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IGNOU MZO-008 Solved Question Paper PDF
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IGNOU MZO-008 Previous Year Solved Question Paper in Hindi
Q1. (a) Explain how B-cells differentiate into plasma and memory cells. Discuss their respective functions. 5 (b) Discuss the structure of class I MHC molecule, including the role of B2 microglobulin. 5
Ans. (a) बी-कोशिकाओं का प्लाज्मा और मेमोरी कोशिकाओं में विभेदीकरण
बी-कोशिकाओं का विभेदीकरण एक जटिल प्रक्रिया है जो तब शुरू होती है जब एक अपरिपक्व बी-कोशिका अपने विशिष्ट एंटीजन का सामना करती है। यह प्रक्रिया, जिसे क्लोनल चयन के रूप में जाना जाता है, ह्यूमरल प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया का आधार है।
प्रक्रिया:
- एंटीजन का सामना और सक्रियण: जब कोई बी-कोशिका द्वितीयक लसीकाभ अंगों (जैसे लिम्फ नोड्स या प्लीहा) में अपने विशिष्ट एंटीजन का सामना करती है, तो एंटीजन बी-कोशिका रिसेप्टर (BCR) से जुड़ जाता है। अधिकांश प्रोटीनी एंटीजन के लिए, बी-कोशिका को पूरी तरह से सक्रिय होने के लिए एक सहायक टी-कोशिका (T-helper cell) से सहायता की आवश्यकता होती है। बी-कोशिका एंटीजन को संसाधित करती है और इसे अपनी सतह पर MHC क्लास II अणुओं पर प्रस्तुत करती है, जिसे सहायक टी-कोशिका पहचानती है।
- प्रसार (Proliferation): टी-कोशिका की सहायता से सक्रिय होने के बाद, बी-कोशिका तेजी से विभाजित होना शुरू कर देती है। यह एक ही विशिष्टता वाली कई बी-कोशिकाओं का एक क्लोन बनाती है।
- विभेदीकरण: इस प्रसार के दौरान, बी-कोशिकाएं दो मुख्य प्रकार की कोशिकाओं में विभेदित होती हैं: प्लाज्मा कोशिकाएं और मेमोरी बी-कोशिकाएं। यह प्रक्रिया साइटोकिन्स नामक सिग्नलिंग अणुओं द्वारा नियंत्रित होती है जो सहायक टी-कोशिकाओं द्वारा स्रावित होते हैं।
संबंधित कार्य:
- प्लाज्मा कोशिकाएं: ये ‘एंटीबॉडी फैक्ट्रियां’ हैं। वे अत्यधिक विशिष्ट कोशिकाएं हैं जिनका मुख्य कार्य बड़ी मात्रा में एंटीबॉडी (प्रतिरक्षी) का उत्पादन और स्राव करना है। इन एंटीबॉडी में वही विशिष्टता होती है जो मूल बी-कोशिका के रिसेप्टर की थी। वे रक्तप्रवाह और शरीर के अन्य तरल पदार्थों में घूमते हैं, रोगजनकों को बेअसर करते हैं या उन्हें विनाश के लिए चिह्नित करते हैं। प्लाज्मा कोशिकाएं अपेक्षाकृत अल्पकालिक होती हैं।
- मेमोरी बी-कोशिकाएं: ये लंबे समय तक जीवित रहने वाली कोशिकाएं हैं जो शरीर में वर्षों या दशकों तक बनी रह सकती हैं। वे बड़ी मात्रा में एंटीबॉडी का स्राव नहीं करती हैं। उनका मुख्य कार्य एक ही एंटीजन के साथ भविष्य के संक्रमणों के लिए प्रतिरक्षात्मक स्मृति प्रदान करना है। जब वे फिर से उसी एंटीजन का सामना करती हैं, तो वे तेजी से सक्रिय होती हैं और प्लाज्मा कोशिकाओं और अतिरिक्त मेमोरी कोशिकाओं में विभेदित हो जाती हैं। यह एक तेज और मजबूत द्वितीयक प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया को जन्म देता है, जो अक्सर व्यक्ति को बीमार होने से पहले ही संक्रमण को खत्म कर देता है।
(b) क्लास I MHC अणु की संरचना
क्लास I मेजर हिस्टोकम्पैटिबिलिटी कॉम्प्लेक्स (MHC) अणु ग्लाइकोप्रोटीन होते हैं जो लगभग सभी केंद्रक युक्त कोशिकाओं की सतह पर पाए जाते हैं। इनकी मुख्य भूमिका अंतर्जात (endogenous) पेप्टाइड्स (जैसे वायरल प्रोटीन या ट्यूमर एंटीजन) को साइटोटॉक्सिक टी-लिम्फोसाइट्स (CTLs) या CD8+ टी-कोशिकाओं में प्रस्तुत करना है।
संरचना: क्लास I MHC अणु एक हेटरोडाइमर होता है, जो दो अलग-अलग पॉलीपेप्टाइड श्रृंखलाओं से बना होता है:
- अल्फा (α) श्रृंखला: यह एक बड़ी पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला है (लगभग 45 kDa) जो कोशिका झिल्ली में फैली होती है। यह तीन बाह्य डोमेन में विभाजित होती है: α1, α2, और α3 । अल्फा श्रृंखला MHC जीन द्वारा एन्कोड की जाती है।
- α1 और α2 डोमेन: ये दोनों डोमेन एक साथ मिलकर एक गहरी खांचे का निर्माण करते हैं जिसे पेप्टाइड-बाइंडिंग ग्रूव कहा जाता है। यह वह स्थान है जहां लगभग 8-10 अमीनो एसिड लंबा एक पेप्टाइड अणु बंधता है। इस खांचे की विशिष्ट संरचना यह निर्धारित करती है कि कौन से पेप्टाइड बंध सकते हैं।
- α3 डोमेन: यह डोमेन झिल्ली के करीब स्थित होता है और CD8+ टी-कोशिकाओं पर पाए जाने वाले CD8 को-रिसेप्टर के लिए बाइंडिंग साइट के रूप में कार्य करता है। यह बंधन टी-कोशिका और एंटीजन-प्रस्तुत करने वाली कोशिका के बीच की अंतःक्रिया को स्थिर करता है।
- बीटा-2 माइक्रोग्लोबुलिन (β2m): यह एक छोटी (लगभग 12 kDa) पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला है जो अल्फा श्रृंखला के साथ गैर-सहसंयोजक रूप से जुड़ी होती है। यह MHC जीन क्लस्टर के बाहर एक जीन द्वारा एन्कोड की जाती है।
β2 माइक्रोग्लोबुलिन की भूमिका:
β2 माइक्रोग्लोबुलिन क्लास I MHC अणु के समुचित कार्य के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है। इसकी कई महत्वपूर्ण भूमिकाएँ हैं:
- स्थिरीकरण: β2m, अल्फा श्रृंखला के α3 डोमेन के साथ जुड़कर पूरी संरचना को स्थिर करता है। इसके बिना, अल्फा श्रृंखला सही ढंग से मुड़ (fold) नहीं पाती है।
- पेप्टाइड बाइंडिंग: यह पेप्टाइड-बाइंडिंग ग्रूव के निर्माण और स्थिरता को बनाए रखने में मदद करता है, जिससे पेप्टाइड का बंधन संभव हो पाता है।
- कोशिका सतह पर अभिव्यक्ति: केवल जब अल्फा श्रृंखला β2m और एक पेप्टाइड के साथ ठीक से जुड़ जाती है, तभी यह कॉम्प्लेक्स एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम से कोशिका की सतह पर ले जाया जा सकता है। β2m की अनुपस्थिति में, क्लास I MHC अणु कोशिका की सतह पर अभिव्यक्त नहीं हो पाते हैं, जिससे कोशिका वायरल संक्रमणों की पहचान करने की अपनी क्षमता खो देती है।
Q2. Differentiate between the following pairs of terms : 4×2.5=10 (a) Primary and _ Secondary lymphoid organs (b) Plasma cells and Memory B-cells (c) Type-I and Type-II hypersensitivity reactions (d) Active Immunisation and _ Passive Immunisation
Ans.
