सूक्ष्मजीवविज्ञान व प्रतिरक्षाविज्ञान — जीवाणु, ओपेरॉन, रोगजनक, सहज व अनुकूली प्रतिरक्षा

जैवप्रौद्योगिकी पेपर में सामान्य जीवविज्ञान का दूसरा अध्याय खंड 2 में नामित शेष दो विषयों को समेटता है। पहले सूक्ष्मजीवविज्ञान: उसका इतिहास, जीवाणु वर्गीकरण व विविधता, ग्राम-धनात्मक व ग्राम-ऋणात्मक कोशिका भित्ति तथा आर्किया, सूक्ष्मजीवविज्ञान की विधियाँ, वृद्धि व पोषण, lac, trp व ara ओपेरॉन, नाइट्रोजन स्थिरीकरण, परपोषी–रोगजनक अन्योन्यक्रिया, प्रतिजैविक व प्रतिरोध, द्वि-घटक तंत्र व जीवाणु संचार, तथा विषाणुओं की संरचना व वर्गीकरण। फिर प्रतिरक्षाविज्ञान: लसीकाभ अंग, सहज प्रतिरक्षा व शोथ, साइटोकाइन व पूरक, तरल व कोशिकीय प्रभावक अनुक्रियाएँ, प्रतिरक्षी विविधता कैसे उत्पन्न होती है, T- व B-कोशिका विकास, MHC व प्रतिजन प्रस्तुति, सहिष्णुता, अतिसंवेदनशीलता के चार प्रकार, स्वप्रतिरक्षा, प्रतिरक्षा-न्यूनता, निरोप-बनाम-परपोषी रोग व टीके।

1. इतिहास, वर्गीकरण, कोशिका भित्ति व विधियाँ

  • ल्यूवेनहुक ने 1670 के दशक में एकल-लेंस सूक्ष्मदर्शियों से सबसे पहले सूक्ष्मजीवों का वर्णन किया। पाश्चर ने हंस-ग्रीवा फ्लास्कों से स्वतःजनन का खंडन किया और दिखाया कि किण्वन सूक्ष्मजीवी है; कॉख ने विशिष्ट सूक्ष्मजीवों को विशिष्ट रोगों (ऐन्थ्रैक्स, क्षयरोग) से जोड़ा और अपनी अभिधारणाएँ दीं; फ़्लेमिंग ने 1928 में पेनिसिलिन खोजा। वोज़ ने 16S rRNA अनुक्रमों की तुलना कर प्रोकैरियोटों को जीवाणु व आर्किया में बाँटा, जिससे यूकेरिया सहित त्रि-डोमेन वृक्ष बना।
  • ग्राम-धनात्मक भित्तियाँ टाइकोइक अम्लों से गुँथी मोटी पेप्टिडोग्लाइकन परत हैं, जो ऐल्कोहॉल विरंजन के बाद भी क्रिस्टल वायलेट–आयोडीन संकुल रोके रखती हैं और बैंगनी रंगती हैं। ग्राम-ऋणात्मक भित्तियों में एक बाह्य झिल्ली, जिसका बाहरी पत्रक लिपोपॉलीसैकेराइड है (लिपिड A अंतर्विष), के नीचे परिद्रव्य में पतली पेप्टिडोग्लाइकन परत होती है; ऐल्कोहॉल रंजक निकाल देता है और सैफ़्रानिन प्रतिरंजक उन्हें गुलाबी बनाता है। माइकोबैक्टीरिया माइकोलिक अम्लों के कारण अम्ल-स्थायी हैं।
  • आर्किया में ईथर-बंधित आइसोप्रीनॉइड झिल्ली लिपिड होते हैं (जीवाणु व यूकैरियोट एस्टर-बंधित वसा-अम्ल प्रयुक्त करते हैं), उनमें पेप्टिडोग्लाइकन नहीं होता (कुछ में स्यूडोम्यूरीन है, अतः लाइसोज़ाइम उन्हें अपघटित नहीं करता), और उनकी अनुलेखन व अनुवाद मशीनरी यूकैरियोटों के अधिक निकट है।
  • सूक्ष्मजीवविज्ञान की विधियाँ: निर्जर्मीकरण (121 °C पर ऑटोक्लेविंग), अपूतिक तकनीक, रेखन, प्रसार व ढलाई पट्टिकाओं से शुद्ध संवर्धन, अभिरंजन व सूक्ष्मदर्शिकी, क्रमिक तनुकरण व कॉलोनी गणना (CFU) या सर्वाधिक-संभावित-संख्या विधि से गणना, तथा जैवरासायनिक परीक्षणों व 16S rRNA अनुक्रमण से पहचान।

2. वृद्धि व पोषण, lac, trp व ara ओपेरॉन, तथा नाइट्रोजन स्थिरीकरण

सूक्ष्मजीव ऊर्जा व कार्बन स्रोत से वर्गीकृत होते हैं — प्रकाश- या रसपोषी, स्व- या परपोषी — अतः एक रसअकार्बनिकस्वपोषी ऊर्जा हेतु अकार्बनिक यौगिकों का ऑक्सीकरण करता है और CO₂ स्थिर करता है। एक बैच संवर्धन पश्चता, घातांकी (लॉग), स्थिर व मृत्यु प्रावस्थाओं से गुज़रता है। घातांकी प्रावस्था में N = N₀·2ⁿ, अतः पीढ़ियों की संख्या n = log₂(N/N₀) = 3.32 log₁₀(N/N₀) और पीढ़ी काल g = t/n; विशिष्ट वृद्धि दर μ = ln 2/g है। उदाहरण: 3 h में 2 × 10³ कोशिकाएँ 1.28 × 10⁵ हो जाती हैं; N/N₀ = 64 = 2⁶, अतः n = 6 व g = 180/6 = 30 min।

