माध्यमिक जीवविज्ञान · Grades 10–12

34अनुकूली प्रतिरक्षा और टीकाकरण

1796 में किसी देहाती डॉक्टर ने दूध दुहने वाली एक स्त्री के गोशीतला फफोले से पदार्थ खुरचकर किसी लड़के की बाँह में डाला, छह हफ़्ते इंतज़ार किया, और फिर उसे चेचक का टीका लगाया। वह लड़का बीमार नहीं पड़ा। उस डॉक्टर की दुनिया में कुछ भी इसकी व्याख्या नहीं करता था; लगता था कि उस शरीर को सिखा दिया गया है। दो सदियों बाद चेचक लुप्त है, और वह सिखाना अणुओं तक समझा जा चुका है: यानी कोशिकाओं का एक समुच्चय जो आपस में मिलकर लगभग हर उस अणु के लिए एक ग्राही ढोता है जो कभी हो सकता था, जो अपना अणु प्रकट होने पर कई गुना होता है, और जो याद रखता है। यह अध्याय उसी तंत्र का, उसकी दो बाँहों का, उसकी स्मृति का, उस पर बने टीकों का — और उस विषाणु का वर्णन करता है जो उसे नष्ट कर देता है।

34.1 प्रतिजन और लसीकाणु

परिभाषा 34.1 (प्रतिजन, लसीकाणु)

प्रतिजन कोई भी ऐसा अणु है जिसे अनुकूली प्रतिरक्षा तंत्र पहचान सकता है: आम तौर पर किसी रोगाणु का कोई प्रोटीन या शर्करा, कोई विष, किसी पराई कोशिका की सतह — या, ग़लती से, शरीर का अपना ही कोई। पहचानती कोशिकाएँ लसीकाणु हैं, यानी अस्थि मज्जा में बनी और लसीका ग्रंथियों, प्लीहा तथा आँत के लसीकाभ ऊतक में जमा श्वेत कोशिकाएँ। हर लसीकाणु किसी एक ग्राही की हज़ारों प्रतियाँ ढोता है, और हर ग्राही केवल एक ही प्रतिजन से बँधता है। B लसीकाणु मज्जा में परिपक्व होते हैं और प्रतिरक्षी बनाएँगे; और T लसीकाणु थाइमस में परिपक्व होते हैं तथा संपर्क से और संकेतों से काम करते हैं।

प्रतिज्ञप्ति 34.2 (पहले से बनाया गया भंडार)

हर लसीकाणु का ग्राही, उस कोशिका के परिपक्व होते समय, जीन खंडों के किसी यादृच्छिक पुनर्विन्यास से जोड़ा जाता है, जो हर कोशिका में अलग होता है। इसलिए वह शरीर किसी प्रतिजन से मिलने से पहले ही कोई $10^{8}$ अलग-अलग ग्राही थामे रहता है — यानी इतने कि लगभग हर अणु को उससे बँधती कुछ कोशिकाएँ मिल जाएँ। जिन लसीकाणुओं का ग्राही शरीर के अपने अणुओं से बँधता हो वे परिपक्वन के दौरान मिटा दिए जाते हैं; और बाक़ी इंतज़ार करते हैं, हर संभव प्रतिजन के लिए कुछ कोशिकाएँ, जब तक उनका प्रतिजन न आ जाए।

उपपत्ति. इस स्तर पर स्वीकृत। ∎

कोई लसीकाणु, किसी झूठे रंग वाले इलेक्ट्रॉन चित्र में: एक छोटी गोल कोशिका जिसकी सतह खुरदरी है, और जो दस करोड़ क़िस्मों में से एक है, तथा हर एक किसी एक ही प्रतिजन के लिए ग्राही ढोती है।

34.2 क्लोनी वरण

प्रतिज्ञप्ति 34.3 (वरण और विस्तार)

कोई प्रतिजन घुसे तो केवल वही लसीकाणु जवाब देते हैं जिनका ग्राही उस पर बैठता हो: वे चुने जाते हैं, और कई दिनों पर समसूत्री विभाजन से हज़ारों समरूप कोशिकाओं के किसी क्लोन में कई गुना हो जाते हैं — यानी क्लोनी वरण। फिर वह क्लोन विभेदित होता है: अधिकांश कोशिकाएँ प्रभावक कोशिकाएँ बनती हैं जो एक-दो हफ़्ते उस प्रतिजन से लड़ती हैं और मर जाती हैं; और एक अल्पसंख्या दीर्घजीवी स्मृति कोशिकाएँ बनती है, जो सालों टिकी रहती हैं और, वह प्रतिजन लौटे तो, तेज़ तथा कहीं बड़ी संख्या में जवाब देती हैं। वह प्रतिक्रिया इसलिए विशिष्ट है कि केवल बैठते क्लोन ही फैलते हैं; वह पहली बार इसलिए धीमी है कि वे मुट्ठी भर कोशिकाओं से शुरू होते हैं; और वह दूसरी बार इसलिए तेज़ है कि स्मृति कोशिकाएँ पहले ही बहुत हैं।

