未分类 · 2020年3月2日 0

赔率是多少?模拟获得自身免疫性疾病的机会

难度 <! - 4 - >
所需时间 非常短(≤1天)
先决条件
材料可用性 一应俱全
费用 非常低(低于20美元)
安全 没有问题

摘要

你认识一个患有自身免疫性疾病的人吗?自身免疫性疾病相当普遍,在美国影响超过2350万人,约为13人中的1人!你可能听说过其中一些,如糖尿病(1型),类风湿性关节炎和乳糜泻。许多自身免疫性疾病知之甚少,但它们都有一个共同点:它们的发生是因为一个人的免疫系统(通常与细菌隔离以保持人体健康)是偶然攻击人体自身的。在这个科学项目中,您将使用M&amp;M’s®糖果和骰子制作人体免疫系统的模型,并了解一个人的遗传学如何影响他们是否患有自身免疫性疾病或不。

目的

使用模型来研究一个人的遗传因素如何影响他们患上自身免疫性疾病的机会。

积分

Teisha Rowland,PhD,Science Buddies

  • M&amp; M’s是Mars,Incorporated的注册商标。
  • Pop Rocks是Zeta Espacial S.A的注册商标。

引用本页

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科学伙伴。”有什么可能?建立获得自身免疫性疾病的机会。” 科学伙伴,2018年3月24日,https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project-ideas/BioMed_p017/medical-biotechnology/modeling-the-chances-of-getting-an-autoimmune-disease。2019年7月6日访问。

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科学伙伴。(2018年3月24日)。赔率是多少?模拟获得自身免疫性疾病的机会。从…获得https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project-ideas/BioMed_p017/medical-biotechnology/modeling-the-chances-of-getting-an-autoimmune-disease


最后编辑日期:2018-03-24

简介

自身免疫性疾病相当普遍,目前仅在美国就影响了超过2350万人。一些自身免疫疾病包括狼疮,格雷夫斯病,桥本氏病,类风湿性关节炎,1型糖尿病和乳糜泻。据认为,至少有80种不同的自身免疫性疾病,新的疾病会定期添加到名单中。

什么是自身免疫性疾病?要理解这一点,首先要了解免疫系统是什么很重要.免疫系统由体内不同的细胞和器官组成,通常可以防御细菌(如有害微生物)。它这样做是为了让你不生病,或者如果你生病就能很快康复。您经常接触微生物,它们是微观生物。这意味着它们非常小,您通常需要用显微镜才能看到其中一个。有些微生物比其他微生物更危险。任何可以让你生病的微生物称为病原体。病原体包括有害细菌,微观真菌和病毒。如果病原体进入人的身体并使他们生病,那么该人被称为被该病原体感染<或者感染。你的免疫系统一直在努力保护你免受所有这些病原体的伤害,这样你就不会感染并生病。

您的免疫系统如何保护您免受病原体侵害并保持健康?免疫系统通过一系列称为免疫反应的步骤来抵抗任何病原体。基本上,免疫系统必须识别病原体,然后攻击并破坏病原体。您可以在KidsHealth上观看此视频,了解正在进行的免疫反应。

此视频详细介绍了免疫反应。

大多数免疫应答工作由白细胞进行,也称为白细胞(发音为loo-ko-sites)。有几种不同类型的白血细胞,每种都有特定的工作;你可以把他们想象成士兵,每个人都有一种特殊的技能,共同努力保护你的身体抵御入侵的病原体。一些白细胞的工作是找到病原体(或其他不属于体内的微小物体)。当他们寻找病原体时,这些白细胞能够分辨出身体自身健康细胞和病原体之间的区别是非常重要的。这被称为自我/非自我识别.(我们将在一分钟内了解为什么这么重要。)一旦找到病原体,这些白细胞就会让其他细胞知道体内有病原体。当他们看到病原体时, B细胞 – 这是一种白细胞 – 制造抗体来对抗它.抗体是一种微小的颗粒,甚至比细胞或大多数病原体小得多,它都将病原体标记为”非自身” 并有助于破坏病原体。结合到病原体上的抗体图示于下面的图1中。通常,许多抗体将与单一病原体结合。一旦与病原体结合,抗体通常会从白细胞获得帮助并破坏病原体。