तीन ओपेरॉन, नियंत्रण के तीन तर्क
ओपेरॉनप्रकारयह कैसे चालू-बंद होता है
lac ओपेरॉन (lacZ, lacY, lacA)प्रेरणीय; ऋणात्मक व धनात्मक नियंत्रणLacI दमनकारी संचालक से बंधता है; ऐलोलैक्टोज़ (या अनावश्यक प्रेरक IPTG) उसे मुक्त करता है। CAP–cAMP अनुलेखन सक्रिय करता है, और ग्लूकोज़ cAMP घटाता है, अतः अभिव्यक्ति तभी उच्च है जब लैक्टोज़ उपस्थित व ग्लूकोज़ अनुपस्थित हो (अपचयी दमन)
trp ओपेरॉन (trpEDCBA)दमनीय; दमन तथा क्षीणनट्रिप्टोफ़ैन सहदमनकारी है जो TrpR को सक्रिय करता है। क्षीणन: Trp प्रचुर होने पर राइबोसोम अग्रणी पेप्टाइड के Trp कोडॉन शीघ्र अनूदित करता है, 3:4 समापक केशपिन बनता है और अनुलेखन रुकता है; Trp दुर्लभ होने पर राइबोसोम ठिठकता है, 2:3 प्रति-समापक बनता है और अनुलेखन जारी रहता है
ara ओपेरॉन (araBAD)प्रेरणीय; एक ही प्रोटीन दमनकारी व सक्रियकऐराबिनोज़ के बिना AraC दो स्थलों के बीच DNA का पाश बनाकर दमन करता है; ऐराबिनोज़ के साथ AraC आकार बदलता है, आसन्न स्थलों से बंधता है और CAP–cAMP सहित सक्रियण करता है। कड़ाई से नियमित araBAD प्रवर्धक अभिव्यक्ति वाहकों में प्रयुक्त होता है

नाइट्रोजन स्थिरीकरण नाइट्रोजिनेज़ द्वारा उत्प्रेरित होता है — Fe प्रोटीन (डाइनाइट्रोजिनेज़ रिडक्टेज़) MoFe प्रोटीन (डाइनाइट्रोजिनेज़) को इलेक्ट्रॉन देता है: N₂ + 8H⁺ + 8e⁻ + 16 ATP → 2NH₃ + H₂ + 16 ADP + 16 Pᵢ। नाइट्रोजिनेज़ O₂ से अनुत्क्रमणीय रूप से क्षतिग्रस्त होता है, अतः स्थिरीकारक उसकी रक्षा करते हैं: राइज़ोबियम से उपनिवेशित शिंबी जड़-ग्रंथिकाओं में लेगहीमोग्लोबिन O₂ को संतुलित रखता है, ऐनाबीना जैसे सायनोबैक्टीरिया PSII-रहित मोटी-भित्ति वाली हेटरोसिस्ट में स्थिरीकरण करते हैं, और मुक्तजीवी ऐज़ोटोबैक्टर इतनी तेज़ी से श्वसन करता है कि उसका भीतरी भाग अवायवीय रहे।

3. रोगजनक, प्रतिजैविक व प्रतिरोध, द्वि-घटक तंत्र, कोरम संवेदन व विषाणु

रोगजनक को चिपकना (पिलाई, आसंजक), आक्रमण या उपनिवेशन करना, प्रतिरक्षा से बचना (संपुट, प्रतिजनी विचरण, IgA प्रोटीएज़) और परपोषी को क्षति पहुँचानी होती है। बाह्यविष स्रावित प्रोटीन हैं, प्रायः A–B विष जिनमें B कोशिका से बंधता है और A एंज़ाइम है — कॉलरा विष Gαs का ADP-राइबोसिलीकरण करता है, डिफ़्थीरिया विष दीर्घीकरण कारक 2 का। अंतर्विष ग्राम-ऋणात्मक LPS का लिपिड A है, जो जीवाणुओं के अपघटन पर मुक्त होता है और TLR4 के माध्यम से ज्वर व पूतिजन्य आघात उत्पन्न करता है। अनेक ग्राम-ऋणात्मक रोगजनक टाइप III स्रवण तंत्र से प्रभावक अंतःक्षेपित करते हैं।