(a) प्राथमिक और द्वितीयक लसीकाभ अंग
गुण
प्राथमिक लसीकाभ अंग
द्वितीयक लसीकाभ अंग
कार्य
ये वे अंग हैं जहाँ लिम्फोसाइट्स (बी और टी कोशिकाएं) उत्पन्न होते हैं और परिपक्व होते हैं। यहाँ वे एंटीजन-स्वतंत्र रूप से विकसित होते हैं।
ये वे अंग हैं जहाँ परिपक्व लिम्फोसाइट्स एंटीजन का सामना करते हैं, सक्रिय होते हैं और प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया शुरू करते हैं। यह एंटीजन-निर्भर सक्रियण और प्रसार का स्थल है।
उदाहरण
अस्थि मज्जा (Bone Marrow) (बी-कोशिका परिपक्वता और सभी लिम्फोसाइट्स का उत्पादन) और थाइमस (Thymus) (टी-कोशिका परिपक्वता)।
लिम्फ नोड्स (Lymph Nodes) , प्लीहा (Spleen) , और म्यूकोसा-संबद्ध लिम्फोइड ऊतक (MALT) , जैसे टॉन्सिल और पेयर के पैच।
(b) प्लाज्मा कोशिकाएं और मेमोरी बी-कोशिकाएं
गुण
प्लाज्मा कोशिकाएं
मेमोरी बी-कोशिकाएं
मुख्य कार्य
बड़ी मात्रा में विशिष्ट एंटीबॉडी का उत्पादन और स्राव करना। ये ह्यूमरल प्रतिरक्षा की प्रभावकारी कोशिकाएं हैं।
लंबे समय तक जीवित रहना और प्रतिरक्षात्मक स्मृति प्रदान करना। ये द्वितीयक प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया के लिए तैयार रहती हैं।
जीवनकाल
अपेक्षाकृत अल्पकालिक (कुछ दिनों से कुछ हफ्तों तक)।
दीर्घकालिक (महीनों, वर्षों या जीवन भर)।
एंटीबॉडी स्राव
अत्यधिक सक्रिय रूप से एंटीबॉडी का स्राव करती हैं।
आराम की स्थिति में एंटीबॉडी का स्राव नहीं करती हैं, लेकिन पुनः संक्रमण पर तेजी से प्लाज्मा कोशिकाओं में विभेदित हो सकती हैं।
सतही इम्युनोग्लोबुलिन
सतह पर बहुत कम या कोई बी-सेल रिसेप्टर (BCR) नहीं होता है।
सतह पर बी-सेल रिसेप्टर (BCR) मौजूद होता है।
(c) टाइप-I और टाइप-II अतिसंवेदनशीलता प्रतिक्रियाएं
गुण
टाइप-I अतिसंवेदनशीलता (तत्काल)
टाइप-II अतिसंवेदनशीलता (साइटोटॉक्सिक)
मध्यस्थ एंटीबॉडी
IgE एंटीबॉडी।
IgG और IgM एंटीबॉडी।
तंत्र
एलर्जेन के संपर्क में आने पर, IgE मास्ट कोशिकाओं और बेसोफिल्स से जुड़ जाता है। पुनः संपर्क पर, एलर्जेन IgE को क्रॉस-लिंक करता है, जिससे ये कोशिकाएं हिस्टामाइन जैसे भड़काऊ मध्यस्थों को छोड़ती हैं।
एंटीबॉडी किसी कोशिका की सतह या बाह्य मैट्रिक्स पर मौजूद एंटीजन से जुड़ते हैं। यह पूरक प्रणाली (complement system) को सक्रिय करता है या फैगोसाइट्स को आकर्षित करता है, जिससे लक्ष्य कोशिका का विनाश होता है।
प्रतिक्रिया का समय
तेज, आमतौर पर संपर्क के कुछ मिनटों के भीतर।
मिनटों से घंटों तक।
उदाहरण
एलर्जिक राइनाइटिस (हे फीवर), अस्थमा, भोजन से एलर्जी, एनाफिलेक्सिस।
गलत रक्त आधान प्रतिक्रियाएं, नवजात की हेमोलिटिक बीमारी (Rh रोग), ऑटोइम्यून हेमोलिटिक एनीमिया।
(d) सक्रिय प्रतिरक्षण और निष्क्रिय प्रतिरक्षण
गुण
सक्रिय प्रतिरक्षण (Active Immunisation)
निष्क्रिय प्रतिरक्षण (Passive Immunisation)
प्रतिरक्षा का स्रोत
व्यक्ति का अपना प्रतिरक्षा तंत्र एंटीजन (संक्रमण या टीकाकरण के माध्यम से) के संपर्क में आने के बाद एंटीबॉडी और मेमोरी कोशिकाओं का उत्पादन करता है।
व्यक्ति को किसी अन्य स्रोत (मानव या जानवर) से पहले से बने-बनाए एंटीबॉडी प्राप्त होते हैं।
शुरुआत
धीमी शुरुआत, सुरक्षा विकसित होने में समय (दिनों या हफ्तों) लगता है।
तत्काल सुरक्षा प्रदान करता है।
अवधि
लंबे समय तक चलने वाली, अक्सर जीवन भर, क्योंकि इसमें प्रतिरक्षात्मक स्मृति का निर्माण शामिल है।
अल्पकालिक (कुछ हफ्तों से महीनों तक), क्योंकि प्राप्त एंटीबॉडी अंततः शरीर द्वारा नष्ट कर दिए जाते हैं और कोई स्मृति नहीं बनती है।
उदाहरण
प्राकृतिक: किसी बीमारी से ठीक होना। कृत्रिम: टीकाकरण (जैसे खसरा, पोलियो का टीका)।
प्राकृतिक: माँ से भ्रूण को IgG का स्थानांतरण या दूध के माध्यम से IgA का स्थानांतरण। कृत्रिम: टिटनेस या सांप के काटने के इलाज के लिए एंटी-टॉक्सिन या एंटी-वेनम का इंजेक्शन।
Q3. Write short notes on the following : 4×2.5=10 (a) Hematopoietic Stem Cells (HSCs) (b) Ouchterlony Double Diffusion (c) Opsonisation in complement system (d) Hybridoma technology
Ans.
(a) हेमटोपोइएटिक स्टेम सेल (HSCs)
हेमटोपोइएटिक स्टेम सेल (HSCs) बहुशक्तिशाली (pluripotent) स्टेम कोशिकाएं हैं जो मुख्य रूप से अस्थि मज्जा (bone marrow) में पाई जाती हैं। वे शरीर में रक्त और प्रतिरक्षा प्रणाली की सभी कोशिकाओं को जन्म देने के लिए जिम्मेदार हैं। HSCs की दो अनूठी विशेषताएं हैं: आत्म-नवीकरण (self-renewal) , यानी वे अपनी प्रतियां बनाने के लिए विभाजित हो सकती हैं, और विभेदीकरण (differentiation) , यानी वे विभिन्न विशिष्ट रक्त कोशिका वंशों में विकसित हो सकती हैं। विभेदीकरण के माध्यम से, HSCs दो मुख्य प्रजनक वंशों का निर्माण करती हैं: माइलॉयड प्रजनक (myeloid progenitor), जो लाल रक्त कोशिकाओं, प्लेटलेट्स, ग्रैन्यूलोसाइट्स (न्यूट्रोफिल, इओसिनोफिल, बेसोफिल), और मोनोसाइट्स को जन्म देता है; और लिम्फोइड प्रजनक (lymphoid progenitor), जो बी-लिम्फोसाइट्स, टी-लिम्फोसाइट्स और प्राकृतिक हत्यारा (NK) कोशिकाओं को जन्म देता है। यह प्रक्रिया, जिसे हेमटोपोइएसिस कहा जाता है, जीवन भर रक्त कोशिकाओं की निरंतर आपूर्ति सुनिश्चित करती है।
(b) ओचटरलोनी डबल डिफ्यूजन
ओचटरलोनी डबल डिफ्यूजन, जिसे इम्यूनोडिफ्यूजन-इन-जेल भी कहा जाता है, एक गुणात्मक इम्यूनोलॉजिकल तकनीक है जिसका उपयोग किसी मिश्रण में एंटीजन की पहचान करने और उनकी तुलना करने के लिए किया जाता है। इस तकनीक में, एक एगरोज जेल प्लेट में कुएं (wells) काटे जाते हैं। एक कुएं में एंटीबॉडी (प्रतिरक्षी) का घोल रखा जाता है, और आस-पास के कुओं में विभिन्न एंटीजन के घोल रखे जाते हैं। एंटीजन और एंटीबॉडी दोनों जेल के माध्यम से एक-दूसरे की ओर विसरित (diffuse) होते हैं। जहां वे तुल्यता के क्षेत्र (zone of equivalence) में इष्टतम अनुपात में मिलते हैं, वहां एक दृश्यमान अवक्षेपण रेखा (precipitin line) बनती है। इन रेखाओं का पैटर्न एंटीजन के बीच संबंध को प्रकट करता है:
- पहचान की रेखा (Line of identity): यदि दो एंटीजन समान हैं, तो उनकी अवक्षेपण रेखाएं एक आर्क में विलीन हो जाएंगी।
- गैर-पहचान की रेखा (Line of non-identity): यदि दो एंटीजन पूरी तरह से भिन्न हैं, तो उनकी रेखाएं एक-दूसरे को पार कर जाएंगी।
- आंशिक पहचान की रेखा (Line of partial identity): यदि दो एंटीजन संबंधित हैं लेकिन समान नहीं हैं, तो एक रेखा दूसरी को आंशिक रूप से पार करेगी, जिससे एक ‘स्पर’ (spur) बनेगा।
(c) पूरक प्रणाली में ऑप्सोनीकरण (Opsonisation)
ऑप्सोनीकरण एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें एक रोगजनक को अणुओं (जिन्हें ऑप्सोनिन कहा जाता है) के साथ लेपित किया जाता है ताकि इसे फैगोसाइट्स (जैसे मैक्रोफेज और न्यूट्रोफिल) द्वारा अधिक आसानी से पहचाना और निगला जा सके। पूरक प्रणाली इस प्रक्रिया में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। जब पूरक प्रणाली सक्रिय होती है, तो पूरक प्रोटीन C3 , C3a और C3b में विभाजित हो जाता है। C3b एक शक्तिशाली ऑप्सोनिन है। यह रोगजनकों की सतह पर सहसंयोजक रूप से बंध जाता है। फैगोसाइटिक कोशिकाओं की सतह पर पूरक रिसेप्टर्स (जैसे CR1) होते हैं जो रोगजनक-बाध्य C3b को पहचानते हैं और उससे जुड़ते हैं। यह बंधन फैगोसाइट और रोगजनक के बीच एक सेतु का काम करता है, जिससे फैगोसाइटोसिस की दक्षता बहुत बढ़ जाती है। इस प्रकार, पूरक-मध्यस्थ ऑप्सोनीकरण रोगजनकों को तेजी से और प्रभावी ढंग से साफ करने के लिए एक महत्वपूर्ण जन्मजात प्रतिरक्षा तंत्र है।
(d) हाइब्रिडोमा तकनीक
हाइब्रिडोमा तकनीक मोनोक्लोनल एंटीबॉडी (mAbs) के उत्पादन के लिए एक अभूतपूर्व विधि है। मोनोक्लोनल एंटीबॉडी एक ही प्रकार की प्रतिरक्षा कोशिकाओं (एकल बी-सेल क्लोन) से उत्पन्न समान एंटीबॉडी होते हैं, जो सभी एक ही एपिटोप (एंटीजन का विशिष्ट हिस्सा) को पहचानते हैं। इस तकनीक का विकास 1975 में सेसर मिलस्टीन और जॉर्जेस कोहलर ने किया था। प्रक्रिया में निम्नलिखित चरण शामिल हैं:
- एक जानवर (आमतौर पर एक चूहा) को एक विशिष्ट एंटीजन के साथ प्रतिरक्षित किया जाता है।
- जानवर की प्लीहा से एंटीबॉडी-उत्पादक बी-कोशिकाओं को अलग किया जाता है।
- इन बी-कोशिकाओं को एक ‘अमर’ मायलोमा कोशिका (एक कैंसरयुक्त प्लाज्मा कोशिका जो एंटीबॉडी का उत्पादन नहीं करती) के साथ मिलाया जाता है।
- परिणामी हाइब्रिडोमा कोशिकाएं अमर होती हैं (मायलोमा कोशिका की तरह) और एक विशिष्ट एंटीबॉडी का उत्पादन करती हैं (बी-कोशिका की तरह)।
- इन हाइब्रिडोमा कोशिकाओं को HAT माध्यम का उपयोग करके चुना जाता है, जो केवल संकर कोशिकाओं को जीवित रहने देता है। फिर वांछित एंटीबॉडी का उत्पादन करने वाले क्लोन की स्क्रीनिंग और चयन किया जाता है।
यह तकनीक अनुसंधान, निदान और चिकित्सा में अत्यधिक विशिष्ट एंटीबॉडी के बड़े पैमाने पर उत्पादन की अनुमति देती है।
Q4. (a) Provide an overview of the five main antibody classes. 5 (b) Explain how positive and negative selections operate in the thymus. 5
Ans.