साक्ष्य. किसी दिए गए प्रतिजन के ख़िलाफ़ प्रतिरक्षी पहले इंजेक्शन के लगभग एक हफ़्ते बाद रक्त में प्रकट होते हैं, दो हफ़्ते चढ़ते हैं और फिर घटते हैं; जबकि महीनों बाद का दूसरा इंजेक्शन दो-तीन दिनों के भीतर पहली चोटी से दस से सौ गुना प्रतिरक्षी बना देता है, जो सालों टिके रहते हैं। उस दूसरी ख़ुराक के साथ ही कोई दूसरा, असंबंधित प्रतिजन लगाया जाए तो उस प्रतिजन के लिए पहले प्रकार की धीमी प्रतिक्रिया मिलती है: यानी वह स्मृति विशिष्ट है। किसी प्रतिरक्षित जानवर से लिए लसीकाणु किसी अनजान जानवर में डालने पर वह स्मृति भी चली जाती है; जबकि किसी बिना प्रतिरक्षित जानवर के लसीकाणु नहीं ले जाते। ∎

क्लोनी वरण। रिज़र्व में थामे बहुत-से लसीकाणु क्लोनों में से वह प्रतिजन उसी को चुनता है जिसका ग्राही बैठता हो; वह दिनों पर प्रभावक कोशिकाओं में, जो लड़ती हैं, और स्मृति कोशिकाओं में, जो टिकी रहती हैं, कई गुना हो जाता है। और दूसरी मुलाक़ात उस स्मृति क्लोन को पहले से ही बड़ा पाती है।

एक ही प्रतिजन की दो ख़ुराकों के बाद प्रतिरक्षी। प्राथमिक प्रतिक्रिया एक हफ़्ते बाद शुरू होती है और मामूली रहती है; जबकि द्वितीयक, जो स्मृति कोशिकाओं से आती है, दिनों के भीतर शुरू होती है और दस गुने स्तर तक पहुँचती है — यही बूस्टर ख़ुराक का सिद्धांत है।

34.3 दो बाँहें: प्रतिरक्षी और मारक कोशिकाएँ

प्रतिज्ञप्ति 34.4 (B लसीकाणु और प्रतिरक्षी)

कोई चुना गया B क्लोन प्लाज़्मा कोशिकाओं में विभेदित होता है, यानी ऐसे कारख़ानों में जो प्रति सेकंड हज़ारों प्रतिरक्षी स्रावित करते हैं: यानी उस क्लोन के ग्राही की घुलनशील प्रतियाँ, जो Y आकार के प्रोटीन हैं और जिनकी दोनों बाँहें उस प्रतिजन से बँधती हैं। प्रतिरक्षी मारते नहीं; वे चिह्नित करते हैं। किसी विषाणु या किसी विष से बँधकर वे उसे कोशिकाओं में घुसने या काम करने से रोक देते हैं; और किसी जीवाणु से बँधकर वे उस पर एक परत चढ़ा देते हैं, तथा वही परत है जिसे अध्याय 33 की भक्षककोशिकाएँ सबसे अच्छी तरह पकड़ती हैं। बहुत-से प्रतिरक्षियों से आड़े-तिरछे जुड़े प्रतिजन प्रतिरक्षा संकुलों में गुँथ जाते हैं, जो भक्षकाणुक्रिया से साफ़ किए जाते हैं। यह रक्त तथा तरलों में बैठे घुसपैठियों के ख़िलाफ़ वाली बाँह है।

उपपत्ति. इस स्तर पर स्वीकृत। ∎

एक प्रतिरक्षी और वह क्या करता है। उसकी दोनों बाँहें उस प्रतिजन से बँधती हैं; और उसका डंठल भक्षककोशिकाएँ पहचानती हैं। बहुत-से प्रतिजनों से बँधते बहुत-से प्रतिरक्षी ऐसा संकुल बनाते हैं जिसे कोई भक्षककोशिका पूरा का पूरा निगल जाती है।

प्रतिज्ञप्ति 34.5 (T लसीकाणु)

T लसीकाणु प्रतिजन को केवल किसी दूसरी कोशिका की सतह पर दिखाए गए टुकड़ों की तरह पहचानते हैं (अध्याय 33)। दो क़िस्में:

सहायक T कोशिकाएँ उन वृक्षाभ कोशिकाओं से सक्रिय होती हैं जो वह प्रतिजन लसीका ग्रंथि तक लाती हैं; और चुने तथा कई गुना हो जाने के बाद वे ऐसे साइटोकाइन स्रावित करती हैं जो B कोशिकाओं की तथा बाक़ी T कोशिकाओं की प्रतिक्रिया को इजाज़त देते और बढ़ाते हैं। वे समन्वयक हैं; उनके बिना शायद ही कोई अनुकूली प्रतिक्रिया होती है।
कोशिकाविषी T कोशिकाएँ किसी संक्रमित कोशिका के दिखाए किसी विषाणु (या किसी अर्बुद प्रोटीन) के टुकड़े पहचानती हैं, और उस कोशिका को संपर्क से मार देती हैं, इससे पहले कि उसके भीतर का विषाणु कई गुना हो सके। यह कोशिकाओं के भीतर छिपे घुसपैठियों के ख़िलाफ़ वाली बाँह है, जहाँ प्रतिरक्षी पहुँच ही नहीं सकते।

