Immunity QP New Syllabus (2010-2012)

Edexcel GCE in Biology © Edexcel Limited 2007 Sample Assessment Materials 59

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5. Vaccines are widely used to protect individuals from developing the symptoms of a range of bacterial and viral infections. The vaccine contains one or more of the antigens found on the pathogen. One such example is a vaccine for influenza (flu) that contains a cocktail of antigens from viruses that cause this disease.

The graph below shows the changes in concentration of antibody in the blood plasma following vaccination of an individual.

(a) Describe and explain the changes that occur in the concentration of antibodies in the blood plasma following vaccination.

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10

5 10 15 20 25 30

20

30

40

50

60

vaccinationTime after vaccination / days

Con

cent

rati

on o

f an

tibo

dies

in b

lood

pla

sma

/ dm

–3

Sample Assessment Materials © Edexcel Limited 2007 Edexcel GCE in Biology60

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(b) Mutations frequently occur in the flu virus resulting in a change in the antigens present on its surface.

(i) Explain the meaning of the term mutation.

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(ii) Suggest why the vaccine contains a cocktail of antigens.

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....................................................................................................................................... (2) Q5

(Total 10 marks)


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7. Tuberculosis (TB) is caused by the bacterium, Mycobacterium tuberculosis.

(a) The table below lists five structural features that may be found in bacteria and viruses. Put a cross in the box if the structural feature is present.

Structural feature Bacteria Viruses

Mesosome

Capsid

Nucleic acid

Cytoplasm

Ribosome(5)

(b) The table below shows the number of new TB cases recorded in 1994 and in 2004 from four different geographical regions. These data exclude people who are HIV positive.

YearNumber of new TB cases per 100 000 of the population

Africa Asia South America Europe

1994 148 629 98 48

2004 281 535 59 104

(i) Describe the trends shown by the data.

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(ii) HIV positive people were excluded from the data. If they had been included suggest how the data would differ. Give an explanation for your answer.

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(c) TB is increasing in some countries which have well-funded health services. Suggest two reasons for this.

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.......................................................................................................................................(2) Q7

(Total 12 marks)


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8. Bacteriostatic and bactericidal antibiotics are effective against bacterial cells but leave mammalian cells unharmed.

(a) (i) Distinguish between bacteriostatic and bactericidal antibiotics.

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(ii) Suggest why mammalian cells are unharmed by antibiotics.

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(b) Resistance to antibiotics is an increasingly severe problem around the world. More hospital patients are contracting diseases which cannot be cured using available antibiotics.

Suggest ways by which doctors and patients can help to prevent the further spread of antibiotic resistance in bacteria.

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(c) Describe a procedure that you have used to investigate the effect of different antibiotics on bacterial growth.

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TOTAL FOR PAPER: 90 MARKS

END

Q8

(Total 10 marks)

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*N36364A01724* Turn over

6 The diagram below shows the structure of Human Immunodeficiency Virus (HIV).

(a) State how the genetic material in HIV differs from the genetic material in the bacterium Mycobacterium tuberculosis that causes TB.

(2)

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Viral envelope

Envelopeglycoproteins

Core proteins

Genetic material

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*N36364A01824*

(b) One of the ways in which HIV may enter the blood is through the use of infected needles. Explain why unbroken skin is an effective barrier against HIV infection.

(2)

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(c) The table below shows the changes in the number of CD4 T-lymphocytes in the blood of a person infected with HIV, during the first 10 weeks after infection.

Time after infection / weeks

CD4 T-lymphocyte count/ cells per mm3 of blood

0 1050

1 980

2 810

3 600

4 520

5 490

6 480

7 500

8 530

9 580

10 600

(i) Describe the change in numbers of CD4 T-lymphocytes during the first 6 weeks after infection with HIV.

(2)

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19


*(ii) Explain the change in numbers of CD4 T-lymphocytes during the first 6 weeks after infection with HIV.

(5)

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(iii) Suggest one effect that this change would have on one other component of the infected person’s blood.

(1)

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(Total for Question 6 = 12 marks)

22

*N36364A02224*

8 Blood infection caused by the bacterium, methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA), has become a major concern in hospitals. This infection can be difficult to treat due to increasing resistance of MRSA to bacteriostatic and bactericidal antibiotics.

(a) Explain what is meant by the terms bacteriostatic antibiotic and bactericidal antibiotic.

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(b) The graph below shows the occurrence of MRSA infection in four hospitals, A, B, C, and D for the period from April 2001 to March 2005. The rate of MRSA infection in each hospital during each six-month period was recorded.

