「病原微生物の感染判定法(イムノクロマトグラフィー法)」に関する大学入試問題(2021年群馬大理工学部「生物」第1問(1))と解答解説

2021年7月9日 予備校講師・船橋市議・日本分子生物学会会員 朝倉幹晴

インフルエンザウイルス感染の迅速判定キットとして広く用いられ、新型コロナウイルス感染症ほか他の病原体への感染の検査でも使用されている(ただ現時点では新型コロナウイルス感染の診断の信頼性はPCR法のほうが正確である)イムノクロマトグラフィー法に関する2021年群馬大理工学部「生物」の問題とその解答・解説です。受験生の方はもとより、市民の皆様の感染症対策に関する理解の一助にご活用ください。(第1問(2)もウイルスの問題ですが、別テーマなので、説明を割愛しました(余力があれば別記事で掲載します)。)

2021年群馬大理工学部「生物」第1問(1)

(1)次の文章を読んで、問1~問6の答を記入せよ。
私たちのからだはウイルス、細菌、カビなどの病原体と日常的に接触しているが、人体はこれらの病原体の侵入を物理的・化学的な方法で防いでいる。物理的防御の一つとしては、皮膚の表面を形成する層の存在がある。また、化学的防御の一つとして、細菌の細胞壁を分解する酵素であるがはたらいている。病原体がこれらの生体防御を突破して体内に侵入すると自然免疫がはたらき、食細胞が病原体を排除する。食細胞には、血液中の単球が組織に移動してa分化した細胞であるや、よりも小型で数も多く、内部に顆粒をもつ細胞であるなどがある。また、病原体に感染した細胞やがん細胞を細胞表面のわずかな違いにより認識して排除する細胞も自然免疫を担う細胞である。主に肝臓で合成され、病原体などの細胞表面との接触により活性化されて、食作用を促進したり、病原体を破壊する作用をもつもう一群のタンパク質であるも免疫で重要な役割をしている。自然免疫で排除できなかった病原体に対しては、病原体を特異的に認識する適応免疫がはたらくようになる。

 私たちが病原体に感染して発病した場合は、生命や健康に重大に影響を被る恐れがある。このため、感染症の原因となる病原体を迅速かつ簡単な検査方法で決定することが、有効な治療を行うために必要である。その検査法の一つとして、特定の病原体の感染の有無をイムノクロマトグラフィー法を用いて診断する場合がある。図に、ヒトの血清を使用して、その病原体が産生するタンパク質Aに対する抗体の有無を簡便に検出するイムノクロマトグラフィー法の概略を示した。

この方法では、病原体の感染が疑われる人から採取した血清を分離膜スティックの左側の血清滴下部に滴下する。血清滴下部の右側の抗体B保持部には、すべてのヒト抗体の定常部に結合できる抗体Bが含まれており、抗体Bは、特殊な粒子で赤色に着色されている。滴下された血清中の様々なヒト抗体は、抗体Bと結合したまま毛細管現象により分離膜を右側に移動していく。判定部1にはタンパク質Aが移動できないように固定されており、判定部2にはすべてのヒト抗体の定常部と結合できる抗体Cが固定されている。ただし、抗体Cが結合するヒト抗体の定常部は抗体Bが結合する部位とは異なっている。このため、判定部のタンパク質Aや抗体Cと結合したヒト抗体は、判定部1や2に到達するとそれ以上は移動せずに、抗体Bに結合している着色粒子が十分な量まで集まることにより赤色のラインとして目視できるようになる。

問1 ア~カにあてはまる適切な語句を記せ。
問2 下線部aについて、自然界における細胞の分化や発生が進行する順序を左から右に示したものとして適切なものを以下からすべて選び、記号で答えよ。
造血幹細胞→T細胞
胞胚→桑実胚
ES細胞→内部細胞塊
中胚葉→脊索
マスト細胞→膵臓のβ細胞
問3 下線部血清についての説明として、適切なものを次の中からすべて選び、記号で答えよ。
フィブリンは含まれていない。
血液から血小板だけを除いたものである。
血液を静置した場合にみられる沈殿成分を除いた液体成分である。
赤血球や白血球が含まれている。
血液にクエン酸ナトリウムを加えた後、血球成分を除いた液体成分である。
問4 図1に従い、イムノクロマトグラフィーを行った結果を以下のに示した。用いた血清中にタンパク質Aに対する抗体を含むと判定される場合を陽性、含まないと判定される場合を陰性、陽性が陰性かを判定できない場合を判定不能とした場合、の結果は陽性、陰性、判定不能のどれにあてはまるかを答えよ。ただし、判定部の黒色で塗りつぶされた部分は、実際には赤色のラインとして目視できるとし、塗りつぶされていない白色部分は赤色のラインがないものとする。
問5 判定部1と判定部2がそれぞれ果たす役割を、「判定部1」と「判定部2」という2つの語句を使用した上で、70字程度で説明せよ。
問6 血清中の抗体がどのような状態の場合に、イムノクロマトグラフィーで判定不能になるか、判定不能となる原因例を1つ挙げ、20字程度で説明せよ。

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