उपपत्ति. इस स्तर पर स्वीकृत। ∎

अनुकूली प्रतिक्रिया का संगठन। वृक्षाभ कोशिका की रिपोर्ट सहायक T कोशिकाओं को सक्रिय करती है, जिनके साइटोकाइन B कोशिकाओं को प्रतिरक्षी बनाने की और कोशिकाविषी T कोशिकाओं को मारने की इजाज़त देते हैं; और हर बाँह पीछे स्मृति कोशिकाएँ छोड़ जाती है।

उदाहरण 34.6 (एक विषाणु, दो बार मिला)

पहला इन्फ़्लुएंज़ा: वह विषाणु अनुकूली प्रतिक्रिया के तैयार होने से पहले तीन दिन कई गुना होता है; दिन 7 तक कोशिकाविषी T कोशिकाएँ वायुमार्गों में संक्रमित कोशिकाएँ मार रही होती हैं और प्रतिरक्षी मुक्त विषाणु उदासीन कर रहे होते हैं; और दिन 10 तक वह व्यक्ति उबर रहा होता है, दोनों क़िस्म की स्मृति कोशिकाओं के साथ। साल भर बाद वही प्रभेद: रक्त में पहले से मौजूद प्रतिरक्षी अधिकांश विषाणु प्रवेश पर ही रोक देते हैं, स्मृति कोशिकाएँ दो दिनों के भीतर फैल जाती हैं, और वह संक्रमण ध्यान में आने से पहले ही ख़त्म हो जाता है। पर कोई ऐसा अलग प्रभेद जिसके सतह प्रोटीन उत्परिवर्तित हो चुके हों उन प्रतिरक्षियों से बच निकलता है — इसीलिए वह टीका हर साल दोबारा बनाया जाता है।

34.4 टीकाकरण

परिभाषा 34.7 (टीका)

टीका ऐसी तैयारी है जो किसी रोगजनक के ख़िलाफ़ कोई प्राथमिक अनुकूली प्रतिक्रिया, और इसलिए स्मृति, छेड़ती है, वह भी उसकी बीमारी पैदा किए बिना: यानी वह रोगजनक कमज़ोर किया हुआ (ख़सरा, तपेदिक), मारा हुआ (इंजेक्शन वाला पोलियो), उसके किसी एक प्रोटीन या किसी निष्क्रिय विष तक घटाया हुआ (टिटनेस, हेपेटाइटिस B), या, सबसे हाल में, उस कोशिका के लिए वह प्रोटीन बनाने के निर्देशों तक। उस तैयारी में जोड़ा गया कोई सहायक द्रव्य वह छोटा शोथ छेड़ता है जिसके बिना वृक्षाभ कोशिकाएँ वह प्रतिजन लसीका ग्रंथि तक न ले जातीं। और बूस्टर ख़ुराकें उस प्राथमिक प्रतिक्रिया को द्वितीयक में बदल देती हैं तथा उस स्मृति को दशकों तक बढ़ा देती हैं।

एक टीकाकरण: बाँह में पहुँचाया गया कोई प्रतिजन, और साथ में कोई सहायक द्रव्य जो स्थानीय शोथ उठाए। हफ़्तों के भीतर वे लसीका ग्रंथियाँ ऐसी बीमारी के ख़िलाफ़ स्मृति कोशिकाएँ थामे होती हैं जो उस व्यक्ति को कभी हुई ही नहीं।

एडवर्ड जेनर, जिन्होंने 1796 में दिखाया कि गोशीतला का टीका चेचक से बचाता है — यानी टीकाकरण, इससे पहले कि उसकी कोई क्रियाविधि मालूम होती। तैल चित्र, वेलकम कलेक्शन, CC BY 4.0।

प्रतिज्ञप्ति 34.8 (समूह की रक्षा)

कोई टीका लगा व्यक्ति सुरक्षित है; और टीका लगी कोई आबादी अपने बिना टीके वाले सदस्यों की भी रक्षा करती है। कोई संक्रमित व्यक्ति बिना किसी प्रतिरक्षा वाली आबादी में औसतन $R_0$ और लोगों को कोई बीमारी दे देता है (ख़सरे के लिए लगभग 15, इन्फ़्लुएंज़ा के लिए 2 से 3); और कोई अंश $v$ प्रतिरक्षित हो तो उन संपर्कों में से केवल $R_0(1 - v)$ ही संक्रमित हो सकते हैं, तथा वह बीमारी तब पीछे हटती है जब वह संख्या 1 से नीचे गिरे — यानी जब

v > 1 - \frac{1}{R_0}.