人类生物科学项目绘制结合细菌的抗体。
图1。在免疫反应期间,抗体(以蓝色显示)与病原体结合(这里是细菌,以红色显示)。一旦与病原体结合,抗体通常会从白细胞中获得帮助以破坏病原体.注意:这些是不按比例绘制的简化图纸。

那么自身免疫性疾病与免疫系统有什么关系呢?如前所述,自我/非自我认知非常重要。这样,免疫系统就不会意外地制造出与其自身健康的人体细胞结合的抗体。发生这种情况时,称为自身免疫自身免疫反应。自身免疫是常见的,通常不严重。它也可能看起来有些随机,可能是因为原因通常不太清楚。但是,如果身体没有停止自身免疫反应,它就会变成自身免疫性疾病。在自身免疫性疾病中,免疫系统攻击体内的健康细胞(而不是攻击病原体)。对于不同的自身免疫疾病,这种情况如何发生是不同的。例如,在<乳糜泻中,免疫系统在一系列事件发生后攻击肠道,当抗体意外地与人正在吃的食物的一部分结合时(特别是麸质,一种在小麦中发现的蛋白质) )。

作为另一个例子,在 1型糖尿病中,自身免疫反应破坏了在人体内产生胰岛素的细胞(这可能导致人体摄入过多的糖)在他们的血液中)。在可见1型糖尿病的影响之前,可以检测自身免疫抗体(结合人自身健康细胞的抗体)。即使一个人患有自身免疫抗体,也不能保证他们患有1型糖尿病;然而,他们一生中患糖尿病的几率增加。他们拥有的自身免疫抗体越多,其风险就越大。

有几个因素会影响一个人是否患有自身免疫性疾病。一个人的遗传学 – 这是他们从父母那里获得的特征 – 是一个因素。换句话说,一个人的遗传学可以使他们遗传易感,或者更可能是获得自身免疫性疾病而不是具有不同遗传学的人。据说遗传学使他们更容易患上自身免疫性疾病的人患上自身免疫性疾病会增加风险风险。换句话说,他们比普通人更容易得到自身免疫性疾病,或者获得自身免疫性疾病的概率。影响一个人是否患有自身免疫性疾病的另一个因素是他们的环境,其中包括他们居住的地方,他们吃的东西以及他们所接触的东西。

尽管自身免疫性疾病很常见,但免疫系统实际上有几个检查点可以阻止自身免疫反应,因此它不会变成自身免疫性疾病。下面列出了三个主要检查点。请注意,这些是免疫系统实际执行的简化版本。

  1. 检查点1:有时制造白细胞(特别是B细胞,在骨髓中制造,或 T细胞,在胸腺中制造)具有自身免疫性,意味着它们的抗体与人体细胞结合。身体在逃离骨髓或胸腺之前必须将它们摧毁,否则它们会引起自身免疫性疾病。
  2. 检查点2:在触发免疫反应以对抗感染之前,某些白细胞(称为调节性T细胞)确保其他白细胞是不小心攻击身体自己的细胞。他们必须正确地完成工作,以防止自身免疫性疾病的发生。
  3. 检查站3:病原体在体内被破坏后,白细胞(特别是活化的T细胞和B细胞)必须自我破坏(通过称为凋亡的过程,发音为a-pop-toh-sis)来停止免疫反应,或它可能导致自身免疫性疾病。

自身免疫性疾病通常通过抑制或停止免疫系统来治疗,但这可能会产生许多不良副作用。通过更好地了解免疫反应,科学家和医生可以为自身免疫性疾病做出更好的治疗。

在这个科学项目中,您将使用M&amp; M的糖果和六面骰子制作免疫系统模型(使用上面列出的三个检查点),以了解一个人的遗传和其他环境因素如何影响他们是否患有自身免疫性疾病.模型是工程师和科学家构建的用于表示自然界中的对象或过程的东西,这使得学习更容易。它通常是该对象或过程的简化版本。例如,有时工程师会建造易于保持和检查的小型模型桥,这样他们就可以在构建真正的桥之前对其进行研究。在您的模型中,您将比较患有自身免疫性疾病风险较高的人与没有这种风险较高的人。为了模拟自身免疫反应的发生,你将从碗中挑选M&amp; M的糖果并寻找它们颜色之间的匹配。自身免疫反应是否会发展成自身免疫性疾病会受到某人遗传倾向的影响,使一些人的身体不太可能阻止自身免疫反应。在您的模型中,您将掷骰子(代表随机事件)以检查自身免疫反应是否会变成自身免疫性疾病。你会发现,如果有人患上自身免疫性疾病的风险较高,他们肯定会患上自身免疫性疾病吗?如果有人根据他们的遗传学不太可能患上自身免疫性疾病,他们还能患上自身免疫性疾病吗?打开一包M&amp; M的糖果,拿一个骰子找出来!