प्रतिजैविक लक्ष्य और प्रतिरोध उन्हें कैसे विफल करता है
लक्ष्यउदाहरणएक प्रतिरोध मार्ग
कोशिका-भित्ति ट्रांसपेप्टिडीकरण (पेनिसिलिन-बंधी प्रोटीन)β-लैक्टम: पेनिसिलिन, सेफ़ैलोस्पोरिन, कार्बापेनेमβ-लैक्टमेज़ वलय का जल-अपघटन करता है; MRSA में परिवर्तित PBP2a
भित्ति पूर्ववर्तियों के D-Ala–D-Ala सिरेवैनकोमाइसिनसिरे को D-Ala–D-Lac के रूप में पुनर्निर्मित करना, जिससे वैनकोमाइसिन कहीं कम बंधता है
30S राइबोसोमी उपइकाईऐमिनोग्लाइकोसाइड (स्ट्रेप्टोमाइसिन), टेट्रासाइक्लिनरूपांतरक एंज़ाइम; बहिर्वाह पंप
50S राइबोसोमी उपइकाईमैक्रोलाइड (एरिथ्रोमाइसिन), क्लोरैम्फ़ेनिकॉल23S rRNA का मेथिलीकरण; क्लोरैम्फ़ेनिकॉल का ऐसीटिलीकरण
DNA जाइरेज़ व टोपोआइसोमरेज़ IVक्विनोलोन (सिप्रोफ़्लॉक्सासिन)gyrA में बिंदु उत्परिवर्तन
RNA पॉलिमरेज़ β उपइकाईरिफ़ैम्पिसिनrpoB में उत्परिवर्तन
फ़ोलेट संश्लेषणसल्फ़ोनामाइड (डाइहाइड्रोप्टेरोएट सिंथेज़), ट्राइमेथोप्रिम (डाइहाइड्रोफ़ोलेट रिडक्टेज़)प्लाज़्मिड पर वहित औषध-असंवेदी प्रतिस्थापी एंज़ाइम

प्रतिरोध सबसे तेज़ी से क्षैतिज रूप से फैलता है, प्लाज़्मिडों, ट्रांसपोज़ॉनों व इंटीग्रॉनों पर, संयुग्मन, रूपांतरण व पारक्रमण द्वारा। द्वि-घटक तंत्र जीवाणु का संवेदन परिपथ है: झिल्ली का संवेदक हिस्टिडीन काइनेज़ अपना संकेत पहचानने पर किसी हिस्टिडीन पर स्वफ़ॉस्फ़ोरिलीकृत होता है और फ़ॉस्फ़ोरिल समूह को अनुक्रिया नियामक के किसी ऐस्पार्टेट पर स्थानांतरित करता है, जो प्रायः एक अनुलेखन कारक है (EnvZ–OmpR परासरणता, PhoR–PhoB फ़ॉस्फ़ेट संवेदित करते हैं)। कोरम संवेदन जीन अभिव्यक्ति को जनसंख्या घनत्व से जोड़ता है: ग्राम-ऋणात्मक जीवाणु ऐसिल-होमोसेरीन लैक्टोन स्रावित करते हैं (विब्रियो फ़िशेरी की जैवदीप्ति में LuxI बनाता है, LuxR संवेदित करता है), ग्राम-धनात्मक जीवाणु द्वि-घटक तंत्रों द्वारा पढ़े जाने वाले ओलिगोपेप्टाइड प्रयुक्त करते हैं, और AI-2 प्रजातियों के बीच कार्य करता है। विषाणु एक प्रोटीन कैप्सिड (कुंडलित, विंशफलकीय या जटिल) में न्यूक्लिक अम्ल हैं, कभी-कभी आवरणयुक्त; बाल्टीमोर वर्गीकरण उन्हें जीनोम व mRNA मार्ग के अनुसार सात वर्गों में रखता है — dsDNA, ssDNA, dsRNA, (+)ssRNA, (−)ssRNA, व्युत्क्रम अनुलेखन सहित ssRNA (रेट्रोविषाणु) तथा व्युत्क्रम अनुलेखन सहित dsDNA (हेपैडनाविषाणु)। λ जैसे फ़ेज लयनकारी वृद्धि व लयजनन के बीच चुनते हैं।

4. लसीकाभ अंग, सहज प्रतिरक्षा, साइटोकाइन व पूरक

प्राथमिक लसीकाभ अंग वे हैं जहाँ लसीकाणु बनते व चयनित होते हैं — अस्थि मज्जा (B कोशिकाएँ, और समस्त रुधिरोत्पादन) व थाइमस (T कोशिकाएँ)। द्वितीयक लसीकाभ अंग वे हैं जहाँ वे प्रतिजन से मिलते हैं — लसीका ग्रंथियाँ, प्लीहा और पेयर्स पैच व टॉन्सिल जैसे श्लेष्मल-संबद्ध लसीकाभ ऊतक। सहज प्रतिरक्षा तात्कालिक व जननिक-कूटित है: अवरोध, भक्षकाणु (न्यूट्रोफ़िल, महाभक्षकाणु), NK कोशिकाएँ, तथा रोगजनक-संबद्ध आणविक प्रतिरूपों को पढ़ने वाले टोल-सदृश ग्राहियों जैसे प्रतिरूप-पहचान ग्राही (TLR4 LPS, TLR5 फ़्लैजेलिन, TLR3 द्विरज्जुकी RNA, TLR9 अमेथिलीकृत CpG DNA)। शोथ — लालिमा, ताप, सूजन व पीड़ा — वाहिकाविस्फार व रिसाव है जो कोशिकाओं व प्लाज़्मा प्रोटीनों को स्थल तक लाते हैं। साइटोकाइन संकेत ले जाते हैं: IL-1, TNF-α व IL-6 शोथ व ज्वर चलाते हैं, IL-2 T-कोशिका प्रचुरोद्भवन चलाता है, IFN-γ महाभक्षकाणुओं को सक्रिय करता है (Th1 पहचान), IL-4 Th2 अनुक्रियाएँ व IgE की ओर स्विच चलाता है, IL-10 व TGF-β अनुक्रियाओं को मंद करते हैं, और टाइप I इंटरफ़ेरॉन विषाणुरोधी हैं। केमोकाइन रसोवर्ती साइटोकाइन हैं — CXCL8 (IL-8) न्यूट्रोफ़िल भर्ती करता है।