ख़सरे के लिए उन शिशुओं की भी रक्षा करने को, जो टीके के लिए बहुत छोटे हैं, और उन लोगों की जो उसे नहीं ले सकते, आबादी के 93% को प्रतिरक्षित होना चाहिए; और इन्फ़्लुएंज़ा के लिए लगभग 60%। यही सामूहिक प्रतिरक्षा वह वजह है कि टीकाकरण एक सामूहिक काम है।

उपपत्ति. इस स्तर पर स्वीकृत। ∎

किसी बीमारी को फैलने से रोकने के लिए आबादी का जितना अंश प्रतिरक्षित होना चाहिए, उस बीमारी के R_0 के सामने। बीमारी जितनी अधिक संक्रामक, वह कवरेज उतनी ही सबके क़रीब होनी चाहिए। — किसी बीमारी को फैलने से रोकने के लिए आबादी का जितना अंश प्रतिरक्षित होना चाहिए, उस बीमारी के $R_0$ के सामने। बीमारी जितनी अधिक संक्रामक, वह कवरेज उतनी ही सबके क़रीब होनी चाहिए।

34.5 जब वह समन्वयक ही नष्ट हो जाए

प्रतिज्ञप्ति 34.9 (HIV और एड्स)

मानव प्रतिरक्षा-न्यूनता विषाणु, यानी HIV, सहायक T कोशिकाओं को संक्रमित करता है, और वह भी ठीक उसी ग्राही से घुसकर जो उन्हें चिह्नित करता है, तथा उन्हीं में कई गुना होता है। सालों तक वह प्रतिरक्षा तंत्र संक्रमित कोशिकाएँ मारता और प्रतिरक्षी बनाता रहता है — वह व्यक्ति सीरम-धनात्मक है, और संक्रामक भी — जबकि वह विषाणु, लगातार उत्परिवर्तित होकर, हर प्रतिक्रिया से बच निकलता है और धीरे-धीरे सहायक कोशिकाएँ चुका देता है। उनकी गिनती सामान्य के लगभग पाँचवें हिस्से से नीचे गिरे तो अनुकूली प्रतिक्रिया का समन्वय ही नहीं हो पाता: यानी एड्स, जिसमें वे संक्रमण जो कोई स्वस्थ शरीर बिना ध्यान दिए साफ़ कर देता है — मुँह का कोई कवक, फेफड़ों का कोई हल्का परजीवी — जानलेवा हो जाते हैं, और दुर्लभ कैंसर प्रकट होते हैं। विषाणुरोधी दवाएँ उस विषाणु के एंजाइम रोकती हैं, सहायक कोशिकाएँ लौटा देती हैं और, जीवन भर ली जाएँ तो, उस बीमारी को दूर रखती हैं तथा संचरण रोक देती हैं; अभी तक न कोई टीका है, न कोई इलाज।

उपपत्ति. इस स्तर पर स्वीकृत। ∎

बिना इलाज वाले किसी HIV संक्रमण का ढर्रा (गोल किया औसत)। पहले किसी उछाल के बाद वह विषाणु सालों तक प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया से दबा रहता है जबकि सहायक T कोशिकाएँ घटती जाती हैं; और प्रति माइक्रोलीटर लगभग 200 से नीचे वह प्रतिक्रिया ढह जाती है, विषाणु उमड़ आता है, और अवसरवादी संक्रमण शुरू हो जाते हैं।

किसी संक्रमित लसीकाणु की सतह से कलिकाओं की तरह निकलते HIV कण (हरे), किसी झूठे रंग वाले इलेक्ट्रॉन चित्र में। हर कण उस विषाणु के जीनोम की प्रतियाँ ढोता है, और उनमें वे उत्परिवर्ती भी जिन्हें अगली प्रतिक्रिया नहीं पहचानेगी। सूक्ष्मचित्र सी. गोल्डस्मिथ, CDC, सार्वजनिक डोमेन।

विधि 34.10 (किसी प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया को पढ़ना)

उस प्रतिजन को और यह पहचानिए कि वह कहाँ है: तरलों में मुक्त (प्रतिरक्षी काम करते हैं) या कोशिकाओं के भीतर (कोशिकाविषी T कोशिकाएँ काम करती हैं)।
समय पढ़िए: चोटी तक एक हफ़्ते का मतलब कोई प्राथमिक प्रतिक्रिया, और कुछ ही दिनों का मतलब स्मृति।
विशिष्टता पढ़िए: किसी एक प्रतिजन पर प्रतिक्रिया दूसरे पर प्रतिक्रिया को अछूता छोड़ देती है।
सहायक T कोशिकाएँ ढूँढ़िए: उनके बिना कुछ नहीं होता, और एड्स यही दिखाता है।
किसी टीके के लिए उस प्रतिजन का रूप, सहायक द्रव्य, ख़ुराकों की संख्या, और आबादी का ज़रूरी अंश बताइए।

टिप्पणी 34.11 (वरण, एक बार फिर)

अनुकूली प्रतिरक्षा तंत्र डार्विनी है: यादृच्छिक ग्राहियों वाली कोशिकाओं की एक आबादी, जिसमें से पर्यावरण — यानी वह प्रतिजन — कुछ को कई गुना होने के लिए चुनता है, और जिनके वंशजों को वही जीतने वाला ग्राही विरासत में मिलता है। वह अध्याय 25 की प्रक्रिया एक ही शरीर के भीतर एक हफ़्ते में चला देता है, और स्मृति के रास्ते उसके नतीजे जीवन भर रख लेता है। यही वह वजह भी है कि प्रतिरक्षा तंत्र को सिखाया जा सकता है, जो कोई टीका करता है, और यह भी कि जो विषाणु उस तंत्र के चुनने से तेज़ उत्परिवर्तित हो — HIV, इन्फ़्लुएंज़ा — उसे हराना इतना मुश्किल क्यों है।

34.6 अभ्यास

अभ्यास 34.1 ★

प्रतिजन और लसीकाणु की परिभाषा दीजिए, और बताइए कि हर लसीकाणु को विशिष्ट क्या बनाता है।

हल

हल — अभ्यास 34.1.

