هجوم الأجسام المضادة


هجوم الأجسام المضادة

اكتشف كيف تشن الأجسام المضادة هجومًا على الغزاة.

استكشف كيف يطارد الجهاز المناعي الجراثيم ويبطل مفعولها، وكيف يُعد الجسم لأي هجوم مستقبلي.

ملحوظة تعليمية متعلقة بكوفيد-19: لم يخترق فيروس كورونا المستجد المتسبب في مرض كوفيد-19، الكتلة السكانية البشرية قبل ذلك؛ ولذلك لا يملك أي أحد في العالم مناعة سابقة ضده. توضح تلك التجربة الخفيفة كيف يطوِّر جسمك المناعة ضد الغزاة الغرباء عن طريق إنتاج الأجسام المضادة التي تهاجمها؛ والهدف من اللقاح أن ينتج الجسم البشري تلك الأجسام المضادة دون التعرض للإصابة بالمرض.

الأدوات والخامات

 
  • خمس شرائح من ورق البطاقات أو الورق المقوى، كل منها بلون مختلف (على سبيل المثال: ورقة خضراء، وورقة صفراء، وورقة زرقاء، وورقة برتقالية، وورقة بنفسجية).
  • خمس قطع لونها أبيض من ورق البطاقات أو الورق المقوى (أو قطعتان في حالة استخدام نماذج حجم الطاولة).
  • أقلام سوداء سميكة (لتتبع الأشكال).
  • مقص.
  • كيس قمامة بلاستيك.
  • مساحة مفتوحة للعمل، مثل طاولة كبيرة أو الأرض.
  • اختياري: لاصق مغلف (لتثبيت النماذج في حالة تحركها أثناء التتبع).

التجميع

  1. قص نماذج المستضدات الخمس من النسخ المطبوعة.

  1. تتبع الأشكال المقصوصة على الورق الملون، ثم قص بمحاذاة الخطوط المرسومة لعمل نسختين من كل مستضد باستخدام لون واحد من الورق لكل مستضد. (يجب أن تسع الشريحة الواحدة من ورق البطاقات أو الورق المقوى نسختين أو أكثر) على سبيل المثال، عند الانتهاء، من المفترض أن يصبح لديك نسختان باللون الأخضر من المستضد «أ»، ونسختان باللون الأصفر من المستضد «ب»، ونسختان باللون الأزرق من المستضد «ج»، وهكذا. يمكنك استخدام أي لون عدا الأبيض؛ فستحتاج الورق المقوى الأبيض لعمل أجسامك المضادة.
  1. قص نماذج الأجسام المضادة من النسخ المطبوعة.

  1. تتبع وقص نسخة واحدة من كل جسم مضاد باستخدام شرائح الورق الأبيض المقوى.

 

ماذا تفعل وماذا تلاحظ؟

ضع جميع المستضدات والأجسام المضادة على سطح مستوٍ؛ مثل طاولة أو الأرض (هذا السطح يمثل الجسم). حرك جميع الأجسام المضادة إلى ناحية، وحرك المستضدات إلى الناحية المقابلة.

«المستضدات» (الممثلة في الأشكال الملونة) هي بروتينات موجودة على أسطح الجراثيم؛ مثل الفيروسات، والبكتريا، وغيرها من الغزاة الغرباء على الجسم. ماذا تلاحظ عن المستضدات؟ هل هناك تشابهات بينها؟ هل هناك اختلافات؟

«الأجسام المضادة» (الممثلة في الأشكال البيضاء) هي بروتينات تنتجها «الخلايا البائية»، وهي خلايا متخصصة ينتجها الجهاز المناعي. ماذا تلاحظ عن الأجسام المضادة؟ هل هناك تشابهات بينها؟ هل هناك اختلافات؟

حرِّك الأجسام المضادة فوق السطح لتوصيلها بالمستضدات التي تتطابق معها. هل دائمًا ما يكون التطابق تامًّا؟ هل يمكن لجسم مضاد أن يتصل بأكثر من مستضد واحد؟ هل يمكن لجسم مضاد أن يتصل بأكثر من «نوع» واحد من المستضدات؟ ما الذي يحدث نتيجة لاتصال المستضدات بالأجسام المضادة؟

وصِّل أكبر عدد يمكنك وصله من الأجسام المضادة بالمستضدات، ولاحظ في نهاية الأمر أن جميع المستضدات تنحصر داخل مجموعات متشابكة.