पूरक के तीन पथ C3 पर मिलते हैं
पथप्रेरकC3 कन्वर्टेज़
पारंपरिकप्रतिजन पर प्रतिरक्षी (IgM, IgG) से C1q का बंधनC4b2a
लेक्टिनसूक्ष्मजीवी शर्कराओं पर मैनोज़-बंधी लेक्टिनC4b2a
वैकल्पिकअसुरक्षित सतह पर C3 का स्वतः जल-अपघटन — किसी प्रतिरक्षी की आवश्यकता नहींC3bBb, प्रॉपर्डिन से स्थिरीकृत
ℹ️ C3 के विदलन के बाद पूरक क्या करता है
C3b भक्षकाणुओं हेतु ऑप्सोनिन के रूप में सूक्ष्मजीव को ढकता है; C3a व C5a ऐनाफ़िलैटॉक्सिन हैं, और C5a प्रबल रसोवर्ती भी है; और C5b, C6–C9 को झिल्ली आक्रमण संकुल में भर्ती करता है, एक छिद्र जो विशेषकर ग्राम-ऋणात्मक जीवाणुओं का लयन करता है। परपोषी कोशिकाएँ DAF व CD59 जैसे नियामकों से सुरक्षित रहती हैं।

5. अनुकूली प्रतिरक्षा — प्रतिरक्षी व उनकी विविधता, लसीकाणु विकास, MHC व स्मृति

एक प्रतिरक्षी दो समान भारी व दो समान हल्की शृंखलाएँ है; Fab भुजाएँ अतिपरिवर्ती CDR से बना प्रतिजन-बंधन स्थल वहन करती हैं, और Fc तना प्रभावक कार्य तय करता है। IgG सीरम का सबसे प्रचुर वर्ग है और अपरा पार करने वाला एकमात्र; IgM पंचतयी है और प्राथमिक अनुक्रिया में सबसे पहले बनने वाला वर्ग; IgA स्रावों में द्वितयी है; IgE एलर्जी व कृमि-रोधी रक्षा में मास्ट कोशिकाओं व बेसोफ़िलों को सशस्त्र करता है; IgD अनुभवहीन B कोशिकाओं पर IgM के साथ रहता है। तरल प्रतिरक्षा प्रतिरक्षी द्वारा उदासीनीकरण, ऑप्सोनीकरण व पूरक-स्थिरीकरण है; कोशिकीय प्रतिरक्षा में कोशिकाविषी CD8⁺ T कोशिकाएँ संक्रमित कोशिकाओं को मारती हैं और CD4⁺ सहायक T कोशिकाएँ अनुक्रिया निर्देशित करती हैं।

  • प्रतिरक्षी विविधता V(D)J पुनर्संयोजन से आती है — RAG1/RAG2 पुनर्संयोजन संकेत अनुक्रमों (12/23 नियम) पर काटते हैं और भारी शृंखला हेतु एक V, एक D व एक J खंड, हल्की शृंखला हेतु एक V व एक J जोड़ते हैं — जो किसी भी भारी शृंखला के किसी भी हल्की शृंखला से युग्मन, संधि विविधता (अपरिशुद्ध जोड़ व TdT द्वारा जोड़े N-न्यूक्लियोटाइड) और प्रतिजन के बाद जनन केंद्रों में कायिक अति-उत्परिवर्तन से गुणित होती है। AID अति-उत्परिवर्तन व वर्ग स्विचन दोनों चलाता है, जो विशिष्टता बनाए रखते हुए स्थिर क्षेत्र और अतः समप्रकार बदलता है।
  • T कोशिकाएँ थाइमस में विकसित होती हैं: द्वि-ऋणात्मक थाइमोसाइट CD4⁺CD8⁺ द्वि-धनात्मक बनते हैं, जो स्व-MHC पहचानने हेतु वल्कुट में धनात्मक रूप से चयनित होते हैं और स्व-पेप्टाइड–MHC से अत्यधिक प्रबलता से बंधने पर मुख्यतः मध्यांश में ऋणात्मक रूप से चयनित होते हैं (AIRE मध्यांश कोशिकाओं को ऊतक-विशिष्ट स्व-प्रतिजन प्रदर्शित करने देता है)। उत्तरजीवी एकल-धनात्मक CD4⁺ या CD8⁺ बनते हैं। B कोशिकाएँ अस्थि मज्जा में विकसित होती हैं, और स्व-प्रतिक्रियाशील कोशिकाएँ विलोपित, संपादित या अनुर्जित कर दी जाती हैं।
  • MHC वर्ग I सभी केंद्रकयुक्त कोशिकाओं पर होता है और 8–10 अवशेषों के अंतर्जात पेप्टाइड — प्रोटियासोम द्वारा निर्मित व TAP द्वारा ER में पंपित — CD8⁺ T कोशिकाओं को प्रस्तुत करता है। MHC वर्ग II पेशेवर प्रतिजन-प्रस्तुतक कोशिकाओं (द्रुमाकृतिक कोशिकाएँ, महाभक्षकाणु, B कोशिकाएँ) पर होता है और अंतःकायों से लगभग 13–25 अवशेषों के बहिर्जात पेप्टाइड — अपरिवर्ती शृंखला खाँचे को तब तक थामे रहती है जब तक HLA-DM उसके CLIP खंड का विनिमय न करे — CD4⁺ T कोशिकाओं को प्रस्तुत करता है। द्रुमाकृतिक कोशिकाएँ बहिर्जात प्रतिजन को वर्ग I पर पार-प्रस्तुत भी कर सकती हैं।
  • स्मृति: द्वितीयक अनुक्रिया तेज़, बड़ी, IgG-प्रधान व उच्च बंधुता वाली होती है, क्योंकि प्राथमिक अनुक्रिया के बाद स्मृति B व T कोशिकाएँ बनी रहती हैं। बहुक्लोनी प्रतिरक्षी (प्रतिरक्षित प्राणी से) अनेक एपिटोप पहचानते हैं; एकक्लोनी प्रतिरक्षी एक B-कोशिका क्लोन से आते हैं, जिसे हाइब्रिडोमा के रूप में अमर बनाया जाता है, और एक एपिटोप पहचानते हैं।