प्रतिजन कोई भी ऐसा अणु है जिसे अनुकूली तंत्र पहचान सके; और लसीकाणु ऐसी श्वेत कोशिका है जो किसी एक प्रतिजन के लिए ग्राही ढोती है। उसकी विशिष्टता उसके ग्राही से आती है, जो परिपक्वन के दौरान यादृच्छिक ढंग से जोड़ा जाता है और उसकी सारी प्रतियों पर एक-सा होता है।

अभ्यास 34.2 ★

क्लोनी वरण का चार क़दमों में वर्णन कीजिए।

हल

हल — अभ्यास 34.2.

वह प्रतिजन उन थोड़े-से लसीकाणुओं से बँधता है जिनका ग्राही बैठता हो; वे कोशिकाएँ दिनों पर किसी क्लोन में कई गुना होती हैं; वह क्लोन प्रभावक कोशिकाओं में विभेदित होता है जो लड़ती हैं; और एक अल्पसंख्या स्मृति कोशिकाएँ बनती है जो टिकी रहती हैं।

अभ्यास 34.3 ★

प्रतिरक्षी क्या है, वह किससे बँधता है, और वह किसी जीवाणु के साथ क्या करता है?

हल

हल — अभ्यास 34.3.

प्लाज़्मा कोशिकाओं का स्रावित किया कोई Y आकार का प्रोटीन, यानी उस B कोशिका के ग्राही की घुलनशील प्रति; उसकी हर बाँह उस प्रतिजन से बँधती है। किसी जीवाणु पर वह ऐसी परत बनाता है जिसे भक्षककोशिकाएँ पकड़ती हैं, और जीवाणुओं को आड़े-तिरछे जोड़कर ऐसे संकुल बनाता है जो निगल लिए जाते हैं।

अभ्यास 34.4 ★

सहायक और कोशिकाविषी T कोशिकाओं की भूमिकाएँ दीजिए।

हल

हल — अभ्यास 34.4.

सहायक T कोशिकाएँ, जो वृक्षाभ कोशिकाओं से सक्रिय होती हैं, वे साइटोकाइन स्रावित करती हैं जो B कोशिकाओं तथा बाक़ी T कोशिकाओं को इजाज़त देते और बढ़ाते हैं। और कोशिकाविषी T कोशिकाएँ उन कोशिकाओं को मारती हैं जो किसी विषाणु या किसी अर्बुद प्रोटीन के टुकड़े दिखा रही हों।

अभ्यास 34.5 ★

किसी टीके में क्या होता है, और वह काम क्यों करता है?

हल

हल — अभ्यास 34.5.

उस रोगजनक के प्रतिजन का कोई हानिरहित रूप (कमज़ोर किया, मारा हुआ, कोई प्रोटीन, कोई निष्क्रिय विष, या उसके निर्देश) किसी सहायक द्रव्य के साथ। वह कोई प्राथमिक प्रतिक्रिया छेड़ता है और स्मृति कोशिकाएँ छोड़ जाता है, ताकि वह असली रोगजनक किसी द्वितीयक प्रतिक्रिया से मिले।

अभ्यास 34.6 ★★

प्रतिरक्षी वाले चित्र से प्राथमिक तथा द्वितीयक प्रतिक्रियाओं की देरी, चोटी और अवधि की तुलना कीजिए।

हल

हल — अभ्यास 34.6.

प्राथमिक: एक हफ़्ते की देरी, दो से तीन हफ़्ते पर एक नीची चोटी (द्वितीयक की लगभग दसवाँ हिस्सा), और महीने भर के भीतर गिरावट। द्वितीयक: दो-तीन दिन की देरी, दस दिनों के भीतर दस गुनी ऊँची चोटी, जो महीनों टिकी रहती है।

अभ्यास 34.7 ★★

प्रतिजन A का दूसरा इंजेक्शन प्रतिजन B के पहले इंजेक्शन के साथ लगाने पर A पर मज़बूत तेज़ प्रतिक्रिया और B पर धीमी कमज़ोर प्रतिक्रिया मिलती है। यह क्या दिखाता है?

हल

हल — अभ्यास 34.7.

स्मृति विशिष्ट है: A की पहली ख़ुराक की छोड़ी स्मृति कोशिकाएँ केवल A को जवाब देती हैं; जबकि B, जो पहली बार मिला, कोई प्राथमिक प्रतिक्रिया पाता है।

अभ्यास 34.8 ★★

कोई विषाणु किसी कोशिका के भीतर पहुँच जाए तो प्रतिरक्षी उसे साफ़ क्यों नहीं कर सकते, और कौन-सी कोशिकाएँ कर सकती हैं?

हल

हल — अभ्यास 34.8.