«البالعات» – وهي نوع آخر من الخلايا في جهازك المناعي – تنجذب إلى المجموعات المتشابكة من الأجسام المضادة والمستضدات مثل تلك، وتميزها بوصفها نفايات. كيس القمامة البلاستيك هو بالعتك! دع كيسك يبتلع تلك الكتل من الخامات، ويهضمها، ويزيلها. كيف يمكن لتلك العملية أن تساعد الجسم على محاربة العدوى؟


 

ما الذي يحدث؟

هذا النشاط هو نموذج مبسط «للاستجابة المناعية التكيفية»، وهي أحد أجزاء استجابة الجهاز المناعي في الجسم البشري. وفي حين أنها ليست الخطوة الأولى في الاستجابة المناعية الحقيقية، فإنها مهمة، وينفرد بها البشر والفقاريات العليا؛ فتسمح للجسم باستهداف جراثيم محددة وتذكرها استعدادًا لأي اتصال مستقبلي.

يمكن للجراثيم غزو الجسم من خلال الجروح بالجلد، أو من خلال الأغشية المخاطية في العينين والأنف والفم؛ حيث تتسبب في الالتهابات الداخلية. وفي حين أن البكتريا غالبًا ما تنمو في السوائل بين الخلايا، ويمكنها التكاثر والانتشار في الجسم من خلال مجرى الدم، فإن للفيروسات استراتيجية مختلفة. فلا يمكن للفيروسات التكاثر بشكل مستقل؛ فتدخل مادتها الوراثية في خلايا جسمك، وتستخدمها مصانعَ لإنتاج الفيروسات؛ من ثم تخرج الفيروسات المنسوخة حديثًا من الخلايا لتنتشر عبر الجسم.

استجابة لذلك يطلق الجهاز المناعي للجسم فيضًا من العمليات المعقدة، والتي تنتهي بأن يرتبط المستضد من الغازي الخارجي بالجسم المضاد المطابق له. ويحدث هذا الترابط في الغدد الليمفاوية، على سطح خلية مناعية متخصصة تسمى بالخلية البائية. ولأن هناك خلايا بائية قليلة تحمل الأجسام المضادة التي تتطابق مع مستضد محدد، فإن أول تواصل مع مستضد معين يبدأ استجابة قد تستغرق أيامًا عدة لكي تصبح فاعلة.

بمجرد أن يحدث التطابق تنقسم الخلايا البائية سريعًا؛ فتصبح بعضها مصانع منتجة للأجسام المضادة، وتسمى «خلايا البلازما»، بينما يصبح البعض الآخر «خلايا الذاكرة»، وهي التي تحتفظ بذكرى هذا المولد المضاد المحدد للمستقبل.

تنتج خلايا البلازما ملايين الأجسام المضادة، وتطلقها في مجرى الدم والجهاز الليمفاوي. تطارد تلك الأجسام المضادة المستضدات المحددة وترتبط بها؛ فتبطل مفعولها وتوقف انتشار الجرثومة. مثلما لاحظت في النشاط، فإن التطابق لا يكون دائمًا تامًّا؛ ولكنه يستمر في التحسن داخل الجسم كلما أنتجت الخلايا البائية أجسامًا مضادة أكثر.