6. नियमन व सहिष्णुता, अतिसंवेदनशीलता, स्वप्रतिरक्षा, प्रतिरक्षा-न्यूनता, GvHD व टीके

सहिष्णुता केंद्रीय (थाइमस व मज्जा में प्रबल स्व-प्रतिक्रियाशील लसीकाणुओं का विलोपन) और परिधीय होती है: जो T कोशिका B7–CD28 से सह-उद्दीपन (संकेत 2) के बिना प्रतिजन (संकेत 1) पाती है वह अनुर्जित हो जाती है, और CD4⁺CD25⁺FoxP3⁺ नियामक T कोशिकाएँ IL-10, TGF-β व CTLA-4 द्वारा अनुक्रियाएँ दबाती हैं। स्वप्रतिरक्षा सहिष्णुता का विफल होना है — मायस्थीनिया ग्रेविस (ऐसीटिलकोलीन ग्राही के विरुद्ध प्रतिरक्षी), ग्रेव्स रोग (TSH ग्राही के विरुद्ध उद्दीपक प्रतिरक्षी), सर्वांगी ल्यूपस एरिथेमेटोसस (प्रतिरक्षा संकुल), टाइप 1 मधुमेह व आमवाती संधिशोथ (T-कोशिका चालित)। प्रतिरक्षा-न्यूनता प्राथमिक होती है — ऐडेनोसिन डीऐमिनेज़ की कमी या X-सहलग्न साझा γ-शृंखला दोष से गंभीर संयुक्त प्रतिरक्षा-न्यूनता, BTK हानि से X-सहलग्न एगामाग्लोबुलिनीमिया, थाइमस अविकसन से डिजॉर्ज संलक्षण — या द्वितीयक, सबसे बढ़कर HIV द्वारा CD4⁺ T कोशिकाओं का विनाश। निरोप-बनाम-परपोषी रोग अस्थि-मज्जा या रुधिरोत्पादक स्तंभ-कोशिका प्रत्यारोपण के बाद होता है जब परिपक्व दाता T कोशिकाएँ ग्राही के ऊतकों पर आक्रमण करती हैं; यह निरोप अस्वीकृति का उलटा है।

अतिसंवेदनशीलता के चार प्रकार
प्रकारमध्यस्थउदाहरण
I — तात्कालिकमास्ट कोशिकाओं पर IgE; मिनटों में हिस्टामीन मुक्तिपरागज ज्वर, दमा, तीव्रग्राहिता
II — कोशिका-सतह प्रतिजन के विरुद्ध प्रतिरक्षीपूरक या कोशिकाविषी कोशिकाओं सहित IgG या IgMआधान प्रतिक्रिया, नवजात का रक्त-अपघटनी रोग (Rh)
III — प्रतिरक्षा संकुलऊतकों में जमे विलेय प्रतिजन–प्रतिरक्षी संकुलसीरम रोग, आर्थस प्रतिक्रिया, ल्यूपस वृक्कशोथ
IV — विलंबित प्रकारT कोशिकाएँ व महाभक्षकाणु, 24–72 h में; कोई प्रतिरक्षी नहींट्यूबरकुलिन परीक्षण, संपर्क त्वचाशोथ

प्रतिरक्षीकरण सक्रिय (परपोषी अपनी अनुक्रिया व स्मृति स्वयं बनाता है) या निष्क्रिय (पूर्व-निर्मित प्रतिरक्षी, तात्कालिक पर अल्पकालिक, जैसे विषरोधी सीरम या मातृ IgG) होता है। टीके जीवित क्षीणीकृत (MMR, BCG, मुख से पोलियो), निष्क्रियित (इंजेक्शन वाला पोलियो टीका), उपइकाई या पुनर्योगज (यीस्ट में बना हेपेटाइटिस B सतह प्रतिजन), टॉक्सॉइड (टिटनेस, डिफ़्थीरिया), संयुग्मी (वाहक प्रोटीन से जुड़ा पॉलीसैकेराइड ताकि T-कोशिका सहायता व स्मृति भर्ती हो, जैसे हीमोफ़िलस इन्फ़्लुएंज़ी टाइप b हेतु) तथा न्यूक्लिक अम्ल (mRNA) होते हैं। ऐलम जैसे सहायक वह सहज संकेत बढ़ाते हैं जो निर्जीव टीकों में नहीं होता।