प्रतिरक्षी तरलों में बैठे प्रोटीन हैं और कोशिकाओं में घुस नहीं सकते। कोई संक्रमित कोशिका उस विषाणु के टुकड़े अपनी सतह पर दिखाती है, और कोशिकाविषी T कोशिकाएँ उन्हें पहचानकर उस कोशिका को मार देती हैं।

अभ्यास 34.9 ★★

$R_0 = 4$ वाली और $R_0 = 18$ वाली किसी बीमारी के लिए ज़रूरी टीकाकरण कवरेज निकालिए।

हल

हल — अभ्यास 34.9.

$1 - 1/4 = 75\%$ ; $1 - 1/18 \approx 94\%$ ।

अभ्यास 34.10 ★★

ख़सरे का कोई टीकाकरण अभियान उन शिशुओं की रक्षा क्यों करता है जो टीके के लिए बहुत छोटे हैं?

हल

हल — अभ्यास 34.10.

उस दहलीज़ के ऊपर हर मामला एक से भी कम लोगों को संक्रमित करता है, इसलिए वह विषाणु घूम ही नहीं पाता और शायद ही किसी शिशु तक पहुँचता है; प्रतिरक्षित वयस्क ही उनके चारों ओर की दीवार हैं।

अभ्यास 34.11 ★★

HIV वाले चित्र से 1, 5 और 9 साल पर सहायक T कोशिकाओं की गिनती पढ़िए, और बताइए कि एड्स कब शुरू होता है।

हल

हल — अभ्यास 34.11.

प्रति माइक्रोलीटर लगभग 750, 520 और 180; और एड्स साल 9 के आसपास शुरू होता है, जब वह गिनती 200 पार करती है।

अभ्यास 34.12 ★★★

संगठन वाले चित्र की मदद से समझाइए कि अकेली सहायक T कोशिकाओं का विनाश प्रतिरक्षी वाली बाँह और मारक-कोशिका वाली बाँह, दोनों को क्यों अपंग कर देता है।

हल

हल — अभ्यास 34.12.

सहायक T कोशिकाओं के साइटोकाइन ही वे हैं जो B कोशिकाओं को प्लाज़्मा कोशिकाएँ बनने की और कोशिकाविषी T कोशिकाओं को कई गुना होने की इजाज़त देते हैं; दोनों बाँहें उसी एक समन्वयक पर निर्भर हैं, इसलिए उसे हटाना दोनों को चुप करा देता है।

अभ्यास 34.13 ★★★

कोई सीरम-धनात्मक व्यक्ति HIV के ख़िलाफ़ प्रतिरक्षी ढोता है फिर भी सुरक्षित नहीं है। उस विषाणु की उत्परिवर्तन दर तथा उसके निशाने से समझाइए कि क्यों।

हल

हल — अभ्यास 34.13.

वे प्रतिरक्षी उस विषाणु के ख़िलाफ़ चुने गए थे जैसा वह था; और वह विषाणु अपने सतह प्रोटीन नए क्लोनों के चुने जाने से तेज़ उत्परिवर्तित करता है, इसलिए हर प्रतिक्रिया पीछे छूट जाती है। और वह विषाणु ठीक उन्हीं सहायक कोशिकाओं के भीतर छिपता तथा कई गुना होता है जो उस प्रतिक्रिया का समन्वय करतीं।

अभ्यास 34.14 ★★★

इन्फ़्लुएंज़ा का टीका हर साल दोबारा बनाया जाता है; जबकि 1970 का ख़सरा टीका आज भी काम करता है। उन विषाणुओं के सतह प्रोटीनों के उत्परिवर्तन तथा स्मृति की विशिष्टता से यह अंतर समझाइए।

हल

हल — अभ्यास 34.14.

स्मृति कोशिकाएँ वही सतह प्रोटीन पहचानती हैं जो उस टीके ने पेश किए थे। इन्फ़्लुएंज़ा के हर साल ऐसे रूपों में उत्परिवर्तित हो जाते हैं जिनसे पुरानी स्मृति बँधती नहीं; जबकि ख़सरे के सतह प्रोटीन शायद ही बदलते हैं, इसलिए 1970 की स्मृति आज के विषाणु पर भी बैठती है।

अभ्यास 34.15 ★★★

अनुकूली प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया की किसी आबादी में प्राकृतिक वरण से तुलना कीजिए: क्या बदलता है, क्या चुनता है, क्या विरासत में मिलता है, और समय-पैमाना क्या है। वह उपमा कहाँ रुक जाती है?

हल

हल — अभ्यास 34.15.

क्या बदलता है: लसीकाणुओं के ग्राही, जो यादृच्छिक ढंग से बने हैं। क्या चुनता है: वह प्रतिजन, जो केवल बैठते क्लोनों को कई गुना होने देता है। क्या विरासत में मिलता है: वह ग्राही, उस क्लोन के वंशजों को, जिनमें स्मृति कोशिकाएँ भी हैं। समय-पैमाना: किसी प्रतिक्रिया के लिए दिन, स्मृति के लिए एक जीवन, और इसके सामने किसी आबादी के लिए पीढ़ियाँ। वह उपमा संचरण पर रुक जाती है: चुने हुए क्लोन उस शरीर के साथ मर जाते हैं और अगली पीढ़ी तक नहीं जाते।