(a) पांच मुख्य एंटीबॉडी वर्गों का अवलोकन
एंटीबॉडी, जिन्हें इम्युनोग्लोबुलिन (Ig) भी कहा जाता है, ग्लाइकोप्रोटीन अणु होते हैं जो प्लाज्मा कोशिकाओं द्वारा निर्मित होते हैं। वे ह्यूमरल प्रतिरक्षा में केंद्रीय भूमिका निभाते हैं। पांच मुख्य वर्ग हैं, जो उनकी भारी श्रृंखला (heavy chain) के प्रकार के आधार पर प्रतिष्ठित होते हैं: IgG (गामा), IgM (म्यू), IgA (अल्फा), IgD (डेल्टा), और IgE (एप्सिलॉन)।
- IgG (इम्युनोग्लोबुलिन G): यह सीरम में सबसे प्रचुर मात्रा में पाया जाने वाला एंटीबॉडी है (कुल का ~75%)। यह एक मोनोमर है। IgG माध्यमिक प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया में प्रमुख है, यह पूरक प्रणाली को सक्रिय कर सकता है, और यह एकमात्र एंटीबॉडी वर्ग है जो अपरा (placenta) को पार कर सकता है, जिससे भ्रूण को निष्क्रिय प्रतिरक्षा मिलती है। यह ऑप्सोनीकरण में भी महत्वपूर्ण है।
- IgM (इम्युनोग्लोबुलिन M): IgM एक पेंटामर (पांच मोनोमर इकाइयों का एक कॉम्प्लेक्स) के रूप में मौजूद होता है, जो इसे एक शक्तिशाली पूरक उत्प्रेरक बनाता है। यह बी-कोशिका की सतह पर एक मोनोमर के रूप में भी पाया जाता है। IgM प्राथमिक प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया के दौरान उत्पन्न होने वाला पहला एंटीबॉडी वर्ग है। इसका बड़ा आकार इसे रक्तप्रवाह तक ही सीमित रखता है।
- IgA (इम्युनोग्लोबुलिन A): IgA मुख्य रूप से श्लेष्म स्रावों (mucosal secretions) जैसे लार, आंसू, और स्तन के दूध में पाया जाता है। स्रावों में, यह एक डाइमर के रूप में मौजूद होता है जो एक ‘स्रावी घटक’ से जुड़ा होता है। इसका मुख्य कार्य श्लेष्म सतहों पर स्थानीय प्रतिरक्षा प्रदान करना है, जिससे रोगजनकों को उपकला कोशिकाओं से जुड़ने से रोका जा सके। यह स्तन के दूध के माध्यम से नवजात को निष्क्रिय प्रतिरक्षा भी प्रदान करता है।
- IgE (इम्युनोग्लोबुलिन E): यह सीरम में बहुत कम सांद्रता में पाया जाने वाला एक मोनोमर है। IgE एलर्जी प्रतिक्रियाओं (टाइप-I अतिसंवेदनशीलता) में अपनी भूमिका के लिए सबसे अच्छी तरह से जाना जाता है। यह मास्ट कोशिकाओं और बेसोफिल्स की सतह पर रिसेप्टर्स से जुड़ता है। जब कोई एलर्जेन IgE से जुड़ता है, तो यह इन कोशिकाओं को हिस्टामाइन जैसे भड़काऊ मध्यस्थों को छोड़ने के लिए प्रेरित करता है। यह परजीवी कृमि संक्रमण के खिलाफ रक्षा में भी भूमिका निभाता है।
- IgD (इम्युनोग्लोबुलिन D): IgD भी एक मोनोमर है जो सीरम में बहुत कम मात्रा में पाया जाता है। इसका मुख्य कार्य अपरिपक्व बी-लिम्फोसाइट्स की सतह पर IgM के साथ एक एंटीजन रिसेप्टर के रूप में कार्य करना है। यह बी-कोशिका सक्रियण की प्रक्रिया में एक भूमिका निभाता है, लेकिन इसका सटीक प्रभावकारी कार्य अभी भी पूरी तरह से समझा नहीं गया है।
(b) थाइमस में सकारात्मक और नकारात्मक चयन
टी-कोशिकाएं अस्थि मज्जा में उत्पन्न होती हैं लेकिन थाइमस में परिपक्व होती हैं। थाइमस में, वे एक कठोर चयन प्रक्रिया से गुजरती हैं जिसे थाइमिक चयन कहा जाता है। यह प्रक्रिया सुनिश्चित करती है कि केवल वही टी-कोशिकाएं जीवित रहें जो विदेशी एंटीजन को पहचान सकती हैं लेकिन शरीर के अपने ऊतकों (आत्म-एंटीजन) पर प्रतिक्रिया नहीं करती हैं। इस प्रक्रिया के दो मुख्य चरण हैं: सकारात्मक चयन और नकारात्मक चयन।
सकारात्मक चयन (Positive Selection):
- स्थान: यह थाइमस के कॉर्टेक्स (cortex) में होता है।
- उद्देश्य: इसका मुख्य उद्देश्य यह सुनिश्चित करना है कि टी-कोशिकाएं शरीर के अपने मेजर हिस्टोकम्पैटिबिलिटी कॉम्प्लेक्स (MHC) अणुओं को पहचानने में सक्षम हैं। इसे MHC प्रतिबंध कहा जाता है।
- प्रक्रिया: अपरिपक्व टी-कोशिकाओं (थाइमोसाइट्स) को थाइमिक कॉर्टिकल उपकला कोशिकाओं पर आत्म-MHC अणुओं के साथ प्रस्तुत किया जाता है।
- जिन थाइमोसाइट्स के टी-सेल रिसेप्टर्स (TCRs) आत्म-MHC अणुओं को कमजोर रूप से पहचानते और बांधते हैं, उन्हें जीवित रहने का संकेत मिलता है।
- जिन थाइमोसाइट्स के TCRs आत्म-MHC को बिल्कुल भी नहीं पहचान पाते हैं, वे जीवित रहने का संकेत प्राप्त नहीं करते हैं और उपेक्षा द्वारा मृत्यु (death by neglect) नामक प्रक्रिया में एपोप्टोसिस (क्रमादेशित कोशिका मृत्यु) से गुजरते हैं।
- परिणाम: केवल वही टी-कोशिकाएं बचती हैं जो आत्म-MHC को पहचान सकती हैं, जो विदेशी एंटीजन को पहचानने के लिए एक पूर्व शर्त है।
नकारात्मक चयन (Negative Selection):
- स्थान: यह मुख्य रूप से थाइमस के मेडुला (medulla) में होता है।
- उद्देश्य: इसका उद्देश्य उन टी-कोशिकाओं को खत्म करना है जो आत्म-एंटीजन पर बहुत दृढ़ता से प्रतिक्रिया करती हैं, ताकि ऑटोइम्यूनिटी को रोका जा सके। इसे आत्म-सहिष्णुता (self-tolerance) स्थापित करना कहा जाता है।
- प्रक्रिया: सकारात्मक चयन से बची हुई टी-कोशिकाएं मेडुला में जाती हैं। यहां, वे मेडुलरी थाइमिक उपकला कोशिकाओं (mTECs) और डेंड्राइटिक कोशिकाओं द्वारा प्रस्तुत आत्म-MHC अणुओं से बंधे आत्म-पेप्टाइड्स का सामना करती हैं।
- जिन थाइमोसाइट्स के TCRs आत्म-MHC/आत्म-पेप्टाइड कॉम्प्लेक्स से बहुत दृढ़ता से बंधते हैं, उन्हें एक एपोप्टोटिक संकेत प्राप्त होता है और वे नष्ट हो जाते हैं। इस प्रक्रिया को क्लोनल विलोपन (clonal deletion) कहा जाता है।
- जिन कोशिकाओं में मध्यम बंधन होता है, वे जीवित रहती हैं और परिपक्व टी-कोशिकाओं के रूप में थाइमस से बाहर निकलती हैं।
- परिणाम: यह प्रक्रिया सुनिश्चित करती है कि शरीर की अपनी कोशिकाओं पर हमला करने की क्षमता रखने वाली आत्म-प्रतिक्रियाशील टी-कोशिकाओं को हटा दिया जाए, जिससे ऑटोइम्यून रोगों को रोका जा सके।
Q5. (a) Define hypersensitivity and explain its significance in the immune system. 5 (b) Discuss the significance of donor-recipient matching in transplantation. 5
Ans.