A

0.40 –

0.35 –

0.30 –

0.25 –

0.20 –

0.15 –

0.10 –

0.05 –

0 – –

Apr 01-Sept 01

– – – – –– –

B

C

D

Apr 02-Sept 02

Apr 03-Sept 03

Apr 04-Sept 04

Oct 01-Mar 02

Oct 02-Mar 03

Oct 03-Mar 04

Oct 04-Mar 05

–

Rate

of M

RSA

infe

ctio

n / a

rbitr

ary

units

23

*N36364A02324*

Compare the rates of MRSA infection in hospital A with those in hospital B.(3)

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QUESTION 8 CONTINUES ON THE NEXT PAGE

Turn over

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(c) MRSA is present on the skin of approximately 1 in 3 of all patients entering hospitals for treatment.

(i) Describe the most significant difference between the rate of MRSA infection in hospital D compared with those of the other three hospitals.

(1)

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(ii) Suggest why the rate of MRSA infection in hospital D differs from the rates in the other hospitals.

(3)

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TOTAL FOR PAPER = 90 MARKS

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4 Various non-specific responses of the body are involved in resistance to bacterial infections.

(a) Histamine, interferon and lysozyme are three substances involved in non-specific responses to infection.

For each of the following statements, put a cross in the box next to the name of the substance involved.

(i) Enzyme released in secretions that break down the cell walls of bacteria.(1)

A Histamine

B Interferon

C Lysozyme

(ii) Inflammation caused by a chemical released by white cells in connective tissue.(1)

A Histamine

B Interferon

C Lysozyme

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(b) The flow diagram below summarises some of the stages of phagocytosis, anon-specific response to a bacterial infection.

(i) Identify D, E, F, G and H by writing appropriate terms in the spaces below. (5)

D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

E . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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H . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

E produce F which bind to D and label bacteria

Labelled bacteria attach to F receptors on G

G engulfs labelled bacteria by forming vacuoles

Bacteria with D on surface enter blood

H is released into the vacuoles to destroy the bacteria

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(ii) Explain why the processes shown in the flow diagram will only happen in response to some types of bacteria.

(3)

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8 Antibiotics are used to treat bacterial infections in eukaryotic organisms.

(a) The table below describes some of the structures that are found in cells. Complete the table by writing the name of each of the structures described and stating whether it is found in prokaryotic cells only (P), eukaryotic cells only (E) or both types of cell (B).

(3)

Description Name of structure P, E or B

Enclosed by outer smooth membrane;inner membrane folded forming cristae

Long strand-like structure extending out from the cell; used for locomotion

Small, circular loop of double-stranded DNA

(b) Vancomycin is an antibiotic that kills bacterial cells by preventing the synthesis of peptidoglycan, a component of bacterial cell walls.

(i) State the term used to describe antibiotics, such as vancomycin, that kill bacterial cells.

(1)

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(ii) Suggest how bacterial cells are killed by vancomycin.(2)

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*N37095A02324*

(iii) Explain why doctors have been advised to limit the prescription of antibiotics.(2)

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(c) Describe how you could investigate the effect of different antibiotics on bacteria.(4)

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2 Bovine respiratory diseases (BRD) are a major problem in cattle, causing serious economic losses. The causes of BRD are multiple and complex.The most severe cases of BRD involve infections by both viruses and bacteria.

(a) The table below shows some features found in bacteria and viruses. For each feature, place one cross in the appropriate box, in each row, to show

whether it is found in bacteria only, in viruses only or in both bacteria and viruses.(3)

Feature Bacteria only Viruses only Both bacteria and viruses

Glycogen granules

Nucleic acids

Protein coat (capsid)

(b) Mild cases of BRD can usually be treated using antibiotics. The treatment of severe cases of BRD will involve the use of antibiotics and other

medications.

(i) Suggest why medications, other than antibiotics, are needed to treat the most severe cases of BRD.

(2)

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*N37490A0828*

(ii) The table below shows the effectiveness of various antibiotics on threespecies of bacteria that can contribute towards severe cases of BRD.

Antibiotic

Effectiveness of various antibiotics on three BRD bacterial

pathogens (%)

Mannheimiahaemolytica

Pasteurellamultocida

Histophilus somni

Danofloxacin 71 88 84

Enrofloxacin 83 93 95

Florfenicol 85 90 95

Oxytetracycline 56 70 55

Spectinomycin 72 76 67

Tilmicosin 61 64 93

A group of cattle has BRD but the bacteria pathogen has not been identified. Suggest which antibiotics would be the most suitable to use to treat these

cattle. Give reasons for your answer.

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(iii) Suggest why it might be advisable to change the antibiotic being used, in the treatment of these cattle, once the pathogen has been identified.

(3)

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13


4 Tuberculosis (TB) kills approximately three million people every year.Droplets containing the organisms that cause TB are released into the air when a person suffering from TB coughs. Transmission of TB occurs if these droplets are inhaled into the alveoli of the lungs.