मुख्य बिंदु

  • ग्राम-ऋणात्मक भित्ति: पतला पेप्टिडोग्लाइकन तथा LPS बाह्य झिल्ली (लिपिड A अंतर्विष); आर्किया में ईथर-बंधित आइसोप्रीनॉइड लिपिड हैं और पेप्टिडोग्लाइकन नहीं।
  • पीढ़ी काल g = t/n जहाँ n = log₂(N/N₀); lac प्रेरणीय व अपचयी-दमित है, trp क्षीणन सहित दमनीय है, AraC ara का दमन व सक्रियण दोनों करता है।
  • नाइट्रोजिनेज़ प्रति N₂ 16 ATP व्यय करता है और O₂-संवेदी है; द्वि-घटक तंत्र फ़ॉस्फ़ेट को संवेदक हिस्टिडीन से नियामक ऐस्पार्टेट तक ले जाते हैं; वैनकोमाइसिन प्रतिरोध D-Ala–D-Ala को D-Ala–D-Lac से बदलता है।
  • विविधता V, D व J चयनों, भारी–हल्की युग्मन, संधि अपरिशुद्धता व कायिक अति-उत्परिवर्तन से गुणित होती है; MHC I अंतर्जात पेप्टाइड CD8⁺ कोशिकाओं को, MHC II बहिर्जात पेप्टाइड CD4⁺ कोशिकाओं को प्रस्तुत करता है।
  • अतिसंवेदनशीलता प्रकार I–III प्रतिरक्षी-मध्यस्थ हैं, प्रकार IV T-कोशिका-मध्यस्थ; थाइमस में धनात्मक चयन वल्कुटीय, ऋणात्मक चयन मुख्यतः मध्यांशी है; GvHD दाता T कोशिकाओं का परपोषी पर आक्रमण है।

अभ्यास प्रश्न (13)

उत्तर खोलने से पहले प्रत्येक प्रश्न हल करें। हर व्याख्या सही विकल्प के साथ लुभावना गलत विकल्प भी बताती है, क्योंकि अंक वहीं जाते हैं।

  1. लिपोपॉलीसैकेराइड किसका घटक है

    1. ग्राम-ऋणात्मक जीवाणुओं की बाह्य झिल्ली का
    2. ग्राम-धनात्मक जीवाणुओं की मोटी पेप्टिडोग्लाइकन भित्ति का
    3. आर्किया की ईथर-बंधित झिल्ली का
    4. माइकोबैक्टीरिया की माइकोलिक अम्ल परत का
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — ग्राम-ऋणात्मक जीवाणुओं की बाह्य झिल्ली का

    LPS ग्राम-ऋणात्मक बाह्य झिल्ली का बाहरी पत्रक बनाता है, और उसका लिपिड A वह अंतर्विष है जिसे TLR4 पहचानता है। ग्राम-धनात्मक भित्तियाँ इसके बजाय टाइकोइक अम्ल वहन करती हैं, आर्किया में LPS व पेप्टिडोग्लाइकन दोनों नहीं होते, और माइकोबैक्टीरिया माइकोलिक अम्लों से परिभाषित हैं।

  2. घातांकी वृद्धि में एक जीवाणु संवर्धन 3 घंटे में 2 × 10³ से 1.28 × 10⁵ कोशिकाएँ/mL हो जाता है। पीढ़ी काल ______ मिनट है।

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

    उत्तर देखें

    उत्तर: 30

    N/N₀ = 1.28 × 10⁵/2 × 10³ = 64 = 2⁶, अतः छह पीढ़ियाँ हुईं; g = 180 min/6 = 30 min। पीढ़ियों की संख्या हेतु log₂ के बजाय log₁₀ लेने (log₁₀ 64 = 1.8) से असंभव 100 min आता है।

  3. E. coli lac ओपेरॉन का अनुलेखन सबसे अधिक तब होता है जब माध्यम में हो

    1. लैक्टोज़ पर ग्लूकोज़ नहीं
    2. लैक्टोज़ व ग्लूकोज़ दोनों
    3. ग्लूकोज़ पर लैक्टोज़ नहीं
    4. कोई भी शर्करा नहीं
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — लैक्टोज़ पर ग्लूकोज़ नहीं

    लैक्टोज़ (ऐलोलैक्टोज़ के रूप में) LacI दमनकारी हटाता है, और ग्लूकोज़ का अभाव cAMP बढ़ाता है ताकि CAP–cAMP प्रवर्धक सक्रिय करे; पूर्ण अभिव्यक्ति हेतु दोनों दशाएँ चाहिए। दोनों शर्कराएँ होने पर दमनकारी हटा रहता है पर cAMP निम्न है, अतः अभिव्यक्ति निम्न रहती है — अपचयी दमन।