(a) अतिसंवेदनशीलता की परिभाषा और महत्व
परिभाषा:
अतिसंवेदनशीलता (Hypersensitivity) एक अनुचित या अत्यधिक प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया को संदर्भित करती है जो हानिरहित पर्यावरणीय एंटीजन (एलर्जेन), आत्म-एंटीजन (ऑटोइम्यूनिटी में), या विदेशी एंटीजन (जैसे प्रत्यारोपण में) के प्रति होती है। एक सामान्य प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया शरीर को रोगजनकों से बचाती है, लेकिन एक अतिसंवेदनशील प्रतिक्रिया मेजबान के अपने ऊतकों को नुकसान पहुंचाती है और बीमारी का कारण बनती है। यह अनिवार्य रूप से प्रतिरक्षा प्रणाली की एक खराबी है जहां एक अन्यथा सुरक्षात्मक तंत्र हानिकारक हो जाता है।
प्रतिरक्षा प्रणाली में महत्व:
अतिसंवेदनशीलता का अध्ययन इम्यूनोलॉजी में बहुत महत्वपूर्ण है क्योंकि यह कई प्रकार की बीमारियों को समझने का आधार है। इसका महत्व निम्नलिखित है:
- वर्गीकरण: गेल और कूम्ब्स (Gell and Coombs) वर्गीकरण प्रणाली अतिसंवेदनशीलता प्रतिक्रियाओं को उनके अंतर्निहित तंत्र के आधार पर चार प्रकारों में विभाजित करती है (टाइप I, II, III, और IV)। यह वर्गीकरण नैदानिक निदान और उपचार रणनीतियों के लिए एक रूपरेखा प्रदान करता है।
- टाइप I (तत्काल): IgE-मध्यस्थ, एलर्जी और एनाफिलेक्सिस का कारण बनता है।
- टाइप II (साइटोटॉक्सिक): IgG/IgM-मध्यस्थ, कोशिकाओं को लक्षित करता है (जैसे, रक्त आधान प्रतिक्रियाएं)।
- टाइप III (इम्यून कॉम्प्लेक्स): घुलनशील एंटीजन के साथ IgG/IgM कॉम्प्लेक्स के जमाव के कारण होता है, जिससे सूजन होती है (जैसे, सीरम सिकनेस)।
- टाइप IV (विलंबित-प्रकार): टी-कोशिका-मध्यस्थ, इसमें एंटीबॉडी शामिल नहीं होते हैं (जैसे, संपर्क जिल्द की सूजन, ट्यूबरकुलिन परीक्षण)।
- नैदानिक प्रासंगिकता: यह एलर्जी रोगों (जैसे अस्थमा, हे फीवर), ऑटोइम्यून रोगों (जैसे रुमेटीइड गठिया, ल्यूपस), और प्रत्यारोपण अस्वीकृति जैसी स्थितियों के रोगजनन को स्पष्ट करता है।
- चिकित्सीय हस्तक्षेप: अतिसंवेदनशीलता के तंत्र को समझकर, वैज्ञानिक और चिकित्सक इन स्थितियों का इलाज करने के लिए लक्षित उपचार विकसित कर सकते हैं, जैसे एंटीहिस्टामाइन (टाइप I), इम्यूनोसप्रेसिव ड्रग्स (टाइप II, III, IV), और मोनोक्लोनल एंटीबॉडी थेरेपी।
संक्षेप में, अतिसंवेदनशीलता प्रतिरक्षा प्रणाली की दोधारी तलवार की प्रकृति को दर्शाती है – यह जीवन बचाने वाली हो सकती है, लेकिन जब यह अनियंत्रित हो जाती है, तो यह गंभीर बीमारी और ऊतक क्षति का कारण बन सकती है।
(b) प्रत्यारोपण में दाता-प्राप्तकर्ता मिलान का महत्व
प्रत्यारोपण में दाता-प्राप्तकर्ता मिलान का महत्व ग्राफ्ट अस्वीकृति (graft rejection) को रोकने और प्रत्यारोपित अंग या ऊतक के दीर्घकालिक अस्तित्व को सुनिश्चित करने में निहित है। प्रतिरक्षा प्रणाली का एक मौलिक कार्य “स्व” को “गैर-स्व” से अलग करना है। एक प्रत्यारोपित अंग, जब तक कि यह एक समान जुड़वां से न हो, प्राप्तकर्ता की प्रतिरक्षा प्रणाली द्वारा “गैर-स्व” के रूप में पहचाना जाता है, जिससे एक प्रतिरक्षा हमला होता है जो ग्राफ्ट को नष्ट कर सकता है।
मिलान का महत्व निम्नलिखित दो मुख्य कारकों पर केंद्रित है:
- ABO रक्त समूह मिलान: यह सबसे महत्वपूर्ण पहला कदम है। रक्त समूह एंटीजन (A, B) लाल रक्त कोशिकाओं के अलावा कई अन्य ऊतकों की सतह पर भी व्यक्त होते हैं। यदि दाता और प्राप्तकर्ता के ABO रक्त समूह असंगत हैं, तो प्राप्तकर्ता के रक्त में पहले से मौजूद एंटीबॉडी (जैसे, टाइप A व्यक्ति में एंटी-B एंटीबॉडी) प्रत्यारोपित अंग की रक्त वाहिकाओं पर हमला करेंगे। यह एक हाइपरएक्यूट रिजेक्शन को जन्म देता है, जो मिनटों से घंटों के भीतर होता है और ग्राफ्ट का तेजी से विनाश कर देता है। इसलिए, ABO संगतता प्रत्यारोपण के लिए एक पूर्ण आवश्यकता है।
- मेजर हिस्टोकम्पैटिबिलिटी कॉम्प्लेक्स (MHC) मिलान: मनुष्यों में, MHC को ह्यूमन ल्यूकोसाइट एंटीजन (HLA) कहा जाता है। ये कोशिका सतह प्रोटीन हैं जो टी-कोशिकाओं को एंटीजन प्रस्तुत करते हैं। प्रत्येक व्यक्ति के पास HLA जीनों का एक अनूठा सेट होता है। प्राप्तकर्ता की टी-कोशिकाएं दाता के ऊतक पर विदेशी HLA अणुओं को पहचानती हैं और एक शक्तिशाली प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया शुरू करती हैं।
- एक्यूट रिजेक्शन: यह दाता HLA अणुओं में अंतर के कारण होता है और आमतौर पर प्रत्यारोपण के बाद पहले कुछ हफ्तों या महीनों में होता है। यह मुख्य रूप से टी-कोशिका-मध्यस्थ होता है।
- क्रोनिक रिजेक्शन: यह एक धीमी प्रक्रिया है जो महीनों या वर्षों में होती है और ग्राफ्ट की कार्यक्षमता में धीरे-धीरे गिरावट का कारण बनती है। यह भी HLA असंगति से दृढ़ता से जुड़ा हुआ है।
दाता और प्राप्तकर्ता के बीच HLA का जितना बेहतर मिलान होता है, अस्वीकृति का जोखिम उतना ही कम होता है। हालांकि एक आदर्श 6-एंटीजन HLA मिलान (HLA-A, -B, और -DR के लिए) सबसे अच्छा है, यह हमेशा संभव नहीं होता है। फिर भी, निकटतम संभव मिलान की तलाश की जाती है ताकि इम्यूनोसप्रेसिव दवाओं की आवश्यकता कम हो और ग्राफ्ट के जीवित रहने की संभावना अधिकतम हो।
Q6. (a) Describe the concept of chimeric antibodies. 5 (b) Describe the autocrine, paracrine and endocrine functions of cytokines. 5
Ans.
