Activité pédagogique sur la mémoire immunitaire et la vaccination contre le coronavirus
Un vaccin contre la COVID-19
Problématique : Comment agit le vaccin pour empêcher le développement de la COVID-19?
Document 1 : Mémoire immunitaire et vaccination
Vidéo de l'Inserm sur la mémoire immunitaire : https://www.youtube.com/watch?v=m5SprSTxWfQ
Document 2 : La protéine S (Spike) du SARS-CoV-2, un antigène reconnaissable par le système immunitaire
Se trouvant à la surface du virus, la glycoprotéine S permet l’entrée du virus dans les cellules humaines via son interaction avec un récepteur, identifié comme étant l’enzyme ACE2, présent à la surface des cellules infectées. Plusieurs structures partielles de la glycoprotéine S, seule ou en complexe avec son récepteur ACE2, ont été déterminées. Ces informations structurales peuvent être exploitées pour d’une part l’identification d’inhibiteurs empêchant l’entrée du virus dans la cellule (antiviraux), et d’autre part, pour le développement de vaccins. Étant à la surface du SARS-CoV-2, la glycoprotéine S peut être reconnue par le système immunitaire. Les principaux anticorps neutralisants reconnaissent en effet cette protéine. Le développement d’un vaccin efficace contre SARS-CoV-2 nécessitera d’identifier les régions de la glycoprotéine S ayant un fort potentiel immunogène et entraînant une réponse immunitaire efficace et spécifique contre ce virus.
D’après Joanna Timmins. Quel rôle pour la cristallographie dans la lutte contre le Covid-19? Association Française de Cristallographie. 2020.
A) A partir de l’étude de ces 2 premiers documents, proposez une hypothèse explicative à la problématique.
B) Proposez ensuite une stratégie expérimentale qui permettrait de montrer que votre hypothèse est possible à l’aide des techniques d’immunodétection suivantes :
- le test Elisa : animation permettant de comprendre le principe du test Elisa http://www.phonat.fr/charger/ElisatestV2.swf
Schéma du test Elisa dit compétitif :
D’après https://acces.ens-lyon.fr/biotic/immuno/html/elisavar.htm
- le test d’Ouchterlony : le principe du test en vidéo
https://www.youtube.com/watch?v=YH6Bph95lss
Matériel disponible : sérum d’une personne n’ayant jamais été infectée par le SARS-CoV-2, sérum d'un patient guéri de la COVID-19, sérum d'un personne vaccinée contre la COVID-19, protéine S, emporte-pièce, boîte de pétri contenant de la gélose, comptes-goutte ou micro-pipette, gabarit de perçage, papier noir, lampe, lunettes de sécurité, gants.
C) Mettez en œuvre votre stratégie après sa vérification auprès du professeur.
D) Observer les résultats fournis sur fond noir avec une lumière rasante. Présentez vos résultats sous forme schématique et expliquez également par un schéma légendé la formation éventuelle d’arc(s) de précipitation. Exploitez ces résultats afin de déterminer si les personnes sont immunisées contre le SARS-CoV-2 après avoir développé et guéri de la COVID-19.
Exemple de résultat :
A : Antigènes (protéines S du SARS-CoV-2)
S1 : Sérum d’une personne qui n’a jamais été infectée par le SARS-CoV-2
S2 : Sérum du patient 1 guéri de la COVID-19
S3 : Sérum de la personne vaccinée contre la COVID-19
Document 3 : Une immunité mise en évidence chez le singe
Des essais expérimentaux ont été réalisés chez le singe afin de vérifier si le singe après avoir été infecté par le SARS-CoV-2 et guéri, présente une immunité suffisante pour ne pas déclarer de nouveau la maladie lors d’une réinfection : les 3 singes (M2, M3, M4) étudiés ci-dessous ont été infectés (par injection) par le SARS-CoV-2 humain et on a mesuré la charge virale traduisant la multiplication du virus, par des prélèvements les jours qui ont suivi l’infection. Après guérison, les singes M3 et M4 ont subi une seconde injection du virus (indiquée par le terme « Rechallenge » sur les graphiques), on a de nouveau testé la présence du virus suite à cette seconde injection chez les singes. En parallèle le taux d’anticorps spécifiques à la protéine S du coronavirus, a été mesuré par un test Elisa à partir du sérum des singes à différents temps après la première injection.
Figure a : détection de l’ARN viral du SARS-CoV-2 et mesure de la charge virale pour un prélèvement réalisé au niveau des fosses nasales. (Résultats comparables au niveau de la gorge ou de l’anus). Remarque : la charge virale a été mesurée aussi dans le corps du singe M3 après la seconde injection du virus, et s’avère nulle dans l’ensemble des organes testés.
Figure b : Niveaux d'IgG (anticorps) spécifiques contre la protéine S (Spike) du SARS-CoV-2 pour chaque singe. Les niveaux d'IgG spécifiques de l'antigène antiviral ont été détectés 3, 7, 14, 21, 28 jours après la première infection (dpi : days post infection).
D’après Linlin Bao et al. Lack of Reinfection in Rhesus Macaques Infected with SARS-CoV-2. BioRxiv. 2020
E) A partir des résultats obtenus par l’étude, déterminez si une mémoire immunitaire se met en place chez le singe suite à la première infection par le SARS-CoV-2 et si cela suffit à empêcher le développement du virus lors d’une seconde infection.
Vidéos complémentaires pour mieux comprendre le principe et l’importance de la vaccination :
Vidéo du réseau canopé : https://www.reseau-canope.fr/corpus/video/la-vaccination-75.html
Vidéo de Santé publique France : https://www.youtube.com/watch?time_continue=1&v=-sc7rpeJYnU