  4. E. coli के trp ओपेरॉन के विषय में निम्न में से कौन-से कथन सही हैं?

    1. यह दमनीय ओपेरॉन है।
    2. क्षीणन ट्रिप्टोफ़ैन कोडॉन युक्त अग्रणी पेप्टाइड के अनुवाद पर निर्भर है।
    3. ट्रिप्टोफ़ैन सहदमनकारी के रूप में कार्य करता है।
    4. ऐलोलैक्टोज़ इसके प्रेरक के रूप में कार्य करता है।
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — यह दमनीय ओपेरॉन है।; B — क्षीणन ट्रिप्टोफ़ैन कोडॉन युक्त अग्रणी पेप्टाइड के अनुवाद पर निर्भर है।; C — ट्रिप्टोफ़ैन सहदमनकारी के रूप में कार्य करता है।

    trp ओपेरॉन अपने अंत्य उत्पाद से बंद होता है: ट्रिप्टोफ़ैन TrpR से बंधता है और संकुल दमन करता है, और क्षीणन अग्रणी के Trp कोडॉनों पर राइबोसोम की गति द्वारा इसे सूक्ष्म-समायोजित करता है, जो समापक व प्रति-समापक केशपिन के बीच निर्णय करती है। ऐलोलैक्टोज़ lac ओपेरॉन का प्रेरक है और यहाँ उसकी कोई भूमिका नहीं।

  5. किसी जीवाणु द्वि-घटक संकेतन तंत्र में फ़ॉस्फ़ोरिल समूह स्थानांतरित होता है

    1. संवेदक काइनेज़ के हिस्टिडीन से अनुक्रिया नियामक के ऐस्पार्टेट पर
    2. अनुक्रिया नियामक के सेरीन से संवेदक के हिस्टिडीन पर
    3. ग्राही के टाइरोसीन से उसके सहयोगी ग्राही के टाइरोसीन पर
    4. GTP से G प्रोटीन α उपइकाई पर
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — संवेदक काइनेज़ के हिस्टिडीन से अनुक्रिया नियामक के ऐस्पार्टेट पर

    संवेदक हिस्टिडीन काइनेज़ अपना संकेत पहचानने पर एक संरक्षित हिस्टिडीन पर स्वफ़ॉस्फ़ोरिलीकृत होता है, फिर फ़ॉस्फ़ेट को अनुक्रिया नियामक के ग्राही डोमेन के संरक्षित ऐस्पार्टेट पर स्थानांतरित करता है, जिससे उसकी DNA-बंधन सक्रियता बदलती है। टाइरोसीन पर-फ़ॉस्फ़ोरिलीकरण यूकैरियोटी ग्राही टाइरोसीन काइनेज़ का वर्णन है, और GTP भराव G-प्रोटीन संकेतन का।

  6. एक प्रतिजैविक पेप्टिडोग्लाइकन पूर्ववर्तियों के D-Ala–D-Ala सिरों से बंधकर कार्य करता है। उसके प्रति प्रतिरोधी एंटरोकॉकस सबसे सामान्यतः

    1. सिरे को D-Ala–D-Lac से बदल देते हैं, जिससे औषध कम बंधती है
    2. औषध का जल-अपघटन करने वाला β-लैक्टमेज़ स्रावित करते हैं
    3. RNA पॉलिमरेज़ की β उपइकाई में उत्परिवर्तन करते हैं
    4. 50S उपइकाई में 23S rRNA का मेथिलीकरण करते हैं
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — सिरे को D-Ala–D-Lac से बदल देते हैं, जिससे औषध कम बंधती है

    औषध वैनकोमाइसिन है, एक ग्लाइकोपेप्टाइड जो D-Ala–D-Ala को ढककर ट्रांसपेप्टिडीकरण रोकता है। van प्रतिरोध जीन पूर्ववर्ती को D-Ala–D-Lac सिरे वाला पुनर्निर्मित करते हैं, जिससे एक हाइड्रोजन बंध खो जाता है और वैनकोमाइसिन बंधुता लगभग हज़ार गुना घट जाती है। β-लैक्टमेज़ β-लैक्टमों को विफल करता है, ग्लाइकोपेप्टाइड को नहीं; शेष दो विकल्प रिफ़ैम्पिसिन व मैक्रोलाइड के प्रति प्रतिरोध हैं।

  7. नाइट्रोजिनेज़ अभिक्रिया की समग्र रससमीकरणमिति के अनुसार 3 मोल N₂ के अपचयन हेतु जल-अपघटित ATP के मोलों की संख्या ______ है।

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

    उत्तर देखें

    उत्तर: 48

    N₂ + 8H⁺ + 8e⁻ + 16 ATP → 2NH₃ + H₂ + 16 ADP + 16 Pᵢ, अतः प्रत्येक N₂ की लागत 16 ATP है और तीन की 48। प्रति N₂ 8 ATP लेना ATP गणना को इलेक्ट्रॉन गणना से भ्रमित करना है, और प्रति मोल NH₃ 16 लेना उत्तर दोगुना कर देता है।

  8. वह प्रतिरक्षी वर्ग जो पंचतयी है और प्राथमिक प्रतिरक्षा अनुक्रिया में सबसे पहले प्रकट होता है

    1. IgM
    2. IgG
    3. IgA
    4. IgE
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — IgM

    अनुभवहीन B कोशिकाएँ IgM व्यक्त करती हैं, और स्रावित IgM J-शृंखला से जुड़ा पंचतयी है जिसके दस बंधन स्थल व प्रबल पूरक-स्थिरीकरण अनुक्रिया के आरंभ की निम्न बंधुता की क्षतिपूर्ति करते हैं। IgG द्वितीयक अनुक्रिया पर हावी है और अपरा पार करता है; स्रावी IgA द्वितयी है।

