Lessenreeks immuniteit (niet gedaan)

Lessenserie 'Het Immuunsysteem in 6 stappen': scenario en resultaten
Overzicht lessenserie
Leerlingen ontwerpen in de lessenserie een model van het immuunsysteem. In figuur 1 worden
de belangrijkste elementen van het model weergegeven en beknopt toegelicht.
bacterie
B - cel
Tkiller - cel
viraal antigeen
macrofaag
virusgeinfecteerde cel
Figuur 1 Model van het immuunsysteem
Wanneer een ziekteverwekker (bacterie of virus) ons lichaam binnendringt, komt het immuunsysteem in actie. De bacteriën
worden hoofdzakelijk herkend en onschadelijk gemaakt door B-cellen en macrofagen. Virussen bevinden zich grotendeels in een
gastheercel. Deze virusgeïnfecteerde lichaamscellen worden hoofdzakelijk herkend en onschadelijk gemaakt door Tkiller-cellen.
Wanneer een bacterie is binnengedrongen kan deze worden herkend door een B-cel. De B-cel verhuist met de ziekteverwekker
naar een lymfeklier. Daar wordt een kloon gevormd van B-cellen met dezelfde type receptoren. Deze kloon van B-cellen, en de
antistoffen die ze produceren, verhuizen weer naar de plek van de infectie. Antistoffen kunnen dan binden aan het antigeen van
de ziekteverwekker. Een macrofaag is in staat het antigeen-antistof complex te herkennen en vervolgens te fagocyteren.
Wanneer virussen zijn vrijgekomen uit de gastheercel kunnen ze door een Tkiller-cel worden herkend. De Tkiller-cel verhuist
vervolgens naar een lymfeklier waar selectieve klonering plaatsvindt. De zo ontstane kloon van Tkiller-cellen verhuist weer
naar de virusgeïnfecteerde cellen. Indien een Tkiller-cel met zijn receptor bindt aan het door MHC gepresenteerde viraal antigeen
dan kan deze cel de geïnfecteerde cel 'lekprikken'. Indien hierbij nog virussen vrijkomen kunnen hiervoor antistoffen worden
gevormd waarna het antigeen-antistof complex door een macrofaag kan worden herkend en vervolgens gefagocyteerd.
Leerling ontwerpen dit model in 6 stappen. In de eerste stap gaan leerlingen na wat de functie is
het van het immuunsysteem en waarom het nodig is dat deze functie wordt vervuld. Vervolgens wordt in
vijf stappen nagegaan hoe deze functie kan worden vervuld (figuur 2). In elke stap staat één
ontwerpprobleem centraal. De ontwerpproblemen zijn zo gekozen en geordend dat aan de oplossing van
ieder ontwerpprobleem een nadeel is verbonden dat kan worden geherformuleerd in het volgende
ontwerpprobleem (zie figuur 2). De zes stappen kunnen in vijf lesuren van vijftig minuten worden
doorlopen.
Stap 1: Waarom hebben we een immuunsysteem nodig?
Stap 2: Hoe kan een binnengedrongen ziekteverwekker onschadelijk worden gemaakt?
Stap 3: Hoe kan worden voorkomen dat een macrofaag lichaamseigen materiaal fagocyteert?
Stap 4: Hoe kan voor ieder antigeen een receptor worden aangemaakt?
Stap 5: Hoe kan de trefkans tussen een B-cel met een juiste receptor en de ziekteverwekker worden
vergroot?
Stap 6: Hoe kan een virusgeïnfecteerde cel worden herkend en onschadelijk gemaakt?
Figuur 2: Overzicht van de stappen en de daarbijbehorende ontwerpproblemen
Elk ontwerpprobleem wordt volgens een vaste procedure behandeld (zie 2). Het probleem wordt
eerst klassikaal geïntroduceerd (klassikale introductie). Daarna probeert iedere leerling eerst zelf
oplossingen te bedenken voor het betreffende probleem (individuele denkfase). Vervolgens worden deze
oplossingen in vaste groepjes besproken en verder ontwikkeld (groepsbespreking). Tenslotte worden in
een klassikale evaluatie de eindoplossingen met bijbehorende nadelen van de groepjes geïnventariseerd
De docent bespreekt deze oplossingen en nadelen verder met de leerlingen. Deze bespreking leidt tot de
uiteindelijke oplossing met het bijbehorende nadeel. De docent biedt dan veelal nog enige extra
informatie aan over de uiteindelijke oplossing en vervolgens wordt het bijbehorende nadeel weer
geherformuleerd tot het ontwerpprobleem dat in de volgende stap centraal zal worden behandeld.
Leerlingen krijgen na afloop van iedere stap een aantal toepassingsvragen waarmee kan worden
nagegaan of ze de gewenste kennis hebben verworven.
Voor elke stap is een scenario ontwikkeld waarin het verwachte onderwijsleerproces en
de verwachte leerresultaten, in termen van gewenste kennis over het immuunsysteem, zijn geformuleerd.
We zullen per stap het verwachte onderwijsleerproces en de verwachte leerresultaten kort beschrijven en
dit vergelijken met het feitelijke verloop van het onderwijsleerproces en de feitelijke leerresultaten. Het
verwachte onderwijsleerproces kunnen we in verband met de toegemeten ruimte slechts op hoofdlijnen
weergeven. Voor de groepsbesprekingen wordt in een tabel weergegeven welke oplossingen en nadelen
we van leerlingen verwachten (zie bijvoorbeeld tabel 2). De oplossing die we verwachten dat leerlingen
uiteindelijk zullen kiezen is cursief gedrukt. In deze tabel zullen ook de feitelijk bedachte oplossingen en
nadelen van de verschillende groepjes worden weergegeven. Het feitelijk verloop van het
onderwijsleerproces zullen we illustreren aan de hand van protocollen. De verwachte leerresultaten
en de feitelijke leerresultaten zullen we niet per stap uitvoerig bespreken, maar hiervoor telkens
verwijzen naar overzichtsfiguur 3. In dit figuur is tevens weergegeven met welke toepassingsvragen
welke kenniselementen zijn vastgesteld.
Tabel 1: Overzicht resultaten van de toepassingsvragen
Nr.
stap
1
1
1&6
2
3
Gewenste kennis over
maatregelen en barrières
ter voorkoming
binnendringen
ziekteverwekkers
schadelijkheid bacteriën
schadelijkheid en
levenscyclus virussen
fagocytose door macrofagen
specifieke
herkenning
antigenen ziekteverwekker
middels specifieke
receptoren
Nr. van de toepassingsvraag
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
3
4
4
4
5
5
6
6
6
6
herkenning door
macrofagen
assistentie macrofagen
door B-cellen
herkenning door B-cellen
productie antistoffen door
genherrangschikking
circulatie B-cellen in bloed
en lymfe
klonale selectie door
B-cellen in lymfeklieren
herkenning
virusgeinfecteerde cel door
Tkiller-cellen
circulatie Tkiller-cellen
in bloed en lymfe
klonale selectie van
Tkiller-cellen in
lymfeklieren
onschadelijk maken
virusgeïnfecteerde cel
door T-killer cellen
Stap 1: Waarom is een immuunsysteem nodig?
verkort scenario
In deze stap ontdekken leerlingen de specifieke functie van het immuunsysteem en gaan ze na
waarom deze functie moet worden vervuld. Leerlingen weten waarschijnlijk al dat het immuunsysteem
ons beschermt tegen ziekteverwekkers zoals bacteriën en virussen. Omdat de meeste leerlingen
waarschijnlijk niet zullen weten waarom je ziek wordt van bacteriën en virussen legt de docent dit uit.