术语和概念

  • 免疫系统
  • 微生物
  • 病原
  • 感染
  • 免疫反应
  • 白细胞或白细胞
  • 自我/非自我认可
  • B细胞
  • 抗体
  • 自身免疫或自身免疫反应
  • 随机
  • 自身免疫性疾病
  • 遗传学
  • 遗传倾向
  • 风险增加或风险增加
  • 概率
  • 环境
  • T细胞
  • 模型

问题

  • 在免疫反应中,抗体有什么作用?
  • 身体会发生什么导致自身免疫性疾病?
  • 哪些因素会影响某人是否患有自身免疫性疾病?
  • 为了预防自身免疫性疾病,免疫系统有三大检查点?

参考书目

有关创建图表的帮助,请尝试使用以下网站:

材料和设备

  • M&amp; M(每种颜色中至少一种)。一小,1.69盎司。常规M&amp; M的包装应该足够了。或者,可以使用具有六种不同颜色或形状的其他小物体,例如塑料图案块,其可从中获得 Amazon.com
  • 碗或杯
  • 六面模具
  • 实验室笔记本

所有活动免疫疾病材料的照片
图2. 你需要一些M&amp; M的糖果,一个碗(或杯子),一个六面模具,以及你的实验室笔记本来做这个科学项目。

实验程序

测试免疫反应模型

在科学项目的这一部分,您将测试免疫反应的模型 – 包括三个旨在预防自身免疫性疾病的检查点 – 看看不同的人可能经常得到自身免疫性疾病。您将使用具有不同遗传倾向的人来测试模型,以获得自身免疫性疾病。由于您使用的是模型,因此您不会真正测试真实的人,而是使用M&amp; M的糖果选择来代表人们发生的自身免疫反应的随机过程。您将掷骰子以表示检查每个检查点在防止自身免疫反应变成自身免疫疾病方面的有效性。您将模拟人们不同的遗传倾向,并研究这会如何影响他们患上自身免疫性疾病的机会。

  1. 在实验室笔记本中,创建表1中的四个数据表。
    1. 每个数据表代表一组20人,他们具有不同的遗传倾向,使他们获得自身免疫性疾病的风险增加.
    2. 在每个数据表中,填写足够的列,以便列出20个人。
    3. 将每个数据表标记为以下之一:”一个检查点组的风险较高” ,”两个检查点组的风险较高” ,”所有三个检查点组的风险较高” ,以及”自身免疫组的正常机会” .

模型中的步骤 人1 人2 人3

人20
设置 选择了什么颜色?
检查点1 颜色匹配? (是/否)
如果是,那么死亡号码是多少? (1至6)
检查点2 颜色匹配? (是/否)
如果是,那么死亡号码是多少? (1至6)
检查点3 颜色匹配? (是/否)
如果是,那么死亡号码是多少? (1至6)
该人是否患有自身免疫性疾病? (是/否)
表1。在您的实验室笔记本中,制作四个这样的数据表。每个数据表将代表一组20人,他们对自身免疫疾病具有不同的遗传倾向。

  1. 对于”一个检查点组的高风险” 和”两个检查点组的高风险” 数据表,选择三个检查点中的任何一个来代表风险较高的人。
    1. 对于”一个检查点组的高风险” 数据表,选择三个检查点中的任何一个。
      1. 圈选或突出显示数据表上的检查点,或在实验室笔记本中记下它。
    2. 对于”两个检查点组的高风险” 数据表,选择三个检查点中的任意两个。
      1. 再次,圈选或突出显示数据表上的检查点,或记下它们。
  2. 打开M&amp; M的包装。在碗中,放置三种M&amp; M的每种颜色的糖果(红色,绿色,黄色,棕色,蓝色和橙色)。