  9. एक काल्पनिक प्रजाति के भारी-शृंखला स्थल पर 50 V, 20 D व 6 J जीन खंड हैं और उसके एकमात्र हल्की-शृंखला स्थल पर 40 V व 5 J खंड हैं। केवल संयोजी जोड़ व भारी–हल्की युग्मन गिनते हुए संभव भिन्न प्रतिरक्षी संयोजन स्थलों की संख्या ______ है।

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

    उत्तर देखें

    उत्तर: 1200000

    भारी शृंखलाएँ: 50 × 20 × 6 = 6000 V–D–J संयोजन। हल्की शृंखलाएँ: 40 × 5 = 200 V–J संयोजन। कोई भी भारी किसी भी हल्की से युग्मित हो सकती है, अतः 6000 × 200 = 1,200,000। दोनों संख्याओं को गुणा के बजाय जोड़ना (6200) जाल है; संधि विविधता व अति-उत्परिवर्तन वास्तविक संख्या को कहीं अधिक बढ़ा देते।

  10. किसी संक्रमित उपकला कोशिका के कोशिकाद्रव्य में प्रतिकृति करते विषाणु से व्युत्पन्न पेप्टाइड प्रस्तुत होते हैं

    1. MHC वर्ग I पर CD8⁺ T कोशिकाओं को
    2. MHC वर्ग II पर CD4⁺ T कोशिकाओं को
    3. MHC वर्ग I पर CD4⁺ T कोशिकाओं को
    4. बिना किसी MHC के सीधे B कोशिकाओं को
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — MHC वर्ग I पर CD8⁺ T कोशिकाओं को

    कोशिकाद्रव्यी प्रोटीन प्रोटियासोम द्वारा अपघटित होते हैं, और पेप्टाइड TAP द्वारा ER में पंपित होकर MHC वर्ग I पर लादे जाते हैं, जिसे प्रत्येक केंद्रकयुक्त कोशिका व्यक्त करती है और जिसे CD8⁺ कोशिकाविषी T कोशिकाएँ पढ़ती हैं। उपकला कोशिका पेशेवर प्रतिजन-प्रस्तुतक कोशिका नहीं है और सामान्यतः वर्ग II व्यक्त नहीं करती।

  11. निम्न में से अतिसंवेदनशीलता के कौन-से प्रकार प्रतिरक्षी-मध्यस्थ हैं?

    1. प्रकार I
    2. प्रकार II
    3. प्रकार III
    4. प्रकार IV
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — प्रकार I; B — प्रकार II; C — प्रकार III

    प्रकार I मास्ट कोशिकाओं पर IgE है, प्रकार II कोशिका-सतह प्रतिजनों के विरुद्ध IgG या IgM है, और प्रकार III जमे हुए प्रतिजन–प्रतिरक्षी संकुल हैं। प्रकार IV — ट्यूबरकुलिन प्रतिक्रिया व संपर्क त्वचाशोथ — T कोशिकाओं व महाभक्षकाणुओं द्वारा संपन्न विलंबित-प्रकार की अतिसंवेदनशीलता है, और इसे T कोशिकाओं से स्थानांतरित किया जा सकता है पर सीरम से नहीं।

  12. थाइमस में T-कोशिका विकास के दौरान द्वि-धनात्मक थाइमोसाइट स्व-MHC पहचानने हेतु मुख्यतः ______ में धनात्मक रूप से और प्रबल स्व-प्रतिक्रियाशीलता के विरुद्ध मुख्यतः ______ में ऋणात्मक रूप से चयनित होते हैं।

    1. वल्कुट; मध्यांश
    2. मध्यांश; वल्कुट
    3. अस्थि मज्जा; थाइमस वल्कुट
    4. लसीका ग्रंथि; प्लीहा
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — वल्कुट; मध्यांश

    वल्कुटीय थाइमस उपकला कोशिकाएँ CD4⁺CD8⁺ थाइमोसाइटों को स्व-पेप्टाइड–MHC प्रस्तुत करती हैं, और केवल वे ही बचते हैं जो कम से कम क्षीण बंधुता से बंधें — धनात्मक चयन। मध्यांश में AIRE-व्यक्त करने वाली उपकला व द्रुमाकृतिक कोशिकाएँ ऊतक-सीमित स्व-प्रतिजन प्रदर्शित करती हैं, और प्रबलता से बंधने वाले थाइमोसाइट विलोपित होते हैं — ऋणात्मक चयन। दोनों स्थलों को उलट देना मानक भूल है।

  13. किसी सूक्ष्मजीवी सतह पर C3 के स्वतः जल-अपघटन से, बिना किसी प्रतिरक्षी के, प्रेरित होने वाला पूरक पथ है

    1. वैकल्पिक पथ
    2. पारंपरिक पथ
    3. लेक्टिन पथ
    4. झिल्ली आक्रमण पथ
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — वैकल्पिक पथ

    वैकल्पिक पथ निरंतर धीमे-धीमे चलता रहता है: C3 स्वतः जल-अपघटित होता है, कारक B से बंधता है, और परपोषी नियामकों से रहित सतहों पर प्रॉपर्डिन से स्थिरीकृत C3bBb कन्वर्टेज़ बनाता है। पारंपरिक पथ को प्रतिरक्षी से C1q का बंधन चाहिए, लेक्टिन पथ को मैनोज़-बंधी लेक्टिन, और झिल्ली आक्रमण संकुल साझा अंतिम चरण है, प्रेरक नहीं।