Virussen hebben een gastheercel nodig om zich te vermeerderen. Ze kruipen dus in lichaamseigen cellen,
vermeerderen zich daar en komen vervolgens weer vrij en brengen zo schade toe aan de lichaamscellen.
Bacteriën daarentegen kruipen niet in de lichaamscellen maar scheiden gifstoffen uit die onze cellen
kunnen beschadigen. De docent vraagt vervolgens aan leerlingen of we niet kunnen voorkomen dat de
ziekteverwekkers ons lichaam binnendringen. We verwachten dat leerlingen zich realiseren dat we
middels hygiënische maatregelen (bijvoorbeeld wassen) en lichamelijke barrières (zoals de huid,
slijmvliezen, hoesten, niezen etc.) gedeeltelijk kunnen voorkomen dat ziekteverwekkers ons lichaam
binnendringen. Maar waarschijnlijk zullen leerlingen zich ook realiseren dat bijvoorbeeld door wondjes
in de huid er toch altijd weer ziekteverwekkers deze barrières kunnen passeren. De docent geeft
vervolgens aan dat het de functie van het immuunsysteem is deze binnengedrongen ziekteverwekkers
onschadelijk te maken.
resultaten geïllustreerd en samengevat
Het onderwijsleerproces is verlopen zoals we hadden verwacht. Leerlingen noemen de volgende
manieren om te voorkomen dat ziekteverwekkers ons lichaam binnendringen: steriel maken, afsluiten
door de huid, slijmvliezen, hoesten, wassen en maagzuur. Ze realiseren zich ook tijdens de klassikale
evaluatie dat deze maatregelen niet volledig kunnen voorkomen dat ziekteverwekkers bij ons
binnendringen (protocol 1).
Protocol 1: Klassikale evaluatie stap 1
D.
Kunnen we met de barrières het nu helemaal voorkomen? Ik zie mensen nee schudden, maar
waarom niet?
PB.
Nou je wordt toch altijd weer ziek, dus
D:
Ja, je wordt toch af en toe weer ziek, maar hoe zou dat kunnen dan?
JD:
Er zit altijd wel een foutje in een huid, een wondje of zo.
Uit de resultaten van de betreffende toepassingsvragen (tabel 1) en analyse protocollen blijkt dat
leerlingen ook de gewenste kennis voor deze stap hebben verworven.
Stap 2: Hoe kan een binnengedrongen ziekteverwekker onschadelijk worden gemaakt?
verkort scenario
In deze stap gaan leerlingen na hoe eenmaal binnengedrongen bacteriën en virussen onschadelijk
kunnen worden gemaakt. Daarbij stelt de docent voor om eerst een oplossing te bedenken voor het
onschadelijk maken van bacteriën en vervolgens voor deze oplossing na te gaan of deze ook effectief is
voor virussen. Hiermee wordt voorkomen dat leerlingen voortdurend aan twee problemen tegelijkertijd
moeten werken. In tabel 2 staan de oplossingen en nadelen waarvan we verwachten dat leerlingen deze
zullen overwegen.
Tabel 2: Verwachte en feitelijk bedachte oplossingen en nadelen voor stap 2
verwachte oplossingen
stoffen die bacterie afbreken
feitelijk
bedachte opl.
(aantal
groepjes)
5
bacterie omringen
4
bacterie omringen en afvoeren
2
bacterie op laten eten door een eetcel
4
verwachte nadelen
* kan lichaamseigen materiaal aanvallen
* gifstoffen v.d. bacterie kunnen vrijkomen
* kan lichaamseigen materiaal aanvallen
* bacterie nog in lichaam
* kan lichaamseigenmateriaal aanvallen
* duurt lang
* veel cellen nodig
* kan lichaamseigen materiaal aanvallen
* kan geen virusgeïnfecteerde cel
onschadelijk maken
feitelijk
bedachte opl.
( aantal
groepjes)
5
4
2
2
4
1
We verwachten dat leerlingen na afweging van alternatieven uiteindelijk uitkomen op een soort
eetcel. Een eetcel eet de bacterie op en verteert hem (figuur 1). De bacterie hoeft zo niet uit het lichaam
te worden verwijdert, maar is wel definitief onschadelijk gemaakt en de gifstoffen van de bacterie komen
zo niet vrij. Een eetcel heeft echter, evenals de andere oplossingen, als nadeel dat ook lichaamseigen
materiaal ook kan worden aangepakt. We verwachten dat leerlingen dit nadeel onderkennen en in de
volgende stap zal dan ook worden nagegaan hoe dit kan worden voorkomen. Waarschijnlijk realiseren
leerlingen zich ook dat virusgeïnfecteerde cellen op deze manier niet onschadelijk kunnen worden
gemaakt, immers een eetcel kan lichaamscellen die in een hecht weefselverband liggen er niet tussenuit
eten. De docent geeft vervolgens aan dat het onschadelijk maken van virussen in een latere stap aan de
orde zal komen. In deze stap 2 zal de docent de leerlingen vertellen dat de eetcel inderdaad bestaat en
macrofaag wordt genoemd en dat het proces van opeten en verteren wordt aangeduid met fagocytose.
Vervolgens wordt er kort ingegaan op de rol van enzymen bij de fagocytose.
feitelijk onderwijsleerproces geïllustreerd en samengevat
Het onderwijsleerproces is grotendeels verlopen zoals verwacht. Alle groepjes komen veelal via
afweging van de verwachte alternatieven uit op een eetcel, en onderkennen dat een dergelijke cel ook
gevaarlijk kan zijn voor lichaamseigen cellen (zie tabel 2). Protocol 2 laat zien hoe leerlingen van groep
3 middels afweging van alternatieven uitkomen op een soort eetcel.
Protocol 2: Groepsbespreking groep 3 over stap 2
CL:
Ik had door cellen die de ziekteverwekkers meenemen en uit het lichaam verwijderen, volgens mij heb jij
dat ook trouwens.
JT:
Nee, ik heb niet dat ze uit het lichaam worden verwijderd. Gewoon inkapselen zeg maar. Een muur er
omheen bouwen. En jij?
KE:
Bij mij moeten ze er ook uit. Met iets wat het dan omsluit en dan er uit gaat, ik weet niet helemaal hoe ze dat
voor elkaar kunnen krijgen.
JT:
Maar het nadeel is dat ze nog door het hele lichaam heen moeten.
KE:
Ja en als ze (bacteriën: F.J) ook maar half vermenigvuldigd zijn, dan heb je er wel veel nodig in ieder geval.
CL:
JT:
CL:
JT:
KE:
JT:
CL:
JT:
KE:
CL:
JT:
KE:
CL:
JT:
CL:
KE:
JT:
Wat had jij voor nadeel?
Dat ze in je lichaam blijven zitten. Als je ze alleen maar inkapselt.
Maar zou er dan niet iets in kunnen zitten dat het dan afbreekt zodra het ingekapseld is? Dat daar iets, een
stofje inzit wat het dan af kan breken?
Ja maar dan weet ik niet of dat kunstmatig zou moeten zijn.
Geen idee! Hoe maak je zo iets?
Dat weet ik niet.
Misschien is er wel een ander stofje wat er dan in kan. Wat breekt een ding af? Hoe zou je dat kunnen
afbreken?
Dat weet ik niet.
Maar ze zijn zo wel onschadelijk. We hebben dus eigenlijk allemaal insluiten door een bepaalde cel en dan
moet het verwijderd worden.
Ja.
Bij mij blijven ze d'r in zitten.