(a) काइमेरिक एंटीबॉडी की अवधारणा
काइमेरिक एंटीबॉडी आनुवंशिक रूप से इंजीनियर किए गए प्रोटीन हैं जो दो या दो से अधिक विभिन्न प्रजातियों, आमतौर पर चूहे और मानव, के एंटीबॉडी भागों को मिलाते हैं। यह तकनीक हाइब्रिडोमा तकनीक का उपयोग करके उत्पादित माउस (चूहे) मोनोक्लोनल एंटीबॉडी (mAbs) की सीमाओं को दूर करने के लिए विकसित की गई थी।
अवधारणा और संरचना:
एक विशिष्ट एंटीबॉडी अणु में दो क्षेत्र होते हैं:
- चर क्षेत्र (Variable region – V): यह क्षेत्र एंटीजन से जुड़ता है और एंटीबॉडी की विशिष्टता निर्धारित करता है।
- स्थिर क्षेत्र (Constant region – C): यह क्षेत्र एंटीबॉडी के वर्ग (जैसे, IgG, IgM) को निर्धारित करता है और पूरक सक्रियण या फैगोसाइट्स से बंधन जैसे प्रभावकारी कार्यों को मध्यस्थ करता है।
जब एक माउस mAb को मानव में चिकित्सीय रूप से उपयोग किया जाता है, तो मानव प्रतिरक्षा प्रणाली माउस एंटीबॉडी के स्थिर क्षेत्र को विदेशी के रूप में पहचान सकती है और इसके खिलाफ एक प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया उत्पन्न कर सकती है। इस प्रतिक्रिया को ह्यूमन एंटी-माउस एंटीबॉडी (HAMA) प्रतिक्रिया कहा जाता है। HAMA प्रतिक्रिया चिकित्सीय एंटीबॉडी को बेअसर कर सकती है, इसकी प्रभावकारिता को कम कर सकती है, और प्रतिकूल प्रभाव पैदा कर सकती है।
इस समस्या को हल करने के लिए, काइमेरिक एंटीबॉडी बनाए जाते हैं। आनुवंशिक इंजीनियरिंग का उपयोग करके, एक माउस mAb के चर क्षेत्रों (VH और VL) को एन्कोड करने वाले जीन को एक मानव एंटीबॉडी के स्थिर क्षेत्रों (CH और CL) को एन्कोड करने वाले जीन के साथ जोड़ा जाता है।
संरचना: माउस का चर क्षेत्र (एंटीजन-बाइंडिंग साइट) + मानव का स्थिर क्षेत्र।
लाभ:
- कम इम्यूनोजेनेसिटी: चूंकि एंटीबॉडी का अधिकांश हिस्सा (स्थिर क्षेत्र) मानव मूल का होता है, इसलिए HAMA प्रतिक्रिया का जोखिम काफी कम हो जाता है।
- बेहतर प्रभावकारी कार्य: मानव स्थिर क्षेत्र मानव प्रतिरक्षा प्रणाली के घटकों (जैसे पूरक और Fc रिसेप्टर्स) के साथ अधिक प्रभावी ढंग से संपर्क करता है, जिससे चिकित्सीय प्रभाव बढ़ सकता है।
- लंबा आधा-जीवन: काइमेरिक एंटीबॉडी का मानव शरीर में माउस एंटीबॉडी की तुलना में लंबा आधा-जीवन होता है।
इसका एक प्रसिद्ध उदाहरण रिटक्सिमैब (Rituximab) है, एक काइमेरिक mAb जिसका उपयोग कुछ प्रकार के लिंफोमा और ऑटोइम्यून बीमारियों के इलाज के लिए किया जाता है।
(b) साइटोकिन्स के ऑटोक्राइन, पैराक्राइन और एंडोक्राइन कार्य
साइटोकिन्स छोटे, स्रावित प्रोटीन होते हैं जो प्रतिरक्षा कोशिकाओं के बीच संचार के लिए महत्वपूर्ण होते हैं। वे कोशिकाओं के व्यवहार, जैसे विकास, विभेदीकरण और सक्रियण को नियंत्रित करते हैं। साइटोकिन्स अपने लक्ष्य कोशिकाओं पर उनकी दूरी के आधार पर तीन अलग-अलग तरीकों से कार्य कर सकते हैं: ऑटोक्राइन, पैराक्राइन और एंडोक्राइन।
- ऑटोक्राइन कार्य (Autocrine function):
- परिभाषा: इस मोड में, एक साइटोकिन उसी कोशिका पर कार्य करता है जिसने उसे स्रावित किया है। कोशिका अपने स्वयं के रिसेप्टर्स के माध्यम से अपने स्वयं के संकेतों का जवाब देती है।
- तंत्र: कोशिका एक साइटोकिन जारी करती है जो फिर उसी कोशिका की सतह पर मौजूद रिसेप्टर्स से जुड़ जाती है।
- महत्व: यह अक्सर एक प्रतिक्रिया लूप को बढ़ाने या स्थिर करने का काम करता है।
- उदाहरण: जब एक सहायक टी-कोशिका एक एंटीजन द्वारा सक्रिय होती है, तो वह इंटरफेरॉन-गामा (IFN-γ) का उत्पादन करती है, जो उसी टी-कोशिका पर कार्य करके उसकी सक्रियता और प्रसार को और बढ़ाता है। एक अन्य उदाहरण इंटरलेकिन-2 (IL-2) है, जो टी-कोशिकाओं द्वारा स्रावित होता है और उन्हीं टी-कोशिकाओं के प्रसार को प्रेरित करता है।
- पैराक्राइन कार्य (Paracrine function):
- परिभाषा: यह साइटोकिन क्रिया का सबसे आम तरीका है। इसमें, एक कोशिका द्वारा स्रावित साइटोकिन आस-पास की कोशिकाओं पर कार्य करता है।
- तंत्र: साइटोकिन अंतरकोशिकीय स्थान में विसरित होता है और पड़ोसी लक्ष्य कोशिकाओं पर रिसेप्टर्स से जुड़ता है।
- महत्व: यह स्थानीय स्तर पर प्रतिरक्षा प्रतिक्रियाओं का समन्वय करता है, जिससे एक विशिष्ट स्थान पर कोशिकाओं के बीच तेजी से संचार संभव हो पाता है।
- उदाहरण: एंटीवायरल प्रतिक्रिया के दौरान, एक वायरस-संक्रमित कोशिका इंटरफेरॉन (IFN-α/β) स्रावित करती है। ये इंटरफेरॉन आस-पास की असंक्रमित कोशिकाओं पर कार्य करते हैं, जिससे उनमें एक ‘एंटीवायरल अवस्था’ उत्पन्न होती है जो वायरल प्रतिकृति को रोकती है।
- एंडोक्राइन कार्य (Endocrine function):
- परिभाषा: इस मोड में, साइटोकिन हार्मोन की तरह काम करते हैं। वे रक्तप्रवाह में प्रवेश करते हैं और पूरे शरीर में यात्रा करके दूर स्थित कोशिकाओं और ऊतकों पर कार्य करते हैं।
- तंत्र: साइटोकिन को रक्त परिसंचरण में छोड़ा जाता है, जो उन्हें दूर के लक्ष्य अंगों तक पहुंचाता है।
- महत्व: यह प्रणालीगत (systemic) प्रतिक्रियाओं को प्रेरित करता है, जैसे कि सूजन और तीव्र-चरण प्रतिक्रिया।
- उदाहरण: गंभीर संक्रमण के दौरान, मैक्रोफेज साइटोकिन्स IL-1, IL-6, और TNF-α का उत्पादन करते हैं। ये साइटोकिन्स रक्तप्रवाह के माध्यम से यात्रा करते हैं और यकृत (liver) को तीव्र-चरण प्रोटीन (जैसे C-रिएक्टिव प्रोटीन) का उत्पादन करने के लिए प्रेरित करते हैं और मस्तिष्क के हाइपोथैलेमस पर कार्य करके बुखार उत्पन्न करते हैं।
Q7. Describe the Mancini Immunodiffusion technique and formation of the precipitin ring. Illustrate with a suitable diagram. 10
Ans.