34.7 समस्या: तिरानबे प्रतिशत

समस्या 34.1

सप्ताहांत समस्या — किसी टीकाकरण अभियान का हिसाब: दो ख़ुराकों पर प्रतिक्रियाएँ, सामूहिक प्रतिरक्षा का अंकगणित, ख़सरे के किसी प्रकोप का नमूना, और वह विषाणु जो इस तंत्र को ही उलट देता है

ख़सरे का $R_0 = 15$ है। 50 000 लोगों के किसी क़स्बे की 90% आबादी टीके से या बीते संक्रमण से प्रतिरक्षित है; और 1500 एक साल से छोटे शिशु हैं, जो टीके के लिए बहुत छोटे हैं।

भाग I — एक व्यक्ति की प्रतिक्रिया। कोई बच्ची 12 महीने पर पहली ख़ुराक पाती है और 18 पर दूसरी।

पहली ख़ुराक के बाद प्रतिरक्षी वक्र का वर्णन कीजिए: देरी, चोटी, गिरावट।
दूसरी ख़ुराक के बाद उसका वर्णन कीजिए और क्लोनी वरण से वह अंतर समझाइए।
टीके का विषाणु कमज़ोर है पर ज़िंदा है। कोई जीवित विषाणु क्यों इस्तेमाल होता है, और वह प्रतिक्रिया की कौन-सी बाँह सिखाता है जो कोई मारा हुआ न सिखाता?
दस साल बाद वह बच्ची ख़सरे से मिलती है। पहले तीन दिनों में क्या होता है, और वह बीमार क्यों नहीं पड़ती?
उसका बिना टीके वाला चचेरा भाई उसी विषाणु से मिलता है। उसके पहले दस दिनों का, और उसके बाद उसके पास जो बचता है उसका वर्णन कीजिए।

भाग II — वह दहलीज़।

ख़सरे का फैलना रुकने के लिए आबादी का जितना अंश प्रतिरक्षित होना चाहिए वह निकालिए।
90% प्रतिरक्षित के साथ कोई एक संक्रमित व्यक्ति औसतन कितने लोगों को संक्रमित कर सकता है? क्या वह क़स्बा सुरक्षित है?
उस क़स्बे में कितने लोग प्रतिरक्षित नहीं हैं, और उनमें से कितने वे शिशु हैं?
कवरेज चढ़कर 95% हो जाए, तो कितने ग्राह्य लोग बचते, और कोई एक मामला औसतन क्या पैदा करता?
एक वाक्य में समझाइए कि उन शिशुओं की सलामती वयस्कों के फ़ैसलों पर क्यों निर्भर है।

भाग III — एक प्रकोप। कोई यात्री 90% प्रतिरक्षा वाले उस क़स्बे में ख़सरा ले आता है।

हर मामला 12 दिनों की एक के बाद एक पीढ़ियों में $15 \times 0.10 = 1.5$ और लोगों को संक्रमित करता है, यह लीजिए। तीसरी पीढ़ी में कितने मामले? और छठी में?
छह पीढ़ियों के बाद कुल कितने मामले?
5000 ग्राह्य लोगों में से 30% शिशु हैं। यदि मामले ग्राह्य लोगों पर बराबरी से पड़ें, तो छह पीढ़ियों बाद मामलों में शिशुओं की संख्या आँकिए।
मामलों की हर पीढ़ी पीछे प्रतिरक्षित बचे लोग छोड़ जाती है: समझाइए कि वह प्रकोप अपने आप क्यों धीमा पड़ता है, और मोटे तौर पर कब।
95% प्रतिरक्षा वाले किसी क़स्बे के लिए सवाल 11 दोहराइए। दोनों क़स्बों की तुलना कीजिए।

भाग IV — वह तंत्र, उलटा हुआ। HIV से संक्रमित कोई रोगी, बिना इलाज के, 8 सालों में प्रति माइक्रोलीटर 1000 से 200 तक सहायक T कोशिकाएँ खो देता है।

प्रति साल, और प्रति महीने, औसत नुक़सान निकालिए।
प्रति माइक्रोलीटर 200 पर एड्स शुरू होता है। संगठन वाले चित्र से समझाइए कि प्रतिरक्षी तथा मारक कोशिकाएँ दोनों क्यों प्रभावित होती हैं जबकि संक्रमित केवल सहायक कोशिकाएँ हैं।
उस रोगी की ख़सरा स्मृति कोशिकाएँ सही-सलामत हैं। क्या अब ख़सरे का सामना ख़तरनाक होगा? समझाइए।
साल 8 पर शुरू हुआ विषाणुरोधी इलाज दो साल के भीतर वह गिनती वापस 600 तक चढ़ा देता है। यह उन स्मृति कोशिकाओं तथा उस भंडार के बारे में क्या दिखाता है, और वह इलाज जारी क्यों रहना चाहिए?
परिणाम लिखिए: वह कवरेज जो उस क़स्बे के शिशुओं की रक्षा करती है, 90% पर कोई एक यात्री छह पीढ़ियों में कितने मामले बोता है, और वह एक कोशिका जिसका खो जाना पूरे अनुकूली तंत्र को गिरा देता है।

हल

हल — समस्या 34.1.