ولأن شكل حرف Y الفريد للجسم المضاد يوفر للمستضدات مكانين للترابط، يمكن لمستضدات وأجسام مضادة متعددة أن تتكتل معًا، مما ينتج منه تكتلات من الخلايا تسمى «تراصات». تجذب هذه التراصات البالعات التي تجدها، وتبتلعها، وتهضمها؛ بحيث تزيل الجرثومة الخطيرة والخلايا المصابة من الجسم. تستمر عملية إنتاج الأجسام المضادة و«التنظيف» – الممثلة في هذا النشاط بابتلاع كيس القمامة البلاستيك لتكتلات المواد – لعدة أيام؛ حتى تزول الجرثومة.

يطابق هذا النشاط خمسة أنواع من الأجسام المضادة مع خمسة أنواع من المستضدات فقط؛ في الواقع، هناك ملايين الأنواع المختلفة لكل منها. ولم تطور الحيوانات ذات الاستجابات المناعية التكيفية القدرة على استهداف جراثيم معينة فحسب، ولكنها أيضًا تنتج خلايا الذاكرة التي «تتذكر» الجراثيم التي تعرضت لها. فعندما تدخل جرثومة مألوفة الجسم مرة أخرى، يكون الجهاز المناعي مستعدًّا؛ فيكون إطلاق الأجسام المضادة سريعًا وغزيرًا، بحيث يُقضى على الجرثومة بسرعة في أغلب الأحيان. نسمي ذلك «امتلاك المناعة».


 

المضي قدمًا

كيف يعمل باقي الجهاز المناعي؟

لمعرفة المزيد عن الجهاز المناعي، شاهد هذا الفيديو «جهازنا المناعي المذهل» (8:40 دقيقة، باللغة الإنجليزية)، أو استمع إلى المدونة الصوتية «دراما الجهاز المناعي» (13:11 دقيقة، باللغة الإنجليزية)، وكلاهما من إنتاجات معهد معلمي الإكسبلوراتوريوم.

 

كيف تعمل اللقاحات؟

تعمل اللقاحات – مثل تلك التي تُعطى للأطفال لحمايتهم من الجدري، والحصبة، والتهاب الغدة النكافية، وجدري الماء – عن طريق إعداد الجهاز المناعي لهجوم الفيروس.

وتصنع اللقاحات باستخدام بقايا فيروس تالف (في الأغلب الغلاف الخارجي فقط، بدون أي مواد وراثية داخلية)، والتي تحتوي على المولدات المضادة الفيروسية ولكنها لا تستطيع إصابتنا بالعدوى. عندما تُحقن تلك المواد في الجسم، ينبه الجهاز المناعي خلايا الجسم البائية للتعرف إلى المستضدات الدخيلة وإنتاج خلايا الذاكرة. فإذا دخل الفيروس الجسم في وقت لاحق، يستجيب الجسم مثلما يفعل في المرة الثانية التي يتعرض فيها للفيروس؛ إذ تكون الاستجابة المناعية سريعة، وعادة ما تقضي على الفيروس قبل أن نلحظ أي أعراض.

ولأن الفيروسات تحتوي على مادة وراثية، فإن لديها القدرة على التحور والتطور مع مرور الزمن؛ فتؤدي قدرتها على إعادة الإنتاج سريعًا إلى تغيرات بالسرعة نفسها في الفيروس. وبعض الفيروسات، مثل الإنفلونزا، تتغير بسرعة كبيرة؛ لدرجة أن العلماء يطورون لها لقاحات جديدة كل عام بناءً على السلالة التي يرجحون أنها ستكون الأكثر تأثيرًا في الجماهير.

فكر في كيفية تكييف هذا النشاط بحيث تشمل المحاكاة حمل الجسم «ذكرى» الفيروس من خلال التلقيح، مما يؤدي إلى استجابة مناعية سريعة، والتي عادة ما تتفادى المرض. ما الخطوات التي ستضيفها للإجراء؟ ما الخامات الجديدة التي قد تستخدمها؟


 

