能力。
3、抗体与抗原结合后的反应
①抑制病原体的繁殖,或揶制病原体对人体细胞的黏附。
②多数情况下,抗原、抗体形成沉淀或细胞集团进而被吞噬细胞吞噬消化。
4、体液免疫和细胞免疫的关系
体液免疫 | 细胞免疫 | |
作用对象 | 抗原 | 靶细胞 |
作用方式 | 浆细胞产生的抗体与相应的抗原特异性结合 | ①效应T细胞和靶细胞密切接触②T细胞释放淋巴因子,促进免疫作用 |
联系 | ①在病毒感染中,往往先通过体液免疫阻止病原体通过血液循环而散布;再通过细胞免疫予以彻底消灭②细胞免疫作用使靶细胞裂解、死亡,抗原暴露,与抗体结合而被消灭③二者相互配合,共同发挥免疫效应 |
细胞名称 | 来源 | 功能 |
吞噬细胞 | 造血干细胞 | 处理、呈递抗原,吞噬抗体一抗原结合体 |
B细胞 | 造血干细胞(骨髓中成熟) | 识别抗原,分化成为浆细胞(效应B细胞)、记忆细胞 |
T细胞 | 造血干细胞(胸腺中成熟) | 识别抗原,分泌淋巴因子,分化为效应T细胞、记忆细胞 |
浆细胞(效应B细胞) | B细胞或记忆B细胞 | 分泌抗体 |
效应T细胞 | T细胞或记忆T细胞 | 与靶细胞结合发挥免疫效应 |
记忆细胞 | B细胞或T细胞 | 识别抗原,分化成相应的效应细胞 |
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