1. लगभग एक हफ़्ता कुछ नहीं, दो से तीन हफ़्ते पर एक मामूली चोटी, और आगे के हफ़्तों पर गिरावट।

2. दो-तीन दिनों के भीतर प्रतिरक्षी, दस गुनी ऊँची चोटी, जो महीनों चलती है: पहली ख़ुराक की छोड़ी स्मृति कोशिकाएँ पहले ही एक बड़ा क्लोन हैं, इसलिए गुणन कुछ ही कोशिकाओं के बजाय हज़ारों कोशिकाओं से शुरू होता है।

3. कोई जीवित विषाणु कोशिकाओं के भीतर थोड़ी देर कई गुना होता है, इसलिए संक्रमित कोशिकाएँ उसके टुकड़े दिखाती हैं और प्रतिरक्षियों के साथ-साथ कोशिकाविषी T कोशिकाएँ भी चुनी जाती हैं; जबकि कोई मारा हुआ विषाणु मुख्यतः प्रतिरक्षी वाली बाँह सिखाता है।

4. पहले से मौजूद प्रतिरक्षी उस विषाणु का अधिकांश रोक देते हैं; स्मृति B तथा T कोशिकाएँ दो दिनों के भीतर कई गुना हो जाती हैं; और संक्रमित कोशिकाएँ विषाणु के फैलने से पहले मार दी जाती हैं। वह संक्रमण लक्षणों से पहले ही रोक दिया जाता है।

5. तीन दिन चुपचाप गुणन, फिर बुख़ार, ददोरे तथा बीमारी, जबकि प्राथमिक प्रतिक्रिया हफ़्ते भर पर बनती है; और दिन दस के आसपास सेहतयाबी, स्मृति कोशिकाओं तथा जीवन भर की प्रतिरक्षा के साथ — यदि वह उन जटिलताओं से बच जाए।

6. $1 - 1/15 \approx 93\%$ ।

7. $15 \times 0.10 = 1.5$ : यानी हर मामला एक से अधिक लोगों को संक्रमित करता है, इसलिए वह बीमारी फैल सकती है। सुरक्षित नहीं।

8. $10\% \times 50\,000 = 5000$ प्रतिरक्षित नहीं, जिनमें से 1500 वे शिशु हैं।

9. 2500 ग्राह्य; $15 \times 0.05 = 0.75$ : यानी एक से कम, और वह बीमारी बुझ जाती है।

10. शिशुओं को टीका नहीं लगाया जा सकता, इसलिए उनकी इकलौती रक्षा यही है कि उनके इर्द-गिर्द के वयस्क, प्रतिरक्षित होकर, उस विषाणु को उन तक पहुँचने का कोई रास्ता ही न छोड़ें।

11. पीढ़ी 3: $1.5^3 \approx 3.4$ मामले; और पीढ़ी 6: $1.5^6 \approx 11$ ।

12. $1 + 1.5 + 2.25 + 3.4 + 5.1 + 7.6 + 11.4 \approx 32$ मामले।

13. 32 का लगभग 30%: यानी कोई 10 शिशु।

14. हर मामला एक ग्राह्य व्यक्ति हटाता है और एक प्रतिरक्षित जोड़ता है, इसलिए ग्राह्य अंश गिरता है और उसके साथ हर मामले के संक्रमितों की संख्या भी; 5000 ग्राह्य लोगों के साथ वह प्रकोप सैकड़ों मामलों के बाद ही, महीनों पर, धीमा पड़ता — बशर्ते टीकाकरण बीच में न आए।

15. 95% पर: $0.75^3 \approx 0.4$ और $0.75^6 \approx 0.18$ मामले; कुल लगभग $1 + 0.75 + 0.56 + \dots \approx 4$ मामले। यानी दस गुना कम मामले, और वह प्रकोप ख़ुद ही बुझ जाता है।

16. 8 सालों में 800: यानी प्रति माइक्रोलीटर प्रति साल 100, और प्रति महीने लगभग 8।

17. B कोशिकाओं को प्लाज़्मा कोशिकाएँ बनने के लिए सहायक कोशिकाओं के साइटोकाइन चाहिए, और कोशिकाविषी T कोशिकाओं को कई गुना होने के लिए भी: इसलिए बहुत कम सहायकों के साथ किसी भी बाँह को इजाज़त नहीं मिलती, हालाँकि उनकी कोशिकाएँ मौजूद हैं।

18. हाँ: स्मृति कोशिकाओं को किसी द्वितीयक प्रतिक्रिया में फैलने के लिए आज भी सहायक साइटोकाइन चाहिए; और समन्वय के बिना वह स्मृति इस्तेमाल ही नहीं हो सकती, तथा ख़सरा, जो किसी स्वस्थ वयस्क के लिए हानिरहित है, जानलेवा हो सकता है।

19. सहायक आबादी बची कोशिकाओं तथा मज्जा से दोबारा उग आती है, और बाक़ी बाँहों की स्मृति कोशिकाएँ कभी नष्ट हुई ही नहीं थीं — यानी समन्वय लौटते ही वह भंडार सही-सलामत है। पर वह विषाणु छिपी कोशिकाओं में टिका रहता है, इसलिए दवाएँ रोकने पर वह फिर चल पड़ता है।

20. 93% कवरेज; 90% पर किसी एक यात्री से लगभग 32 मामले; और वह सहायक T कोशिका।

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