نصائح للمعلمين

يمكنك إجراء هذا النشاط سواء في مجموعة صغيرة باستخدام النماذج بحجم الطاولة، كما هو مشروح أعلاه، أو مع الفصل بالكامل باستخدام نماذج الحجم الكامل. لإدارة النشاط مع الفصل، قسِّم الطلاب إلى «أجسام مضادة» و«مستضدات»؛ ووزع النسخ المطبوعة والمقصوصة بحيث يكون مع كل طالب من فريق «الأجسام المضادة» جسم مضاد واحد ومع كل طالب من فريق «المستضدات» مستضدان. اطلب من الفريقين أن يتجه كل منهما إلى جانب من جوانب الحجرة، بحيث يكون الفريقان في جانبين متقابلين. اطلب من فريق «المستضدات» أن يرفع ذراعيه إلى الأمام (مثل الجراثيم التي تحمل المستضدات على «سطحها»). من ثم اطلب من الطلاب الذين يؤدون دور الأجسام المضادة التحرك عبر الحجرة وإيجاد المستضدات المتطابقة معها. عندما تكتمل جميع التطابقات، يمكنك أداء دور البالعة باستخدام كيس قمامة لإزالة تكتلات الأجسام المضادة والجراثيم؛ حتى يخلو «الجسم» من أي جراثيم محاكاة.

عند الانتهاء من النشاط مع الطلاب، فكر في المعلومات الإضافية التي قد تحتاجها. كذلك فكر في الأوقات المناسبة لجعل الطلاب يُقَيِّمون ما إذا استطاعت أوجه تلك المحاكاة تمثيل الاستجابة المناعية بدقة. كيف يمكن للطلاب تغيير النموذج لجعله أكثر دقة؟ أين تقع الفجوات الأصعب إصلاحًا في النموذج؟

 

التواصل مع مقاييس التعليم

يركز هذا النشاط وملحقاته على المفاهيم المتقاطعة للأجهزة ونماذجها، وكذلك الهيكلة والوظيفة، وأيضًا السبب والأثر. بالنسبة للطلاب الأكبر سنًّا، يمكن لتعقيدات هياكل البروتينات التي تسمح بترابط المستضد مع الجسم المضاد، وإنتاج خلايا الذاكرة المترتب على ذلك الترابط، أن توفر مدخلًا أنيقًا إلى استكشاف تلك المفاهيم المتقاطعة. بالنسبة للطلاب الأصغر سنًّا، قد تكفي الفكرة البسيطة وراء تطابق المستضدات مع الأجسام المضادة لحمايتنا من المرض لتوضيح تلك المفاهيم.

في المستوى الابتدائي، يوفر فهم الطلاب الأساسي لكيفية استخدام أجسامنا الأجسام المضادة لحمايتنا من الفيروسات عمقًا كافيًا من الدراسة، وفي الوقت نفسه يشرك الطلاب في موضوع شائق. ومن شأن تسليط الضوء على التنوع الفيروسي والبكتيري تعزيز الأفكار التخصصية الجوهرية حول التنوع الحيوي في الطبيعة، وتوفير مدخل لتعلم مرونة الأنواع في نظام بيئي ما، وفكرة البقاء التكيفي.

في المستوى الإعدادي، يرتبط هذا النشاط بالفكرة التخصصية الجوهرية أن مجموعات الخلايا المتخصصة تعمل معًا بطرق معقدة للغاية، بصفتها جزءًا من أعضاء أو أجهزة عضوية داخل الكائنات الحية متعددة الخلايا. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للمعلمين تأكيد تطور الاستجابة المناعية التكيفية بما يفيد البقاء، مسلطين الضوء على الأفكار التخصصية الجوهرية حول الانتقاء الطبيعي.

في المستوى الثانوي، قد يختار المعلمون التعمق أكثر في آليات التغذية الاسترجاعية في عملية الاستجابة المناعية، وذلك لتأكيد التوازن في الكائن الحي. وقد يرغبون أيضًا في تأكيد التنظيم الهرمي لأجهزة الجسم، وكيف يرتبط الجهاز المناعي ارتباطًا وطيدًا بالأجهزة الأخرى، وكيف يمكن للتطور الفيروسي التأثير في الاستجابة المناعية.


Exploratorium, 2020 

by the Exploratorium 2020 ©