Maar nog altijd door 'bepaalde' cellen.
Ja dat vind ik ook zo vaag, bepaalde cellen, dat bepaalde.
Ja.
Vind ik trouwens ook wel een goeie, gewoon dat ze erin blijven en dat die cel die omsluit zelf iets kan doen
waardoor ze afgebroken worden of zo.
Kan ook, je kan ook iets erbij doen.
Ja maar hoe moet je je dat voorstellen? Dan moet er dus iets in de cel zitten wat dan wel, want de bacterie
blijft dan.., komt eigenlijk niet in de cel. Hij blijft, ja hij wordt omsloten, dus hij zit er niet helemaal in, maar
dan moet er dus wel een stofje zijn wat er wel weer uit kan naar die bacterie toe, wat wel die cel kan verlaten
maar dan ook alleen naar die bacterie gaat en niks verder aantast.
In tegenstelling tot verwacht bleek slechts één groepje zich te realiseren dat een eetcel een
virusgeïnfecteerde cel niet onschadelijk kan maken. Waarschijnlijk hebben de meeste groepjes niet meer
aan virussen gedacht omdat de docent niet, zoals gepland, tegen het einde van de groepsbespreking hen
hierop heeft gewezen. In de klassikale evaluatie bleken enkele leerlingen zich wel te realiseren dat een
eetcel ongeschikt is voor het onschadelijk maken van virusgeïnfecteerde cellen en heeft de docent
aangegeven bestrijding van virusinfecties in stap 6 aan bod zal komen.
Analyse van de resultaten van de betreffende toepassingsvragen (tabel 1) en de betreffende
protocollen wijzen uit dat alle leerlingen de gewenste kennis hebben verworven.
Stap 3: Hoe kan nu worden voorkomen dat lichaamseigen materiaal wordt gefagocyteerd?
verkort scenario
In deze stap gaan leerlingen na hoe kan worden voorkomen dat lichaamseigen materiaal wordt
gefagocyteerd. We verwachten dat leerlingen inzien dat hiervoor een vorm van herkenning door de
macrofaag noodzakelijk is. Dit herkenningsprobleem bestaat eigenlijk uit twee deelproblemen: 'wat moet
de macrofaag herkennen?' en 'hoe herkent de macrofaag het?'. Wij verwachten dat leerlingen tijdens de
groepsbespreking herkenning van structuren op de ziekteverwekker zullen overwegen maar deze
oplossing zullen verwerpen. Ze zullen zich namelijk waarschijnlijk realiseren dat er heel veel
verschillende bacteriën en virussen zijn en dat er dan dus ook heel veel verschillende
herkenningsstructuren nodig zijn. Waarschijnlijk zullen leerlingen tijdens de groepsbespreking dan ook
uitkomen op een macrofaag die alles fagocyteert behalve wanneer het wordt herkend als lichaamseigen
materiaal (tabel 3).
Tabel 3: Verwachte en feitelijke bedachte oplossingen en nadelen voor stap 3
verwachte oplossingen
feitelijk
verwachte nadelen
bedachte opl:
aantal
groepjes
5
lichaamseigen materiaal herkennen en dan
niet fagocyteren
herkenning van:
3
cel moet worden beschadigd alvorens
DNA
herkenning kan plaatsvinden
3
stofje kan verspreiden
feitelijk
bedachte opl:
aantal
groepjes
5
3
2
herkenningsstofje
structuur aan de buitenkant
ziekteverwekker herkennen en dan wel
fagocyteren:
herkenning van:
structuur aan de buitenkant
-
herkenningsstofje
5
5
5
5
-
-
-
veel verschillende herkenningsstructuren
nodig
stofje kan verspreiden
5
-
Lichaamseigen herkenning heeft echter een zwaarwegend nadeel dat voor leerlingen
waarschijnlijk pas duidelijk wordt als ze over meer gedetailleerde informatie beschikken over de wijze
waarop een macrofaag iets herkent. Deze informatie wordt hen tijdens de klassikale evaluatie
aangeboden. Ze leren dan dat structuren die herkend worden antigenen heten, en de structuren waarmee
de macrofaag antigenen herkend eiwitten zijn en receptoren worden genoemd. De herkenning is
specifiek, dat wil zeggen een receptor herkent maar een type antigeen (figuur 1). Waarschijnlijk
realiseren leerlingen zich ook dat specifieke herkenning nodig is omdat anders de kans op fouten bij de
herkenning veel groter is.
Leerlingen realiseren zich dan waarschijnlijk ook het nadeel van lichaamseigen herkenning. Ze
weten receptoren eiwitten zijn en de informatie voor de aanmaak van deze eiwitten ligt dus op het DNA
ligt van de macrofaag. Nu kan DNA muteren en de receptoren kunnen dus veranderen. Indien een
macrofaag lichaamseigen materiaal zou herkennen zou elke verandering in de receptor er toe leiden dat
de macrofaag lichaamseigen materiaal niet meer herkent en dus fagocyteert. Leerlingen realiseren zich
dan waarschijnlijk ook dat bij herkenning van de ziekteverwekker dit nadeel zich in veel minder mate
voordoet. Mutaties kunnen weliswaar leiden tot verandering van de receptor maar zijn slechts zelden
fataal, alleen in het uitzonderlijke geval wanneer dit leidt tot een receptor die lichaamseigen materiaal
kan herkennen. We verwachten dat leerlingen dus begrijpen waarom macrofagen de ziekteverwekker
herkennen, ondanks het belangrijke nadeel dat dan voor heel veel verschillende antigenen receptoren
zullen moeten worden aangemaakt (zie stap 4).
Resultaten geïllustreerd en samengevat
Het onderwijsleerproces grotendeels verlopen zoals verwacht. Alle groepjes onderkennen het
nadeel van herkenning van de ziekteverwekker en kiezen tijdens de groepsbespreking, zoals verwacht,
voor structuurherkenning van lichaamseigen materiaal (tabel 3). In protocol 3 wordt dit voor groep 2
geïllustreerd.
Protocol 3: Groepsbespreking groep 2 stap 3
NR:
Nou wat zijn de verschillende oplossingen?
JA:
Nou, ik heb dus dat die bacteriën een eigen structuur hebben waaraan ze herkend kunnen worden. En
waardoor die macrofaag ook weet of het een slechte cel is of een goede.
JD:
Ja of gewoon, hij herkent alles wat qua vorm en uiterlijk van zichzelf is, en alles wat er niet aan voldoet, vernietigt ie gewoon. Denk ik.
JA:
Zou kunnen.
NR:
Is het niet heel sterk, of ja, dat ie dan alles kent van z'n eigen? En hoe herkent hij?
JA:
Door de uiterlijke structuur van de cel.
PS:
Zou het niet zo zijn dat het gewoon een enzym is en dat hij het DNA kan aflezen van eigen cellen.
JA:
Dat zou een stuk gemakkelijker zijn.
PS:
En dan kan hij verschil maken tussen: dit is van me eigen en dat is vreemd
JA:
Ja dat zou makkelijk zijn.
JD:
Nee, dat is het volgens mij toch ook niet, want hij kan niet in de cel het DNA aflezen. Dan is de cel al kapot.
NR:
Dat klopt. Dus dan moet het toch op de buitenkant gedaan worden. Aan de structuur dus.
JA:
Ja, maar dan moet wel zo'n macrofaag verdomd veel dingen weten, tenminste kunnen herkennen. Want daar
zijn me toch veel bacterieën.
NR:
Probleem. Nadeel.
JA:
Ja, een groot nadeel
NR:
Tsja. Dus door structuur, en dan verder. Hoe krijgt ie dat voor elkaar?
JA:
Geen idee.
JD:
Kweenie, misschien kan een macrofaag zijn eigen cellen wel herkennen? En als ie dan een andere cel heeft
die hij niet kan herkennen, dat ie die dan vernietigt. Van je eigen cellen heb je er minder verschillend.
In de klassikale evaluatie, nadat leerlingen informatie hebben gekregen over receptoren en
antigenen, blijken ze zich echter ook bewust van het nadeel van lichaamseigen herkenning (protocol 4)
Protocol 4: Klassikale evaluatie stap 3
(D=docent)
D:
Wanneer ontstaat er hier (wijst op het bord naar herkenning van lichaamseigen materiaal) een groot
probleem?
AK:
Ja, als je eigen cellen bijvoorbeeld veranderen.
D:
Als je eigen cellen veranderen, want dan?
AK:
Dan kan het immuunsysteem jouw ook aanvallen.
D:
Ja dus als je eigen cellen veranderen dan heb je een probleem, want dan vreet ie ze op, maar dat is beperkt
want hij vreet alleen maar die cellen op die veranderd zijn.
AK:
Of de macrofaag verandert.
D:
Precies, kijk. Als die macrofaag, als deze receptor verandert, stel nou dat door een foutje hij zoiets krijgt ja.
Dan herkent ie hem niet meer en dan vreet ie alles op wat ie tegenkomt. Waarom is dit probleem minder
groot hier (wijst op het bord naar herkenning ziekteverwekker).
JD:
Dan laat ie op z'n hoogst die bacterie zitten.
Analyse van de resultaten van de toepassingsvragen (tabel 1) en de protocollen wijzen uit dat
alle leerlingen de gewenste kennis behorend bij deze stap hebben verworven.
Stap 4: Hoe kan voor ieder antigeen een receptor worden aangemaakt?
Verkort scenario
Een macrofaag kan dus pas een ziekteverwekker onschadelijk maken nadat deze specifiek is
herkend. Specifieke herkenning van ziekteverwekkers heeft echter als nadeel dat voor vele miljoenen
verschillende antigenen receptoren moeten worden aangemaakt. In stap 4, de meest complexe stap uit de
lessenserie, gaan leerlingen na hoe deze diversiteit aan receptoren kan worden gegenereerd. Nu blijken
macrofagen niet zelf in staat te zijn voor ieder antigeen een receptor aan te maken. Herkenning van
antigeen wordt dan ook grotendeels 'uitbesteed' aan zogenaamde B-cellen. Deze B-cellen maken
receptoren die het celoppervlak kunnen verlaten (figuur 1). Deze uitgescheiden receptoren worden
antistoffen genoemd. Met de specifieke zijde ('kop') herkennen deze antistoffen antigenen op bacteriën.
Met de andere kant (de 'staart') kunnen ze binden aan speciale receptoren die deze staarten van
antistoffen kunnen herkennen, waarna de macrofaag de ziekteverwekker (inclusief antistof) kan
fagocyteren (figuur 1). Deze taakverdeling kan niet functioneel worden verantwoord voor leerlingen,
maar kan wel evolutionair worden verklaard (Langman, 1989). Deze verklaring is echter te complex
voor leerlingen. De geschetste taakverdeling wordt dan ook leerlingen tijdens de klassikale introductie
verteld. Het probleem dat leerlingen krijgen voorgelegd voor de groepsbespreking wordt dan ook: hoe
kan voor ieder antigeen door B-cellen een antistof worden aangemaakt?
We verwachten dat leerlingen als oplossing voor dit probleem, evenals veel immunologen in het
verleden varianten bedenken van een (Lamarckiaans) instructiemechanisme (tabel 4) (Janssen &
Verloop, 2003). De B-cel zou dan kunnen herkennen welk type antistof moet worden gemaakt en maakt
deze volgens gericht aan. Anders gezegd, het antigeen 'instrueert' de B-cel welke antistof moet worden
gemaakt. De leerlingen geven waarschijnlijk de voorkeur aan een gericht instructiemechanisme waarbij
informatie over de vorm van het antigeen wordt afgelezen door een soort vervormbare receptor op de Bcel, waarna deze informatie wordt vertaald in een DNA-code in de B-cel, die vervolgens antistoffen van
het juiste type kan gaan aanmaken. Leerlingen zullen daarbij waarschijnlijk wel een voorziening
bedenken om te voorkomen dat antistoffen voor lichaamseigen materiaal worden aangemaakt.
Tabel 4: Verwachte en feitelijk bedachte oplossingen en nadelen voor stap 4
verwachte oplossingen
geheugengestuurde instructie
blinde instructie
gerichte instructie
(bestaande uit vier componenten)
* informatie verwerven over antigeen d.m.v.
vervormbare receptor op B-cel, daarna
feitelijk:
aantal
groepjes
5
5
5
4
verwachte nadelen
* geen geheugen voor nieuwe antigenen
* kan ook antistoffen voor lichaamseigen
antigenen aanmaken
feitelijk:
aantal
groepjes
5
5
* gerichte DNA-aanmaak, daarna
* gerichte receptor aanmaak, tevens
* voorkomen vorming antistoffen tegen
lichaamseigen antigenen door een receptor
voor lichaamseigen antigenen
2
5
3
* receptor kan veranderen door mutatie
2
Nu werken B-cellen in werkelijkheid niet volgens een instructiemechanisme. Dit is namelijk
onmogelijk omdat in dit geval informatie over de vorm van een antigeen van de bacterie moet worden
vertaald in een DNA-code van een B-cel die dan pas de geschikte receptoren (eiwitten) kan aanmaken.
Leerlingen worden in de klassikale evaluatie dan ook uitgenodigd de informatieoverdracht van antigeen
naar DNA te doordenken en komen vervolgens waarschijnlijk ook tot de conclusie dat dit niet mogelijk
is. De docent kan vervolgens vragen aan leerlingen hoe dan toch voor ieder antigeen een antistof
aanwezig kan zijn als je niet gericht kan aflezen welke je nodig hebt. Leerlingen zullen zich dan
waarschijnlijk wel realiseren dat antistoffen moeten worden gemaakt door een soort (Darwiniaans)
variatie-selectiemechanisme. Er worden blind een heleboel verschillende receptoren aangemaakt waarna
de 'juiste' receptor wordt geselecteerd door het antigeen van de bacterie, waarna er vervolgens heel veel
antistoffen van het juiste type kunnen worden aangemaakt.
Leerlingen zullen echter dit mechanisme om verschillende redenen onwaarschijnlijk vinden. Zo
blijft onder meer onduidelijk hoe dan voor ieder antigeen het juiste DNA voor de productie van de juiste
antistoffen kan worden aangemaakt. Er zal dus een plausibel mechanisme moeten worden bedacht
waarmee in principe voor ieder antigeen het juiste DNA voor de bijpassende antistof kan worden
gemaakt. We verwachten dat leerlingen wanneer ze worden gestimuleerd hierover na te denken gewoon
blind aanmaken van DNA onwaarschijnlijk zullen vinden. De kans dat zo een code ontstaat voor een
functioneel antistof is uiterst klein, bovendien kunnen er zo ook antistoffen tegen lichaamseigen
materiaal worden gemaakt. Vervolgens kan leerlingen worden verteld dat vanwege de beperkte
capaciteit van ons genoom het onmogelijk is alle genen voor de productie van miljoenen verschillende
type antistoffen bij de geboorte al kant en klaar aanwezig te hebben.