मैनसिनी इम्यूनोडिफ्यूजन तकनीक (एकल रेडियल इम्यूनोडिफ्यूजन)
मैनसिनी इम्यूनोडिफ्यूजन, जिसे एकल रेडियल इम्यूनोडिफ्यूजन (Single Radial Immunodiffusion – SRID) के रूप में भी जाना जाता है, एक मात्रात्मक (quantitative) इम्यूनोलॉजिकल तकनीक है जिसका उपयोग किसी घोल, जैसे सीरम, में एक विशिष्ट एंटीजन की सांद्रता को मापने के लिए किया जाता है। “एकल” डिफ्यूजन इस तथ्य को संदर्भित करता है कि केवल एंटीजन ही विसरित (diffuse) होता है जबकि एंटीबॉडी जेल में स्थिर रहता है।
सिद्धांत:
इस तकनीक का सिद्धांत यह है कि जब एक एंटीजन युक्त घोल को एक ऐसे एगरोज जेल में रखा जाता है जिसमें संबंधित एंटीबॉडी समान रूप से वितरित होता है, तो एंटीजन रेडियल रूप से बाहर की ओर विसरित होगा। जैसे-जैसे एंटीजन विसरित होता है, इसकी सांद्रता केंद्र से दूरी के साथ कम होती जाती है। एक निश्चित बिंदु पर, एंटीजन और एंटीबॉडी की सांद्रता तुल्यता के क्षेत्र (zone of equivalence) तक पहुंच जाती है, जहां एक स्थिर, दृश्यमान अवक्षेपण वलय (precipitin ring) बनता है। इस वलय का व्यास (या क्षेत्रफल) सीधे तौर पर कुएं में रखे गए एंटीजन की प्रारंभिक सांद्रता के समानुपाती होता है।
प्रक्रिया:
- जेल तैयार करना: एक विशिष्ट एंटीबॉडी (प्रतिरक्षी) को पिघले हुए एगरोज जेल के साथ एक ज्ञात सांद्रता में मिलाया जाता है और एक पेट्री डिश या कांच की प्लेट पर डाला जाता है। जेल के ठंडा और ठोस होने के बाद, उसमें समान आकार के कई कुएं (wells) काटे जाते हैं।
- नमूने और मानक डालना: ज्ञात सांद्रता वाले एंटीजन के मानक घोलों (standards) को अलग-अलग कुओं में डाला जाता है। अज्ञात सांद्रता वाले परीक्षण नमूने (test sample) को भी एक अलग कुएं में डाला जाता है।
- ऊष्मायन (Incubation): प्लेट को एक नम कक्ष में 24-72 घंटों के लिए ऊष्मायन किया जाता है। इस समय के दौरान, एंटीजन प्रत्येक कुएं से रेडियल रूप से बाहर की ओर विसरित होता है।
- अवक्षेपण वलय का निर्माण: जहां एंटीजन की सांद्रता एंटीबॉडी के साथ एक इष्टतम अनुपात तक पहुंचती है, वहां एक दूधिया-सफेद अवक्षेपण वलय बनता है। यह वलय तब तक फैलता रहेगा जब तक कि सारा एंटीजन अवक्षेपित न हो जाए, जिस बिंदु पर वलय स्थिर हो जाता है।
- मापन और विश्लेषण: ऊष्मायन के बाद, प्रत्येक वलय के व्यास को मापा जाता है। एक मानक वक्र (standard curve) बनाया जाता है जिसमें y-अक्ष पर अवक्षेपण वलय के व्यास का वर्ग (d²) और x-अक्ष पर मानक एंटीजन की सांद्रता को प्लॉट किया जाता है। अज्ञात नमूने द्वारा बनाए गए वलय के व्यास को मापकर, इस मानक वक्र का उपयोग करके इसकी सांद्रता का निर्धारण किया जा सकता है।
उपयुक्त आरेख:
मैनसिनी एकल रेडियल इम्यूनोडिफ्यूजन (SRID)
1. जेल तैयारी और नमूना अनुप्रयोग
(A) एंटीबॉडी युक्त एगरोज जेल जिसमें कुएं हैं। (B) ज्ञात सांद्रता के मानक (S1, S2, S3) और अज्ञात नमूना (T) कुओं में डाले गए।
2. अवक्षेपण वलय का निर्माण और मापन
(C) ऊष्मायन के बाद, एंटीजन की सांद्रता के अनुपात में अवक्षेपण वलय बनते हैं। (D) एक मानक वक्र प्लॉट किया जाता है (व्यास² बनाम सांद्रता), जिसका उपयोग अज्ञात (T) की सांद्रता निर्धारित करने के लिए किया जाता है।
महत्व:
मैनसिनी तकनीक का व्यापक रूप से नैदानिक प्रयोगशालाओं में सीरम प्रोटीन, जैसे विभिन्न इम्युनोग्लोबुलिन वर्गों (IgG, IgA, IgM) और पूरक घटकों की सांद्रता को मापने के लिए उपयोग किया जाता है, जो प्रतिरक्षा की कमी या अन्य विकारों के निदान में सहायक होता है।
IGNOU MZO-008 Previous Year Solved Question Paper in English
Q1. (a) Explain how B-cells differentiate into plasma and memory cells. Discuss their respective functions. 5 (b) Discuss the structure of class I MHC molecule, including the role of B2 microglobulin. 5
Ans. (a) Differentiation of B-cells into Plasma and Memory Cells The differentiation of B-cells is a complex process that begins when a naive B-cell encounters its specific antigen. This process, known as clonal selection , is the foundation of the humoral immune response. The Process:
- Antigen Encounter and Activation: When a B-cell encounters its specific antigen in a secondary lymphoid organ (e.g., lymph nodes or spleen), the antigen binds to the B-cell receptor (BCR). For most protein antigens, the B-cell requires help from a T-helper cell to become fully activated. The B-cell processes the antigen and presents it on its surface on MHC class II molecules, which is recognized by the helper T-cell.
- Proliferation: Upon activation with T-cell help, the B-cell begins to divide rapidly. This creates a clone of many B-cells, all with the same specificity.
- Differentiation: During this proliferation, the B-cells differentiate into two main types of cells: plasma cells and memory B-cells. This process is regulated by signaling molecules called cytokines secreted by the helper T-cells.
Respective Functions:
- Plasma Cells: These are the ‘antibody factories’ . They are highly specialized, terminally differentiated cells whose primary function is to produce and secrete large quantities of antibodies. These antibodies have the same specificity as the original B-cell’s receptor. They circulate in the bloodstream and other body fluids, neutralizing pathogens or marking them for destruction. Plasma cells are relatively short-lived.
- Memory B-cells: These are long-lived cells that can persist in the body for years or even decades. They do not secrete large amounts of antibodies. Their main function is to provide immunological memory for future infections with the same antigen. Upon re-encountering the same antigen, they are rapidly activated and differentiate into plasma cells and additional memory cells. This leads to a faster and stronger secondary immune response, often eliminating the infection before the individual even feels sick.
(b)
Structure of Class I MHC Molecule
Class I Major Histocompatibility Complex (MHC) molecules are glycoproteins found on the surface of almost all nucleated cells. Their primary role is to present endogenous peptides (such as viral proteins or tumor antigens) to cytotoxic T-lymphocytes (CTLs) or CD8+ T-cells.
Structure:
The Class I MHC molecule is a
heterodimer
, composed of two separate polypeptide chains:
- Alpha (α) chain: This is a large polypeptide chain (approx. 45 kDa) that is transmembrane, spanning the cell membrane. It is folded into three extracellular domains: α1, α2, and α3 . The alpha chain is encoded by the MHC genes.
- α1 and α2 domains: These two domains fold together to form a deep groove known as the peptide-binding groove . This is the site where a peptide molecule, typically 8-10 amino acids in length, binds. The specific structure of this groove determines which peptides can bind.
- α3 domain: This domain is located closer to the membrane and serves as the binding site for the CD8 co-receptor found on CD8+ T-cells. This interaction stabilizes the interaction between the T-cell and the antigen-presenting cell.
- Beta-2 microglobulin (β2m): This is a small (approx. 12 kDa) polypeptide chain that is non-covalently associated with the alpha chain. It is encoded by a gene outside the MHC gene cluster.
Role of β2 microglobulin:
β2 microglobulin is absolutely critical for the proper function of the Class I MHC molecule. It has several crucial roles:
- Stabilization: β2m stabilizes the entire structure by associating with the α3 domain of the alpha chain. Without it, the alpha chain cannot fold correctly.
- Peptide Binding: It helps in the formation and maintenance of the peptide-binding groove’s conformation, enabling peptide binding.
- Cell Surface Expression: Only when the alpha chain is properly associated with β2m and a peptide can the complex be transported from the endoplasmic reticulum to the cell surface. In the absence of β2m, Class I MHC molecules are not expressed on the cell surface, rendering the cell unable to signal viral infections to the immune system.