    1. 如果您的包装中没有至少三种颜色,只要六种颜色中的每种颜色都相同,您就可以使用更少的M&amp; M糖果。
  3. 准备好您标题为”自动免疫组的正常机会” 的数据表。您将在下一步填写此内容。
  4. 按照图3中的说明 – “自动免疫模型” 流程图 – 。使用此步骤的步骤a-f中的说明来指导您完成整个过程,尤其是步骤5.d.当你有一个颜色匹配,然后需要掷骰子。
    1. 每当你随机摘一个糖果时,请远离碗,将糖果混合一点,这样你就不知道要选哪种颜色。不偷看!
    2. 在”设置” 行中,写下您在数据表中选择的糖果颜色.
    3. 在进行测试时,请务必将结果写入数据表。
      1. 如果您在测试检查点时不必掷骰子,请跳过”如果是,骰子数是多少?” 那个人的排。
    4. 如果您在测试检查点时选择匹配的颜色并掷骰子,则只有在骰子上滚动6时,测试才会结束。这意味着该人患有自身免疫性疾病。
    5. 请务必阅读蓝色的”它代表什么” 框,以便了解您的建模内容.
    6. 在”安装” 和每个检查点的开头,确保所有糖果都已归还到碗中,并且每种颜色的数量仍然相同。
测试自身免疫模型的流程图
图3. 这是您将在此科学项目中使用的模型的流程图。蓝框说明了模型的每个部分代表什么。当您按照模型中的步骤并填写每个数据表时,请记住蓝色的”它代表什么” 框。
  1. 浏览数据表中列出的20个人中的每个人的模型。
    1. 对于每个人,请务必填写底行,”该人是否患有自身免疫性疾病?”
  2. 完成第一个数据表的步骤5和6后,对其他三个数据表重复步骤5和6,并进行以下小改动以表示特定检查点的较高风险因素。如果您在检查点中选择了两种匹配的颜色,表明风险较高的人(您在步骤2中圈出或突出显示的那些),请使用以下说明确定是否发生自身免疫性疾病而不是5.d中说明的指示:
    1. 如果在模具上滚动2,3,4,5或6(但如果滚动1则不会),则应该对此人进行测试。这意味着该人患有自身免疫性疾病。您如何看待这个检查点风险较高的人会影响自身免疫反应是否会变成自身免疫性疾病?
  3. 完成后,您应该在四个数据表的每一个中测试代表20个人的内容,总共代表80人。

分析结果

在科学项目的这一部分,您将分析您的数据并确定遗传易感性如何影响一个人患自身免疫性疾病的机会。

  1. 在实验室笔记本中,制作如表2所示的数据表。

自身免疫组的正常机会 其中一个检查站组的风险较高 两个检查站组的风险较高 所有三个检查站组的风险较高
患有自身免疫性疾病的人的百分比
表2。在实验室笔记本中创建一个这样的数据表。它将用于总结您的结果。