In the lungs, the organisms are taken up by macrophages and carried to lymph nodes.

(a) (i) State one characteristic symptom of TB other than coughing.(1)

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(ii) Place a cross in the box next to the name of the organism that causes TB.(1)

A Macrobacterium tuberculosis

B Microbacterium tuberculosis

C Monobacterium tuberculosis

D Mycobacterium tuberculosis

(iii) Describe how the organisms that cause TB are taken up by macrophages.(3)

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(iv) Ingesting food containing these organisms is unlikely to lead to the development of TB. Give an explanation for this.

(2)

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*N37490A01428*

*(b) The graphs below show data related to TB and HIV infections in the population of central Africa from 1990 to 2008.

Graph 1 – The percentage of the population infected by TB

Graph 2 – The number of cases of HIV infection per 100 000 population

4.0

3.5

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.5

0.0

Perc

enta

ge in

fect

ed (%

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1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008

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450

400

350

300

250

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100

50

0

Num

ber p

er 1

0000

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1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008

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Discuss how far the data in the graphs support the following hypothesis.

The increase in HIV infection in central Africa has led to an increase in TB infection.

(4)

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*N37490A02628*

8 (a) Some of the ways by which a person may acquire antibodies to become immune to a disease are listed below.

A - artificial active

B - artificial passive

C - natural active

D - natural passive

Complete the table below by writing the letter of the most appropriate form of immunity shown in the list.

(2)

Source of antibodies Form of immunity

Passed across placenta to fetus from mother

Injected from another individual

Produced as a result of suffering from the disease

Produced following vaccination using antigen

(b) Methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) is a bacterium. When it enters the blood it can stimulate the production of several different clones of plasma cells. These produce a variety of antibodies (polyclonal antibodies).

Suggest an explanation for this.(4)

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*N37490A02728*

(c) In the laboratory, it is possible to produce clones of special cells that only produce one type of antibody (monoclonal antibodies). These monoclonal antibodies can be used to detect the presence of antigens in the blood.

Suggest the advantage of using monoclonal antibodies, rather than polyclonal antibodies, in the detection of antigens in the blood.

Give reasons for your answer.(3)

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*P38174A01728* Turn over

5 The skin has an important role in protecting the body from infection by pathogenic bacteria. Human skin has a community of microorganisms, called the skin flora, living on it. Most of these microorganisms are harmless bacteria that feed on dead skin cells and secretions.

(a) (i) State two ways in which the skin flora can help to protect a person from infection by pathogenic bacteria.

(2)

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(ii) Place a cross next to the part of the skin that forms a physical barrier against infection by pathogenic bacteria.

(1)

A Epidermis

B Erector pili

C Malpighian layer

D Sebaceous gland

(b) Influenza (flu) is caused by a virus. Sometimes antibiotics are used as part of the treatment for a person with influenza.

Suggest why antibiotics may be used as part of the treatment for influenza.(2)

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18

*P38174A01828*

(c) The overuse of antibiotics is causing concern. The table below shows the number of prescriptions for antibiotics per 10 000

population in the USA, given during treatment for influenza, from 2000 to 2006.

YearNumber of prescriptions per 10 000

population

2000 226

2002 164

2004 172

2006 142

(i) Calculate the overall percentage reduction in the number of prescriptions per 10 000 population in the USA from 2000 to 2006.

Show your working.(2)

Answer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . %

(ii) The target set by health authorities in the USA for the number of prescriptions per 10 000 population by 2012 is 128, an overall reduction of 43.4% since 2000.

Suggest whether this target will be achieved. Give an explanation for your answer.

(3)

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(iii) Suggest why health authorities in the USA are encouraging the reduction in the number of prescriptions of antibiotics.

(2)

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25


8 Human immunodeficiency virus (HIV) causes the condition known as acquired immunodeficiency syndrome (AIDS) in humans.

(a) Complete the following table by placing a tick ( ) in the correct column next to each statement to show whether it is true or false.

(3)

Statement True False

HIV infects b-lymphocytes in the human immune system

The genetic material in HIV is a form of RNA

The enzyme, reverse transcriptase, is used by HIV

(b) Following infection by HIV, the genetic material will be copied as the virus reproduces. A single virus reproduces at a very fast rate giving rise to billions of viruses in just one day.

During reproduction of HIV, many genetic mutations are produced. This means that many new strains of HIV can develop quickly within an infected person.

(i) Explain what is meant by the term genetic mutation.(2)

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*P38174A02628*

(ii) Suggest why effective treatment of HIV in human populations will require the continual development of a mixture of many new drugs.

(4)

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*P39505RA01424*

5 (a) The table below gives some of the features of bacteria and viruses.