Q2. Differentiate between the following pairs of terms : 4×2.5=10 (a) Primary and _ Secondary lymphoid organs (b) Plasma cells and Memory B-cells (c) Type-I and Type-II hypersensitivity reactions (d) Active Immunisation and _ Passive Immunisation
Ans. (a) Primary and Secondary Lymphoid Organs
| Feature | Primary Lymphoid Organs | Secondary Lymphoid Organs |
|---|---|---|
Function |
These are the organs where lymphocytes (B and T cells) are generated and mature. They undergo antigen-independent development here. |
These are the organs where mature lymphocytes encounter antigens, become activated, and initiate an immune response. It is the site of antigen-dependent activation and proliferation. |
Examples |
Bone Marrow (B-cell maturation and production of all lymphocytes) and Thymus (T-cell maturation). |
Lymph Nodes , Spleen , and Mucosa-Associated Lymphoid Tissue (MALT) , such as tonsils and Peyer’s patches. |
(b) Plasma Cells and Memory B-cells
| Feature | Plasma Cells | Memory B-cells |
|---|---|---|
Primary Function |
To produce and secrete large quantities of specific antibodies. They are the effector cells of humoral immunity. | To survive for long periods and provide immunological memory. They are poised for a secondary immune response. |
Lifespan |
Relatively short-lived (a few days to a few weeks). | Long-lived (months, years, or a lifetime). |
Antibody Secretion |
Very actively secrete antibodies. | Do not secrete antibodies in the resting state but can rapidly differentiate into plasma cells upon re-infection. |
Surface Immunoglobulin |
Have very little or no surface B-cell receptor (BCR). | Have surface B-cell receptor (BCR). |
(c) Type-I and Type-II Hypersensitivity Reactions
| Feature | Type-I Hypersensitivity (Immediate) | Type-II Hypersensitivity (Cytotoxic) |
|---|---|---|
Mediating Antibody |
IgE antibodies. |
IgG and IgM antibodies. |
Mechanism |
Upon exposure to an allergen, IgE binds to mast cells and basophils. On re-exposure, the allergen cross-links the IgE, causing these cells to release inflammatory mediators like histamine. | Antibodies bind to antigens present on a cell surface or the extracellular matrix. This activates the complement system or attracts phagocytes, leading to the destruction of the target cell. |
Time of Reaction |
Rapid, typically within minutes of exposure. | Minutes to hours. |
Examples |
Allergic rhinitis (hay fever), asthma, food allergies, anaphylaxis. | Mismatched blood transfusion reactions, hemolytic disease of the newborn (Rh disease), autoimmune hemolytic anemia. |
(d) Active Immunisation and Passive Immunisation
| Feature | Active Immunisation | Passive Immunisation |
|---|---|---|
Source of Immunity |
The individual’s own immune system produces antibodies and memory cells after exposure to an antigen (via infection or vaccination). | The individual receives pre-formed antibodies from another source (human or animal). |
Onset |
Slow onset; takes time (days or weeks) to develop protection. | Provides immediate protection. |
Duration |
Long-lasting, often for life, as it involves the generation of immunological memory. | Short-lived (a few weeks to months), as the received antibodies are eventually cleared by the body and no memory is formed. |
Examples |
Natural: Recovering from a disease. |
Natural: Transfer of IgG from mother to fetus or IgA via breast milk. |
Q3. Write short notes on the following : 4×2.5=10 (a) Hematopoietic Stem Cells (HSCs) (b) Ouchterlony Double Diffusion (c) Opsonisation in complement system (d) Hybridoma technology
Ans. (a) Hematopoietic Stem Cells (HSCs) Hematopoietic Stem Cells (HSCs) are pluripotent stem cells found primarily in the bone marrow. They are responsible for generating all the cells of the blood and immune system in a body. HSCs have two unique properties: self-renewal , meaning they can divide to make more copies of themselves, and differentiation , meaning they can develop into various specialized blood cell lineages. Through differentiation, HSCs give rise to two main progenitor lineages: the myeloid progenitor, which gives rise to red blood cells, platelets, granulocytes (neutrophils, eosinophils, basophils), and monocytes; and the lymphoid progenitor, which gives rise to B-lymphocytes, T-lymphocytes, and Natural Killer (NK) cells. This process, called hematopoiesis , ensures the continuous supply of blood cells throughout life. (b) Ouchterlony Double Diffusion Ouchterlony double diffusion, also known as immunodiffusion-in-gel , is a qualitative immunological technique used to identify and compare antigens in a mixture. In this technique, wells are cut into an agarose gel plate. A solution of antibody is placed in one well, and solutions of different antigens are placed in adjacent wells. Both the antigen and antibody diffuse through the gel towards each other. Where they meet at optimal proportions in the zone of equivalence , a visible precipitin line forms. The pattern of these lines reveals the relationship between the antigens:
- Line of identity: If two antigens are identical, their precipitin lines will fuse into a continuous arc.
- Line of non-identity: If two antigens are completely different, their lines will cross each other.
- Line of partial identity: If two antigens are related but not identical, one line will partially cross the other, forming a ‘spur’.
(c) Opsonisation in the Complement System
Opsonization is the process of coating a pathogen with molecules (called
opsonins
) to make it more easily recognized and engulfed by phagocytes (like macrophages and neutrophils). The complement system plays a critical role in this process. When the complement system is activated, the complement protein
C3
is cleaved into C3a and
C3b
. C3b is a potent opsonin. It covalently binds to the surface of pathogens. Phagocytic cells have
complement receptors (e.g., CR1)
on their surface that recognize and bind to the pathogen-bound C3b. This binding acts as a bridge between the phagocyte and the pathogen, greatly enhancing the efficiency of phagocytosis. Thus, complement-mediated opsonization is a key innate immune mechanism for clearing pathogens rapidly and effectively.
(d) Hybridoma Technology
Hybridoma technology is a groundbreaking method for the production of
monoclonal antibodies (mAbs)
. Monoclonal antibodies are identical antibodies produced by one type of immune cell (a single B-cell clone), all of which recognize the same epitope (the specific part of an antigen). The technique was developed in 1975 by César Milstein and Georges Köhler. The process involves:
- Immunizing an animal (usually a mouse) with a specific antigen.
- Isolating antibody-producing B-cells from the animal’s spleen.
- Fusing these B-cells with an ‘immortal’ myeloma cell (a cancerous plasma cell that does not produce its own antibodies).
- The resulting hybridoma cells are immortal (like the myeloma cell) and produce a specific antibody (like the B-cell).
- These hybridoma cells are selected using HAT medium , which allows only the hybrid cells to survive. The clones producing the desired antibody are then screened and selected.
This technology allows for the large-scale production of highly specific antibodies for use in research, diagnostics, and therapy.
Q4. (a) Provide an overview of the five main antibody classes. 5 (b) Explain how positive and negative selections operate in the thymus. 5
Ans. (a) Overview of the Five Main Antibody Classes Antibodies, also known as immunoglobulins (Ig), are glycoprotein molecules produced by plasma cells. They play a central role in humoral immunity. There are five main classes, distinguished by the type of heavy chain they contain: IgG (gamma), IgM (mu), IgA (alpha), IgD (delta), and IgE (epsilon).
- IgG (Immunoglobulin G): This is the most abundant antibody in serum (~75% of total). It is a monomer . IgG is predominant in the secondary immune response, can activate the complement system, and is the only antibody class that can cross the placenta , providing passive immunity to the fetus. It is also important in opsonization.
- IgM (Immunoglobulin M): IgM exists as a pentamer (a complex of five monomer units), which makes it a potent complement activator. It is also found as a monomer on the surface of B-cells. IgM is the first antibody class produced during the primary immune response . Its large size restricts it to the bloodstream.
- IgA (Immunoglobulin A): IgA is found primarily in mucosal secretions such as saliva, tears, and breast milk. In secretions, it exists as a dimer joined by a ‘secretory component’. Its main function is to provide local immunity on mucosal surfaces , preventing pathogens from attaching to epithelial cells. It also provides passive immunity to newborns via breast milk.
- IgE (Immunoglobulin E): This is a monomer found in very low concentrations in serum. IgE is best known for its role in allergic reactions (Type-I hypersensitivity). It binds to receptors on the surface of mast cells and basophils. When an allergen binds to IgE, it triggers these cells to release inflammatory mediators like histamine. It also plays a role in defense against parasitic worm infections.
- IgD (Immunoglobulin D): IgD is also a monomer found in very small amounts in serum. Its main function is to act as an antigen receptor on the surface of naive B-lymphocytes, along with IgM. It plays a role in the process of B-cell activation, but its precise effector function is still not fully understood.
(b) Positive and Negative Selection in the Thymus
T-cells originate in the bone marrow but mature in the thymus. In the thymus, they undergo a rigorous selection process called
thymic selection
. This process ensures that only T-cells that can recognize foreign antigens but do not react against the body’s own tissues (self-antigens) survive. The two main stages of this process are positive selection and negative selection.
Positive Selection:
- Location: Occurs in the cortex of the thymus.
- Purpose: The main purpose is to ensure that T-cells are capable of recognizing the body’s own Major Histocompatibility Complex (MHC) molecules. This is known as MHC restriction .
- Process: Immature T-cells (thymocytes) are presented with self-MHC molecules on thymic cortical epithelial cells.
- Thymocytes whose T-cell receptors (TCRs) recognize and bind weakly to self-MHC molecules receive a survival signal.
- Thymocytes whose TCRs fail to recognize self-MHC at all do not receive a survival signal and undergo apoptosis (programmed cell death) in a process called death by neglect .
- Outcome: Only T-cells that can recognize self-MHC, a prerequisite for recognizing foreign antigens, survive.
Negative Selection:
- Location: Occurs mainly in the medulla of the thymus.
- Purpose: The goal is to eliminate T-cells that react too strongly to self-antigens, thereby preventing autoimmunity. This is called establishing self-tolerance .
- Process: T-cells that survived positive selection migrate to the medulla. Here, they encounter self-peptides bound to self-MHC molecules presented by medullary thymic epithelial cells (mTECs) and dendritic cells.
- Thymocytes whose TCRs bind too strongly to the self-MHC/self-peptide complex receive an apoptotic signal and are destroyed. This process is called clonal deletion .
- Cells that bind with intermediate affinity survive and exit the thymus as mature T-cells.
- Outcome: This process ensures that self-reactive T-cells, which have the potential to attack the body’s own cells, are removed, thus preventing autoimmune diseases.
Q5. (a) Define hypersensitivity and explain its significance in the immune system. 5 (b) Discuss the significance of donor-recipient matching in transplantation. 5
Ans. (a) Definition and Significance of Hypersensitivity Definition: Hypersensitivity refers to an inappropriate or exaggerated immune response to harmless environmental antigens (allergens), self-antigens (in autoimmunity), or foreign antigens (e.g., in transplants). While a normal immune response protects the body from pathogens, a hypersensitivity response causes damage to the host’s own tissues and leads to disease. It is essentially a malfunction of the immune system where an otherwise protective mechanism becomes detrimental. Significance in the Immune System: The study of hypersensitivity is highly significant in immunology as it underpins the understanding of a wide range of diseases. Its significance is as follows:
- Classification: The Gell and Coombs classification system divides hypersensitivity reactions into four types (Type I, II, III, and IV) based on their underlying mechanisms. This classification provides a framework for clinical diagnosis and treatment strategies.
- Type I (Immediate): IgE-mediated, causing allergies and anaphylaxis.
- Type II (Cytotoxic): IgG/IgM-mediated, targeting cells (e.g., blood transfusion reactions).
- Type III (Immune Complex): Caused by deposition of IgG/IgM complexes with soluble antigen, leading to inflammation (e.g., serum sickness).
- Type IV (Delayed-Type): T-cell-mediated, not involving antibodies (e.g., contact dermatitis, tuberculin test).
- Clinical Relevance: It elucidates the pathogenesis of conditions like allergic diseases (e.g., asthma, hay fever), autoimmune diseases (e.g., rheumatoid arthritis, lupus), and transplant rejection .
- Therapeutic Intervention: By understanding the mechanisms of hypersensitivity, scientists and clinicians can develop targeted treatments to manage these conditions, such as antihistamines (Type I), immunosuppressive drugs (Types II, III, IV), and monoclonal antibody therapies.
In essence, hypersensitivity highlights the double-edged sword nature of the immune system – it can be life-saving, but when dysregulated, it can cause severe illness and tissue damage.
(b) Significance of Donor-Recipient Matching in Transplantation
The significance of donor-recipient matching in transplantation lies in preventing
graft rejection
and ensuring the long-term survival of the transplanted organ or tissue. A fundamental function of the immune system is to distinguish “self” from “non-self”. A transplanted organ, unless from an identical twin, is recognized as “non-self” by the recipient’s immune system, triggering an immune attack that can destroy the graft.
The significance of matching is centered on two main factors:
- ABO Blood Group Matching: This is the most critical first step. Blood group antigens (A, B) are expressed not only on red blood cells but also on the surface of many other tissues. If the donor and recipient have incompatible ABO blood groups, pre-existing antibodies in the recipient’s blood (e.g., anti-B antibodies in a Type A person) will attack the blood vessels of the transplanted organ. This leads to a hyperacute rejection , which occurs within minutes to hours and causes rapid destruction of the graft. Therefore, ABO compatibility is an absolute requirement for transplantation.
- Major Histocompatibility Complex (MHC) Matching: In humans, the MHC is called the Human Leukocyte Antigen (HLA) system. These are cell surface proteins that present antigens to T-cells. Each individual has a unique set of HLA genes. The recipient’s T-cells recognize the foreign HLA molecules on the donor tissue and mount a powerful immune response.
- Acute Rejection: This is caused by differences in donor HLA molecules and typically occurs in the first few weeks or months post-transplant. It is primarily T-cell-mediated.
- Chronic Rejection: This is a slow process that occurs over months or years and causes a gradual decline in graft function. It is also strongly linked to HLA mismatch.
The better the HLA match between the donor and recipient, the lower the risk of rejection. While a perfect 6-antigen HLA match (for HLA-A, -B, and -DR) is optimal, it is not always possible. Nevertheless, the closest possible match is sought to minimize the need for high doses of immunosuppressive drugs and maximize the chance of graft survival.
Q6. (a) Describe the concept of chimeric antibodies. 5 (b) Describe the autocrine, paracrine and endocrine functions of cytokines. 5
Ans. (a) The Concept of Chimeric Antibodies Chimeric antibodies are genetically engineered proteins that combine parts of an antibody from two or more different species, typically a mouse and a human. This technology was developed to overcome the limitations of mouse monoclonal antibodies (mAbs) produced using hybridoma technology. Concept and Structure: A typical antibody molecule has two regions:
- Variable region (V): This region binds to the antigen and determines the antibody’s specificity.
- Constant region (C): This region determines the antibody’s class (e.g., IgG, IgM) and mediates effector functions like complement activation or binding to phagocytes.
When a mouse mAb is used therapeutically in a human, the human immune system can recognize the constant region of the mouse antibody as foreign and mount an immune response against it. This is called the
Human Anti-Mouse Antibody (HAMA)
response. The HAMA response can neutralize the therapeutic antibody, reduce its efficacy, and cause adverse effects.
To solve this problem, chimeric antibodies are created. Using genetic engineering, the genes encoding the
variable regions (VH and VL)
from a mouse mAb are fused with the genes encoding the
constant regions (CH and CL)
of a
human antibody
.
Structure:
Mouse variable region (antigen-binding site) + Human constant region.
Advantages:
- Reduced Immunogenicity: Since the majority of the antibody (the constant region) is of human origin, the risk of a HAMA response is significantly reduced.
- Improved Effector Functions: The human constant region interacts more effectively with components of the human immune system (like complement and Fc receptors), potentially enhancing the therapeutic effect.
- Longer Half-life: Chimeric antibodies have a longer half-life in the human body compared to fully mouse antibodies.
A famous example is
Rituximab
, a chimeric mAb used to treat certain types of lymphoma and autoimmune diseases.
(b) Autocrine, Paracrine, and Endocrine Functions of Cytokines
Cytokines are small, secreted proteins that are crucial for communication between immune cells. They regulate cell behavior, such as growth, differentiation, and activation. Cytokines can act in three different ways depending on their distance to the target cell: autocrine, paracrine, and endocrine.
- Autocrine Function:
- Definition: In this mode, a cytokine acts on the same cell that secreted it. The cell responds to its own signals through its own receptors.
- Mechanism: The cell releases a cytokine which then binds to receptors present on the surface of that same cell.
- Significance: This often serves to amplify or stabilize a response loop.
- Example: When a helper T-cell is activated by an antigen, it produces Interleukin-2 (IL-2) , which is secreted by T-cells and acts on the same T-cells to induce their proliferation, creating a powerful positive feedback loop.
- Paracrine Function:
- Definition: This is the most common mode of cytokine action. In this, a cytokine secreted by one cell acts on nearby cells.
- Mechanism: The cytokine diffuses through the intercellular space and binds to receptors on neighboring target cells.
- Significance: This coordinates immune responses locally, allowing for rapid communication between cells at a specific site.
- Example: During an antiviral response, a virus-infected cell secretes interferons (IFN-α/β) . These interferons act on nearby uninfected cells, inducing an ‘antiviral state’ in them that inhibits viral replication.
- Endocrine Function:
- Definition: In this mode, cytokines act like hormones. They enter the bloodstream and travel throughout the body to act on distant cells and tissues.
- Mechanism: The cytokine is released into the blood circulation, which transports it to distant target organs.
- Significance: This induces systemic responses, such as inflammation and the acute-phase response.
- Example: During a severe infection, macrophages produce the cytokines IL-1, IL-6, and TNF-α . These cytokines travel via the bloodstream to induce the liver to produce acute-phase proteins (like C-reactive protein) and act on the hypothalamus of the brain to induce fever.
Q7. Describe the Mancini Immunodiffusion technique and formation of the precipitin ring. Illustrate with a suitable diagram. 10
Ans. Mancini Immunodiffusion Technique (Single Radial Immunodiffusion) The Mancini immunodiffusion, also known as Single Radial Immunodiffusion (SRID) , is a quantitative immunological technique used to measure the concentration of a specific antigen in a solution, such as serum. The “single” diffusion refers to the fact that only the antigen diffuses while the antibody remains stationary in the gel. Principle: The principle of the technique is that when a solution containing an antigen is placed in a well in an agarose gel that has the corresponding antibody uniformly distributed within it, the antigen will diffuse radially outwards. As the antigen diffuses, its concentration decreases with distance from the center. At a certain point, the concentrations of antigen and antibody reach the zone of equivalence , where a stable, visible precipitin ring is formed. The diameter (or area) of this ring is directly proportional to the initial concentration of the antigen placed in the well. Procedure:
- Gel Preparation: A specific antibody is mixed at a known concentration with molten agarose gel and poured onto a petri dish or glass plate. After the gel has cooled and solidified, several wells of uniform size are cut into it.
- Sample and Standard Application: Standard solutions of the antigen with known concentrations are added to different wells. The test sample with an unknown concentration is also added to a separate well.
- Incubation: The plate is incubated in a moist chamber for 24-72 hours. During this time, the antigen diffuses radially outward from each well.
- Formation of Precipitin Ring: Where the concentration of the antigen reaches an optimal ratio with the antibody, a milky-white precipitin ring forms. This ring will continue to expand until all the antigen has been precipitated, at which point the ring becomes stable.
- Measurement and Analysis: After incubation, the diameter of each ring is measured. A standard curve is constructed by plotting the square of the precipitin ring’s diameter (d²) on the y-axis against the concentration of the standard antigen on the x-axis. By measuring the diameter of the ring produced by the unknown sample, its concentration can be determined using this standard curve.
Suitable Diagram:
Mancini Single Radial Immunodiffusion (SRID)
1. Gel Preparation and Sample Application
(A) Agarose gel containing antibody with wells cut. (B) Standards of known concentration (S1, S2, S3) and the unknown sample (T) are added to the wells.
2. Precipitin Ring Formation and Measurement
(C) After incubation, precipitin rings form, proportional to antigen concentration. (D) A standard curve is plotted (Diameter² vs. Concentration), which is used to determine the concentration of the unknown (T).
Significance:
The Mancini technique is widely used in clinical laboratories to measure the concentration of serum proteins, such as different immunoglobulin classes (IgG, IgA, IgM) and complement components, which is helpful in diagnosing immunodeficiencies or other disorders.
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