Maar hoe kan dan voor ieder antigeen de juiste antistof worden aangemaakt als: a) benodigde
genen niet al van te voren aanwezig kan zijn; b) het benodigde DNA niet gericht kan worden
aangemaakt; c) blind aanmaken van DNA tot onvoldoende functionele antistoffen leidt. De feitelijke
oplossing voor dit probleem zullen leerlingen waarschijnlijk niet zelf kunnen bedenken. Zij hebben
namelijk geleerd bij moleculaire genetica dat 1 gen bestaat uit 1 stuk aangesloten DNA dat codeert voor
1 eiwit. Ook bij antistoffen codeert 1 gen voor 1 eiwit, maar het gen voor het eiwit is niet al compleet
aanwezig in het DNA maar wordt samengesteld uit een drietal stukjes DNA (gendelen) (figuur 2). Bcellen ontstaan door deling van stamcellen in het beenmerg. Een stamcel bevat alle gendelen voor het
maken van antistoffen (A1A2A3..B1B2B3…C1C2C3…) etc. Als een stamcel gaat delen wordt aan elke
dochtercel een bepaalde combinatie van gendelen meegegeven. Dus de ene B-cel krijgt (A1B1C1), de
andere B-cel (A1B3C2). Elke combinatie leidt nu tot een ander functioneel gen en dus uiteindelijk tot
een ander type antistof. Op deze manier kunnen dus heel veel verschillende type antistoffen worden
samengesteld uit een beperkt aantal gendelen. Dit mechanisme voor de productie van een grote
diversiteit aan antistoffen wordt genherrangschikking genoemd.
stamcel
B-cel
celcecel
cecelce
cceecel
celcelle
n
stamcel
DNA
B- cel
DNA
A1
A2
A3
A1
An
B1
B1
C1
B2
B3
Bn
A1
C1
C2
B3
C2
C3
Cn
Figuur 2 Genherrrangschikkingsmechanisme (sterk vereenvoudigd)
Omdat we verwachten dat leerlingen dit niet zelf kunnen bedenken wordt hen dit verteld. We
verwachten wel dat leerlingen twee nadelen zullen onderkennen van genherrangschikking. Als ze het
genherrangschikkingsmechanisme begrijpen zullen ze inzien dat elke B-cel maar één type receptor kan
aanmaken en dat dus de trefkans tussen een B-cel met juiste receptor en het antigeen heel gering is. De
docent geeft vervolgens dat ze dit probleem in de volgende stap gaan oplossen. Het tweede nadeel is de
enorme verspilling waartoe dit mechanisme leidt. Er worden immers blind een heleboel verschillende Bcellen aangemaakt met elk receptoren van een andere specificiteit. Maar alleen de B-cellen met
receptoren met de juiste specificiteit worden geselecteerd de rest gaat weer ten gronde en is voor niets
aangemaakt. De docent kan aangeven dat dit nadeel echter onvermijdelijk is omdat, zoals eerder is
beredeneerd, gericht aanmaken van antistoffen niet mogelijk is.
Resultaten geillustreerd en samengevat
Het onderwijsleerproces is grotendeels verlopen zoals verwacht. Alle groepjes komen in de
groepsbespreking middels afweging van alternatieven uit een op soort gericht instructiemechanisme
(tabel 4). Groepje 1 gaat echter een stap verder dan verwacht. Zij beschrijven in detail hoe bij een gericht
instructiemechanisme DNA kan worden aangemaakt en komen daarbij uit op een soort
genherrangschikkingsmechanisme (!). In protocol 5 wordt een gedeelte van het ontwerpproces van dit
groepje weergegeven.
Protocol 5: Groepsbespreking groep 1 stap 4
D=docent
PB:
Oké. De oplossing is: Geheugencellen! Als er ooit één in aanraking is geweest met een antigeen waar die op
dat moment effe geen antistoffen voor kan maken.
JR:
Hoe doe je dat bij de eerste aanraking?
PB:
Ja nou, bij die eerste aanraking wordt ie dan een beetje ziek van, ofzo. En dan maakt ie snel die antistof.
JR:
Maar hòe maakt ie die antistof, daar gaat het toch om?
AK:
Ja, dan is die structuur of zoiets die wordt afgemeten, en die B-cel maakt dan zo'n anti-stof. Nou, dan wordt
die ziekte bestreden, zeg maar. Daar kun je dan even ziek van worden, maar die structuur die wordt wel
onthouden, door geheugencellen.
(…)
D:
Wat hebben jullie tot nu toe bedacht
PB:
Wij hebben een B-cel die het antigeen kan opmeten, daar dan een antistof voor maakt en vervolgens dat
onthoudt voor een volgende keer.
D:
Zit er nog een nadeel aan deze oplossing
AK:
Ik ben bang van wel
JR:
Ja, die kan dan ook antistoffen maken tegen eigen cellen.
MV:
Nou dan moet je ze (antistoffen: F.J) allemaal klaar hebben liggen ofzo.
PB:
Ja maar dat kan dus niet.
MV:
Ja, want het zijn steeds verschillende.
AK:
Maar hij kan ze niet onderweg maken, want dan zou die ze ook voor z'n eigen kunnen maken.
MV:
Ja hij moet ze dus, op de een of andere manier moet hij die antistoffen uit elkaar zien te houden van zichzelf
en van bacteriën.
AK:
Ja.
PB:
Maar hoe. Maar hij kan ze dus wel maken, maar hij moet ze niet kunnen vervormen. Hij moet niet...
MV:
Daar moet dus iets tussen zitten. Waardoor het wel kan.
AK:
Heeft ie niet, een af andere code ofzo, met alle dingen erop, waar je allemaal verschillende dingen mee kan
maken, behalve die van zichzelf.
P/A/M: (tegelijk) DNA!
(..)
PB:
Nou, dan hebben we 't toch?? Dus effe samenvatten hè, dus er komt een bacterie aan, lbrlbrllbrlm, komt een
macrofaagje aan en die heeft vier of twintig, weet ik veel, van die ...
JR:
Maar niet de goeie.
PB:
Van die receptoren. Maar niet de goeie, ja. Dan komt de B-cel die antistofjes maakt. Die B-cel die gaat
onderzoeken en zo, dit en dat, dan kijken..
AK:
Welk DNA hij moet hebben voor dat stekkertje.
PB: Ja oke. En dan komt ie d'r achter het een bacterie is en dan maakt ie een anti-stof. En komt ie d'r achter dat
het een eigen cel is, dan doet ie niks.
(..)
JR:
Hij kan toch nooit van z'n leven al die codes hebben?
P/A/M: (tegelijk) Nee-éé.
AK:
Nee, maar je kunt combinaties maken. Net zoals met T, C, G, en A of zo. En dat ie daar die codes mee kan
maken, behalve z'n eigen.
MV:
Oh bedoel je het zo.
AK:
Ja.
D:
Jullie zitten warm. Heel warm.
(gelach)
AK:
Snap je?
MV:
AK:
MV:
AK:
MV:
PB:
Ja, ik snap het niet helemaal, want welke kan hij dan niet maken?
Ik bedoel hij heeft verschillende onderdeeltjes, zeg maar bouwstenen, waarmee die de code kan maken voor
de bijpassende antistof. Maar hij heeft niet de bouwstenen waarmee hij de code kan maken die hij zelf heeft.
Snap je?
Ja.
Ja nou 't is heel handig. Nou en dan komt er een bacterie aan en die B-cel ziet dat daar een AAT voor nodig
is, zal ik maar zeggen. Z'n eigen cellen hebben allemaal dit, bijvoorbeeld DDD. Hij kan dat niet maken.
Ja, ja. Dat zou kunnen. Maar stel dat dan die eigen cel muteert. Dan krijg je dus bijvoorbeeld AAA.
Maar het risico van mutaties dat zit er gewoon altijd in, ik bedoel welke oplossing je ook bedenkt, dat is
altijd.
In de klassikale evaluatie heeft de docent met de leerlingen, zoals gepland, de gerichte
overdracht van informatie van antigeen naar DNA geproblematiseerd. Leerlingen realiseren zich de
moeilijkheid van deze informatieoverdracht en concluderen dan ook dat variatie genereren dus niet
gericht en maar willekeurig (blind) moet verlopen. De docent heeft vervolgens in het tweede deel bij de
uitleg van genherrangschikking verwezen naar de oplossing van groep 1 die in feite het principe van dit
mechanisme al zelf hadden bedacht. Na uitleg van het genherrangschikkingsmechanisme blijken
leerlingen zoals verwacht het trefkansprobleem te onderkennen.
Protocol 6: Klassikale evaluatie stap 4
D= docent
D:
Er worden dus voortdurend door die stamcel nieuwe B-cellen aangemaakt, die zijn allemaal verschillend,
dat gebeurt gewoon at random, dus gewoon 'blind' gaat dat, hij maakt er willekeurig een heleboel aan.
CL:
Maar hoe weet ie dat dan?
D:
He?
CL:
Ja maar stel daar komt een macrofaag en die komt die bacterie tegen en hoe weet ie dan dat ie juist die B-cel
er naar toe moet. Dat die de juiste receptor heeft? Hoe vinden die elkaar?
D:
Nou, dat weet ie niet. Dat gaat dus toevallig. Die B-cel die moet die bacterie tegenkomen. En als ie' m
tegenkomt, dan gaat ie meerdere van deze antistoffen aanmaken, en die bindt aan het antigeen van de
bacterie en de macrofaag kan de bacterie vervolgens opvreten. Maar dat weet ie dus niet van te voren. Dat is
namelijk het volgende probleem: hoe zorg je dat die 'trefkans' groot genoeg is? Ja? Dus dat ie 'm inderdaad
tegenkomt. Als ie 'm niet tegenkomt dan heb je hier al dat werk voor niks gedaan. Ja?
Leerlingen onderkennen ook het andere verwachte nadeel van het variatie-selectiemechanisme:
er wordt veel voor niks aangemaakt. In tegenstelling tot verwacht wensen enkele leerlingen zich echter
niet bij dit nadeel neer te leggen en leidt dit nadeel toch weer tot een heroverweging van een gerichte
instructiemechanisme. Leerlingen onderkennen namelijk niet alleen het trefkansprobleem maar
realiseren zich ook de consequenties hiervan: als je niet de juiste B-cel kunt aanmaken of als de bacterie
de betreffende B-cel niet tegenkomt wordt je "kei-ziek' (zie protocol 7)'.
Protocol 7: Vervolg klassikale evaluatie stap 4
D=docent
D:
Nou ik heb wel een vermoeden, waarom jullie niet op dit idee zijn gekomen.
JT:
Het is gewoon hartstikke omslachtig.
D:
Het is omslachtig. Waarom is het omslachtig?
JT:
Omdat er heel veel misschien voor niks wordt gemaakt.
MV:
En als er dan een, zeg maar een heel onbekend antigeen is of zo, een nieuwe weet ik veel wat.. dan word je
keiziek.
D:
Als er geen antistof tegen kan worden gemaakt word je ziek ja.
PB:
Ja als je het niet kan maken, maar misschien kan je dat wel, maar heb je dat op dat moment niet.
D:
Ja dat is mogelijk. Het is gewoon.... een loterij, ja. Maar dan moet je je wel voorstellen, dit is een loterij
waarbij miljoenen loten per dag worden uitgegeven, dus er zit vaak wel een goed lot bij, maar het blijft een
loterij. Er kan namelijk niet worden gekeken, hee, deze bacterie komt binnen, dan moet ik dit maken. Zo
werkt het niet.
MV:
D'r wordt dus helemaal niks afgelezen?
D:
D'r wordt niks afgelezen, d'r wordt gewoon gemaakt, en dan hoop je dat je 'm tegenkomt, en als je 'm
tegenkomt, dan gaat die dus antistoffen maken.
Uit de resultaten van de toepassingsvragen (tabel 1) blijkt dat leerlingen de functie en werking
van het variatie-selectiemechanisme kennen en deze kennis ook kunnen toepassen. Uit de betreffende
protocollen blijkt echter dat sommige leerlingen echter nog niet overtuigd zijn waarom een
variatie-selectiemechanisme beter is dan een gericht instructiemechanisme.
Stap 5 : Hoe kan de trefkans tussen een B-cel met juiste receptor en de ziekteverwekker worden
vergroot?
Verkort scenario
In de vorige stappen is een model van het immuunsysteem ontwikkeld, bestaande uit twee
celtypen: B-cellen en macrofagen. De eigenschappen van en interacties tussen deze twee celtypen
stonden centraal. Met het trefkansprobleem wordt de aandacht verlegd naar de locaties in ons lichaam
waar deze cellen zich bevinden. We verwachten dat leerlingen een viertal deeloplossingen voor het
trefkansprobleem overwegen:
- circuleren van B-cellen door het bloed.
- B-cellen concentreren op plekken waar ziekteverwekkers ons lichaam binnenkomen.
- signaalstoffen waarmee B-cellen kunnen herkennen dat er zich ergens een ziekteverwekker bevindt.
- delen van B-cellen, zodat er meerdere B-cellen met het zelfde type receptor aanwezig zijn.
We verwachten tevens dat leerlingen zich realiseren dat alleen door een combinatie van deze vier
deeloplossingen het trefkansprobleem bevredigend kan worden opgelost.
Tabel 5: Verwachte en feitelijk bedachte oplossingen en nadelen voor stap 5
verwachte oplossingen
alleen circuleren van B-cellen
alleen concentreren van B-cellen op bepaalde
plekken
circuleren, concentreren en delen van de
'juiste' B-cellen
circuleren, concentreren, delen en afgifte
signaalstof
door
weefsel
waarin
ziekteverwekkers zich bevinden
feitelijk:
aantal
groepjes
5
5
5
verwachte nadelen
trefkans te klein omdat veel plekken niet
worden bezocht
plek waar ziekteverwekker komt is niet van te
voren bekend
specifieke plek van ziekteverwekker nog
onbekend
feitelijk:
aantal
groepjes
5
5
5
4
In de klassikale evaluatie worden vervolgens de vier deeloplossingen nader besproken.
Leerlingen wordt verteld dat B-cellen niet alleen circuleren in het bloed, maar ook in het lymfevatstelsel.
De situering van het lymfevatstelsel in ons lichaam wordt kort toegelicht. Tevens wordt aangegeven dat
B-cellen zich hoofdzakelijk concentreren in de lymfeklieren en dat deze lymfeklieren zich weer
hoofdzakelijk bevinden op de plekken waar ziekteverwekkers ons lichaam binnenkomen. Signaalstoffen
komen onder meer vrij bij beschadiging van lichaamseigen cellen als gevolg van activiteiten van
ziekteverwekkers. Tot slot wordt leerlingen verteld dat deling van B-cellen ook wel klonering wordt
genoemd.
Aan de hand van de volgende vraag worden leerlingen gestimuleerd om de vier
deelmechanismen in samenhang te plaatsen: beschrijf wat er achtereenvolgens moet gebeuren om
bacterieen onschadelijk te maken die binnenkomen bij een wondje aan je grote teen. Leerlingen zullen
zich waarschijnlijk realiseren dat: (1) signaalstoffen worden afgegeven door beschadigde cellen bij de
grote teen; (2) de B-cellen en macrofagen zo vanuit bloed- en/of lymfevatstelsel naar de plek des onheils
worden gelokt; (3) na binding 'juiste' B-cel met antigeen bacterie de B-cellen gaan delen; (4) de 'juiste'
B-cellen antistoffen gaan vormen die aan een antigeen van bacterie kunnen binden waarna macrofagen
dit complex kunnen herkennen en fagocyteren.
De docent kan aangeven dat dit grotendeels correct is maar dat in werkelijkheid de B-cel na
binding aan bacterie eerst verhuist naar dichtst bijzijnde lymfeklier, daar dan deelt en dat vervolgens een
hele kloon van deze B-cellen van daaruit weer naar de plek des onheils verhuizen. Leerlingen moeten
deze plek van deling weten voor hun eindexamen en daarom wordt ze dit hier verteld. Leerlingen kunnen
echter deze 'omweg' met hun kennis niet functioneel verantwoorden, het is immers veel logischer om
gewoon ter plekke al te delen. De plek van deling is echter wel functioneel te verantwoorden als
leerlingen kennis zouden hebben over de rol en functie van een ander type cel: de Thelper-cel. Het voert
echter te ver in deze lessenserie om het probleem te introduceren waar deze Thelper-cel een oplossing
voor is.
De docent kan nu leerlingen vragen wat het nadeel is van het tot nu toe ontwikkelde model van
het immuunsysteem. We verwachten dat leerlingen zich bewust zijn van het nadeel dat ze reeds in stap 2
formuleerde. Met dit systeem van B-cellen en macrofagen kan weliswaar effectief worden opgetreden
tegen bacteriën, maar er kunnen geen virusgeïnfecteerde cellen mee worden onschadelijk gemaakt.
Resultaten geïllustreerd en samengevat
Het onderwijsleerproces is grotendeels verlopen zoals verwacht. De meeste groepjes komen in
de groepsbespreking tot een mechanisme waarin vier deelfuncties worden vervuld: circuleren, concentreren, delen en signaleren (tabel 5). Protocol 8 laat zien hoe groep 2 tot het mechanisme met de vier
deelfuncties komen.
Protocol 8: Groepsbespreking groep 2 stap 5
PS:
Ja ik weet het niet, ik dacht misschien, sneller door het lichaam gaan of zo.
JA:
Maar hoe gaan ze door het lichaam?
PS:
Ja dat zou ik verder ook niet weten, ik weet het niet.
NR:
Door de zwaartekracht.
JD:
Door de bloedbaan. Gewoon, zorg dat ie overal komt.
JA:
Met de bloedbaan mee laten circuleren. Bloed zit bijna overal. Ben je het daar mee eens?
NR:
Ja.
JD:
Hij blijft dan nog... De kans blijft dan nog steeds klein, want stel dat er zeg, een B4 (F.J: een B-cel met een
receptor voor een bepaald type antigeen) gemaakt wordt, dan gaat die door de hele bloedbaan, dan is die
kans nog veeeeeel kleiner.
(…)
JD.
Ja de kans wordt nog kleiner. Want hij kan wel 100 keer rondgaan, terwijl die hem nog niet tegenkomt.
NR:
Ja, maar je bent met miljoenen. Als er miljoenen zijn dan zal er heus wel een hem tegenkomen.
JA:
Ja, er worden er gewoon miljoenen aangemaakt. Je moet je gewoon voorstellen dat er in elk adertje, elk
haarvatje, dat ze daar allemaal een keer langskomen. Om de zoveel tijd. Anders kun je wel bezig blijven, er
blijft natuurlijk altijd wel een probleempje.
NR:
Ik denk dat er elke dag wel zo'n ding overal langskomt hoor.
JA:
Ja en zo'n bacterie kan ook wel heééeeel eventjes blijven zitten voordat je er aan doodgaat.
JD:
Maar de trefkans blijft zeer beperkt.
D:
Ja. Dus zijn er nog additionele, extra dingen die de trefkans nog verder kunnen verhogen?
JD:
Zie je, dat zei ik toch. Dit is niet genoeg.
JA:
Additionele dingen, dus dat is wel een deel van de oplossing.
JD:
Ja, hoor.
PS:
Deel 1.
JA:
Misschien zodra er een wond is dat al die beesten zich op een bepaalde plek laten concentreren. Zodra er een
wond is.
JD:
Hoe weten ze dat er een wond is?
PS:
Nou waarschijnlijk als je cellen beschadigen. Is het niet zo dat als de zaak kapot gaat dat een stof wordt
uitgescheiden, een soort signaaltje.
JA:
Ja heel goed joh.
JD:
Maar niet elke bacterie komt via een wond binnen. Dat is ook weer een probleem.
PS:
En ik zit ook te denken. Als het (F.J: signaalstof) in de bloedbaan komt, dan zit de stof ook meteen in
je hele lichaam, dus dat schiet niet op he. Dat schiet niet op.
In de klassikale evaluatie verliep de inventarisatie van de afzonderlijke deelfuncties en de
bespreking van het complete mechanisme zoals gepland. Enkele leerlingen geven aan, zoals verwacht,
welke rol B-cellen en macrofagen vervullen in het mechanisme. Enkele leerlingen realiseren zich ook dat
met het tot zover ontwikkelde systeem virusgeïnfecteerde cellen niet kunnen worden aangepakt. Ze
wijzen echter niet, zoals verwacht, op de onmogelijkheid van onschadelijk maken, maar op het (ook
terecht) probleem van herkenning van virusgeïnfecteerde cellen. (protocol 9).
Protocol 9 Klassikale evaluatie stap 5
D=docent
D:
We hebben nu een prachtig systeem met B-cellen en macrofagen, zit daar nu nog een nadeel aan?
PB:
Daar kun je geen virus mee aan.
D:
En waarom kun je daar geen virus mee aan?
PB:
Omdat die in de cel zitten.
D:
En waarom kun je dan met een B-cel en een macrofaag geen virus in een cel aan?
PB:
Omdat het een eigen cel is.
D:
Ja. En als het een vreemde cel is, zou je hem dan aankunnen?
PB:
Daar zit ie niet in.
JR:
D:
JR:
Er zit geen vreemd antigeen op.
Dat is het ja. En waarom is dat belangrijk dat er een vreemd antigeen is?
Anders kun je er niet op reageren, dan heb je er geen receptoren voor.
Uit analyse van de resultaten van de toepassingsvragen blijkt dat een aantal leerlingen één aspect
van gewenste kennis niet beheersen. Enkele leerlingen blijken er toch vanuit te gaan dat de B-cel ter
plekke deelt en niet eerst naar de lymfeklieren verhuist alvorens te delen.
Stap 6: Hoe kan een virusgeinfecteerde cel worden herkend en onschadelijk gemaakt?
Verkort scenario
Nu leerlingen effectieve afweer tegen bacteriën hebben ontworpen gaan ze in deze laatste stap na
hoe kan worden opgetreden tegen virusgeïnfecteerde cellen. Eerst vraagt de docent de leerlingen waarom
een virusgeïnfecteerde cel eigenlijk onschadelijk moet worden gemaakt. Je zou namelijk ook kunnen
wachten totdat de virussen de cel weer verlaten en vervolgens deze vrijgekomen virussen aanpakken met
B-cellen en macrofagen. We verwachten dat leerlingen zich realiseren dat in dat geval de virussen zich al
weer vermeerderd hebben, en dus het risico voor een volgende infectie wordt vergroot. Leerlingen zullen
zich waarschijnlijk ook realiseren dat de virusgeïnfecteerde cel eerst zal moeten worden herkend voordat
deze onschadelijk kan worden gemaakt. In groepsbespreking gaan leerlingen dan ook na hoe een
virusgeïnfecteerde cel kan worden herkend en tijdelijk onschadelijk kan worden gemaakt.
We verwachten dat leerlingen zich zullen realiseren, middels afweging van alternatieven (tabel
6) dat viruseiwit niet kan worden herkend in de cel en dat virusherkenning dus buiten de cel moet
plaatsvinden door een cel met specifieke receptoren. Het viruseiwit zal daartoe dus eerst aan de
buitenkant van de cel moeten worden gepresenteerd. We verwachten verder dat leerlingen zich realiseren
dat na herkenning de virusgeïnfecteerde cel deze onschadelijk kan worden gemaakt door deze lek te
prikken.
Tabel 6: Verwachte en feitelijk bedachte oplossingen en nadelen voor stap 6
verwachte oplossingen
herkenning
- dna virus herkennen
- signaalstof afgegeven door
geïnfecteerde cel
- eiwitmantel van virus in cel herkennen
feitelijk
verwachte nadelen
bedachte opl:
aantal
groepjes
5
4
- niet mogelijk om vreemd DNA te
onderscheiden
5
- veronderstelt herkenning van viraal
antigeen binnenin de cel, dit is niet mogelijk
omdat een cel niet zoveel verschillende
specifieke receptoren kan aanmaken
- idem
-
- eiwitmantel van virus aan celoppervlak
presenteren en via cel met specifieke
receptor herkennen
-
onschadelijk maken
zelfvernieting
5
1
-
4
lekprikken
feitelijk
bedachte opl:
aantal
groepjes
5
4
-
-
5
- veronderstelt specifieke herkenning in de
cel, dit is niet mogelijk
- virussen kunnen vrijkomen
1
In de klassikale evaluatie vertelt de docent dan dat viruseiwit inderdaad door zogenaamde MHCmoleculen wordt gepresenteerd aan het oppervlakte van de virusgeinfecteerde cel (figuur 1). Als nu een
zogenaamde Tkiller-cel dit antigeen herkent, scheidt deze een stof af, perforine, waarmee gaten worden
gemaakt in het celmembraan van de virusgeïnfecteerde cel. De docent vraagt vervolgens aan leerlingen
wat er zou kunnen gebeuren als er door late detectie toch onverhoopt virussen zouden kunnen vrijkomen,
uit de lekgeprikte cel. Waarschijnlijk realiseren leerlingen zich dan dat macrofagen met hulp van Bcellen deze vrijgekomen virussen vervolgens kunnen fagocyteren.
Vervolgens vraagt de docent hoe voor al die verschillende virale antigenen Tkiller-cellen met
juiste receptoren kunnen worden aangemaakt. We verwachten dat leerlingen zich dan realiseren dat deze
variatie aan Tkiller-cellen evenals bij B-cellen door middel van genherrangschikking in stamcellen kan
worden aangemaakt. Vervolgens wordt leerlingen gevraagd hoe dan de trefkans kan worden vergroot
tussen een Tkiller-cel met de juiste receptor en virusgeinfecteerde cel. We verwachten dat leerlingen hier
ook een soortgelijke oplossing als voor trefkansprobleem bij B-cellen zullen bedenken: concentratie in
lymfeklieren, circulatie in bloed en lymfestelsel, signaalstoffen, en selectieve klonering na contact met de
virusgeïnfecteerde cel. De docent bevestigd deze oplossing en vermeldt erbij dat selectieve klonering van
een Tkiller cel evenals bij de B-cel pas plaats vindt in de lymfeklier.
Resultaten geïllustreerd en samengevat
De klassikale introductie is verlopen zoals verwacht. Leerlingen blijken zich inderdaad te
realiseren waarom virusgeïnfecteerde cellen onschadelijk moeten worden gemaakt.
Protocol 10: Klassikale introductie stap 6
D = docent
D:
Waarom hebben we eigenlijk een aparte cel nodig die dit oplost? Kunnen we niet gewoon zeggen: Nou, dat
virus komt hierin, die vermenigvuldigt zich, op een gegeven moment knapt die cel weer en komen de virussen vrij, en als ze vrij komen, wat kan er dan gebeuren?
JT:
Dan kunnen ze in de volgende cel gaan zitten.
D:
Dat is een nadeel, ze gaan in de volgende cel zitten. Maar als ze vrij komen kunnen ze dan wel worden
aangepakt?
JT:
Ja, want dan kan dit hele systeem ze gewoon aanpakken. Dan kunnen er antistoffen worden
gemaakt en die macrofaag kan dan zo'n antistof plus virus opvreten.
D:
Dus als ze al vrijkomen heb je geen probleem? Waarom moet je er dan toch iets mee doen, met
deze cel?
JT:
Ja, om ze niet te laten vermenigvuldigen
D:
Precies.
MV:
Ja anders verspreidt het zich toch.
D:
Ja, anders is het vechten tegen de bierkaai.
De groepsbesprekingen zijn echter heel anders verlopen dan verwacht. Omdat stap 4 veel langer
heeft geduurd dan verwacht, was er voor stap 6 veel minder tijd, in het bijzonder voor de
groepsdiscussie. De leerlingen hebben maar enkele minuten (!) de tijd gekregen om oplossingen en
nadelen te bedenken. De groepjes realiseerden zich dat herkenning nodig is, maar geen van de groepjes
kiest het verwachte herkenningsmechanisme. De meeste komen in de gegeven tijd niet verder dan
signaalstoffen afgifte.
Protocol 11: Groepsbespreking groep 4 stap 6
FH:
RH:
AR:
FH:
AR:
FH:
RH:
Zeg het maar, iemand.
Nou zullen we eerst effe herkenning doen?
Nou, ik heb als oplossing dat de cel waarin de virus inzit, dat die seintjes uitgeeft.
Red light Ieieieh.
Dat was toch net ook bij die bacterie, daar kon die beschadigde cel ook een lokstof uitscheiden.
Dus dan wordt ie door die seintjes herkend.
Ja, dat zou wel eens kunnen ja. Ja dat heb ik eigenlijk ook.
De meeste groepjes realiseren zich wel dat eenmaal herkende virusgeïnfecteerde cellen
onschadelijk kunnen worden gemaakt middels lekprikken. Het mechanisme van herkenning en onschadelijk maken door Tkiller-cellen is in de klassikale evaluatie wel behandeld zoals gepland. Wegens
tijdgebrek was het niet mogelijk dit opnieuw met leerlingen op te bouwen. De docent heeft verder wel de
consequenties van specifieke herkenning met de leerlingen doorgenomen, maar heeft niet verteld dat
Tkiller-cellen viraal antigeen eerst lymfeklieren moeten transporteren alvorens selectieve klonering kan
plaatsvinden.
Uit de resultaten van de toepassingsvragen blijkt dat leerlingen grotendeels adequate kennis
hebben over de functie en werking van Tkiller-cellen. De meeste leerlingen realiseren zich echter niet dat
de Tkiller cellen eerst naar de lymfeklieren moeten alvorens te delen. Bovendien kan op grond van de
beschikbare data niet worden vastgesteld of leerlingen hun adequate kennis over herkenning van
virusgeinfecteerde cellen door Tkiller-cellen ook functioneel kunnen verantwoorden.