Place one tick ( ) in each row to indicate whether the feature is found in bacteria only, viruses only or both bacteria and viruses.

(3)

Feature

Found in

Bacteria only Viruses onlyBoth bacteria and

viruses

Nucleic acid

Cytoplasm

Protein capsid

(b) In human populations, the bacterium, Helicobacter pylori, is associated with the development of severe chronic atrophic gastritis (SCAG) in the stomach. SCAG is the first step that can lead to the most common form of stomach cancer.

The table below shows the reported new cases of stomach cancer in 2006 in the UK.

The mean rate of stomach acid secretion for each age group is also shown.

Age group

/ years

Mean acid secretion

/ mg hour–1

New cases of

stomach cancer

11–15 170 0

16–20 160 0

21–25 150 0

26–30 120 0

31–35 100 4

36–40 90 10

41–45 60 55

46–50 60 95

51–55 60 183

56–60 50 263

61–65 40 424

66–70 40 633

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*P39505RA01524* Turn over

(i) Suggest why patients with SCAG may be given antibiotics as part of their treatment.

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*(ii) Using the information about SCAG and the data, describe and suggest explanations for the trends shown in the table.

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*P39505RA02024*

7 Infection with human immunodeficiency virus (HIV) can lead to the condition known as AIDS. In this condition, part of the immune system is destroyed.

(a) The genetic material in HIV consists of two strands of RNA.

Place a cross in the box next to the term used to describe each of the sub-units in a molecule of RNA.

(1)

A amino acid

B inorganic phosphate

C nucleotide

D saccharide

(b) (i) Name two types of cell that HIV enters in the immune system. (2)

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(ii) Explain how HIV is able to enter these cells.(3)

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*P39505RA02124* Turn over

(iii) Describe the sequence of events following infection of these cells by HIV, that may lead to the death of the patient.

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*P39505RA02224*

8 (a) The table below describes some features of the lymphocytes that are involved in the immune system.

Place a tick ( ) in the appropriate column to indicate whether the description is true or false.

(4)

Description True False

B and T cells are formed in the bone marrow

B cells stimulate T cells to produce clones of memory cells

T helper cells produce chemicals that destroy pathogens

B and T cells are able to form clones by mitosis

(b) A sample of blood was taken from a person with a bacterial infection. The photograph below shows some of the cells in this blood sample.

Suggest two reasons why the bacteria that caused the infection are not visible in the photograph.

(2)

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Red bloodcell Lymphocyte

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*P39505RA02324*

(c) Suggest how a further sample of blood, taken a few days later, might differ from the one shown in the photograph, in each of the following circumstances.

Give a reason for each answer.

(i) If the person is treated with antibiotic drugs.(2)

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(ii) If the person is given a placebo.(2)

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6 In the immune response, antibodies are produced that are specific to the antigens of the pathogen causing the infection.

(a) Place a cross in the box next to the type of cell that produces antibodies as part of the immune response.

(1)

A erythrocyte

B macrophage

C plasma cell

D thrombocyte

(b) In pigs, the disease known as post-weaning multisystematic syndrome (PWMS) is caused by the PCV2 virus. Common symptoms of PWMS include weight loss, breathing difficulties and enlargement of the lymph nodes. Most pigs diagnosed with PWMS will have to be destroyed.

A new vaccine has been developed to give gilts (female pigs having their first pregnancy) active immunity against PWMS. To test this vaccine, gilts were divided into two groups, A and B.

Group A gilts were vaccinated against PWMS on day 0, at the start of pregnancy. A second vaccination was given on day 20. A final vaccination was given on day 140, approximately 20 days before they were due to give birth.

Group B gilts were given no vaccine.

The graph below shows the results of blood tests to measure the concentration of PCV2 antibodies in these two groups.

5.0

4.5

4.0

3.5

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

0.5

0.00 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170

PCV2 antibodies / arbitrary units

Time / days

Group A

Group B

18

*P39511A01828*

(i) Describe how the vaccine gives active immunity against PWMS.(3)

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(ii) Apart from having no vaccine, suggest how group B should be treated during the test. Give reasons for your answer.

(3)

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19


(iii) Compare the changes in concentrations of PCV2 antibodies in the blood of the two groups of gilts during pregnancy.

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20

*P39511A02028*

(iv) The table below shows the concentration of PCV2 antibodies detected in the piglets produced by the two groups of gilts, during the first 40 days after birth.

Age of piglets

/ days

Concentration of PCV2 antibodies

/ arbitrary units

Group A piglets Group B piglets

0 3.9 0.7

10 3.2 0.8

20 3.0 2.6

40 2.9 2.9

Suggest reasons for the changes in the concentrations of PCV2 antibodies in group A and group B piglets.

(3)

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