  1. 对于您在”测试免疫反应模型” 中填写的四个数据表中的每一个,计算患有自身免疫疾病的人的百分比。
    1. 要对其中一个数据表执行此操作,请首先计算在底行写”是” 的次数(”该人是否患有自身免疫性疾病?” )。然后将该数字除以20并乘以100得到患有自身免疫疾病的人的百分比。
      1. 例如,如果在数据表中3人中有20人患有自身免疫性疾病,那么患有自身免疫性疾病的人的百分比将是3除以20,即0.15或15%。
    2. 将您的答案写在实验室笔记本中的数据表中,如表2所示。
  2. 制作您所制作的数据表的条形图,如表2所示。
    1. 您可以手动制作图表或使用类似的网站创建图表以在计算机上制作图表并进行打印。
    2. 将患有自身免疫疾病的人的百分比放在y轴上(垂直轴上下移动)。将四个不同的风险组(”自身免疫组的正常机会” ,”其中一个检查点组的高风险” 等)放在x轴(水平轴穿过)上。为每个风险组制定一个条形码.
  3. 查看数据表和图表,并尝试从结果中得出结论。
    1. 是否有至少有一个高风险检查站的人没有患上自身免疫性疾病?在没有得到自身免疫性疾病的所有三个检查站中风险较高的人怎么办?
      1. 这告诉你现实生活中患有自身免疫性疾病的风险增加的人是什么?他们有可能不会得病吗?
    2. 同样,那些没有高风险检查点的人仍然患有自身免疫性疾病吗?
      1. 这告诉你人们在现实生活中的风险是什么?
      2. 注意:在您的模型中,”自身免疫组的正常机会” 中的人仍然在遗传上易患自身免疫性疾病,但与其他组相比,他们的风险要低得多调查。从技术上讲,对于大多数 – 如果不是全部 – 自身免疫性疾病,除非你有遗传倾向,否则你认为你无法得到这种疾病.
    3. 与高风险检查点较少的人群相比,一组风险较高的检查站的人群中,患有自身免疫性疾病的人群的比例是否更高?
      1. 提示:比较只有一个检查点不同的组,例如一个高风险检查点与两个检查点相比,两个检查点与三个检查点相比,或者没有更高的风险检查点而不是一个检查点。
    4. M&amp; M’s糖果的颜色多次与”设定” 颜色相符(代表自身免疫反应),但骰子的滚动并未导致患者患上自身免疫性疾病?
      1. 如果颜色匹配,但模具滚动没有导致自身免疫性疾病,那么该人有一个自身免疫事件,没有变成完全自身免疫性疾病。您认为这会告诉您真实人群中自身免疫和自身免疫性疾病的发生情况吗?
    5. 总的来说,您的结果告诉您遗传易患自身免疫性疾病的可能性,以及实际患上自身免疫性疾病的可能性?这是你所期望的吗?你可以在做实验后解释你的结果吗?

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变体形式

  • 在这个科学项目中,您使用概率模拟免疫反应的不同部分,或者某个事件发生的可能性或机会,例如患有自身免疫反应的人变成自身免疫疾病。但是,在您使用的模型的每个部分发生了什么事情的概率究竟是什么?例如,在六面模具上滚动1的概率将是6中的1,因为在模具上有六个不同的数字.1除以6是0.17,或者有17%的几率滚动1.从一个总共六个糖果,每个都有不同颜色的碗中挑选某种颜色的M&amp; M’s糖果的概率是多少?尝试确定模型不同部分中某种结果的概率,特别是当M&amp; M的糖果被采摘时和模具滚动时。它如何与图2中”模型中代表什么” 部分相关?概率是否与您获得的结果相符?有关概率的帮助,请访问此网页:
  • 您是否可以调整此科学项目中使用的模型来模拟更大范围的遗传易感性以获得自身免疫性疾病?使用不同种类的模具,例如四面模具,八面模具,二十面模具等会有帮助吗?或者在模具上挑选其他数字以与”更高风险” 相关联提供更大的范围?
  • 如果您最初在碗中使用了一种特定颜色的M&amp; M,那么模型将如何变化?例如,如果你只有一个蓝色的M&amp; M’s糖果和两个其他颜色,该怎么办?你能用它来代表那些有更多或更少自身免疫反应的人吗?这可能代表不同的环境因素吗?
  • 选择一种特定的自身免疫性疾病并对其进行一些研究。您可能想要求成年人帮助您这样做。试着找出有关自身免疫性疾病的原因以及一个人获得自身免疫疾病的频率。如何使用模型对其原因进行建模?你能改变你的模型,使它成为特定疾病的更好模型吗? 提示:一种相当清楚的自身免疫性疾病是乳糜泻。注意,模型是真实的简化版本;他们的行为就像你喜欢学习的方面一样真实.
  • 在这个科学项目中,您可能会看到一个自身免疫事件发生(当M&amp; M的颜色匹配时)不会导致自身免疫性疾病。这种情况多久发生一次?您可以返回并分析四个不同人群的结果。弄清楚自身免疫事件发生的次数,它变成自身免疫性疾病的次数,以及它没有多少次。您是否根据风险较高的检查点数量看到与不同群体的相关性?
  • 你怎么能模拟免疫系统的其他方面? 提示:您可能需要首先了解有关免疫系统的更多信息,然后尝试找出如何最好地模拟它的不同部分。您可以再次使用骰子和糖果或其他东西来表示事件发生的不同过程或概率.
  • 您可以尝试一种不同的Science Buddies项目理念,模拟免疫系统的不同部分: