Mémoire immunitaire - ressource
Prérequis, situation déclenchante et problématique
Simulation ou modélisation : différentes stratégies pédagogiques
Focus sur le programme
| Thème 3-A-3 - Le phénotype immunitaire au cours de la vie | |
| Connaissances | Capacités, attitudes |
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Une fois formés, certains effecteurs de l'immunité adaptative sont conservés grâce à des cellules-mémoires à longue durée de vie. Cette mémoire immunitaire permet une réponse secondaire à l'antigène plus rapide et quantitativement plus importante qui assure une protection de l'organisme vis-à-vis de cet antigène. La vaccination déclenche une telle mémorisation. L'injection de produits immunogènes mais non pathogènes (particules virales, virus atténués, etc.) provoque la formation d'un pool de cellules mémoires dirigées contre l'agent d'une maladie. L'adjuvant du vaccin déclenche la réaction innée indispensable à l'installation de la réaction adaptative. Le phénotype immunitaire d'un individu se forme au gré des expositions aux antigènes et permet son adaptation à l'environnement. La vaccination permet d'agir sur ce phénomène. La production aléatoire de lymphocytes naïfs est continue tout au long de la vie mais, au fil du temps, le pool des lymphocytes mémoires augmente. Objectif et mots- clés : Mémoire immunitaire, vaccins. Il s'agit de faire comprendre la base biologique de la stratégie vaccinale qui permet la protection de l'individu vacciné et de la population. On indique que l'adjuvant du vaccin prépare l'organisme au déclenchement de la réaction adaptative liée au vaccin, un peu comme la réaction inflammatoire prépare la réaction adaptative naturelle. |
Recenser, extraire et exploiter des informations sur la composition d'un vaccin et sur son mode d'emploi. |
(Bulletin officiel spécial n° 8 du 13 octobre 2011 - Nouveau programme de Terminale S en SVT)
Encart scientifique : au programme et au delà du programme, les différentes cellules impliquées dans le processus de mémoire
Le programme d'immunologie de terminale S indique : "Une fois formés, certains effecteurs de l'immunité adaptative sont conservés grâce à des cellules mémoires à longue durée de vie". Or, les cellules B mémoires ne sécrétant pas d'anticorps, ce ne sont pas des effecteurs. On peut donc penser que l'expression "certains effecteurs de l'immunité adaptative" fait référence à des plasmocytes à longue durée de vie. Ces derniers sont d'ailleurs mentionnés dans le document d'accompagnement du programme publié sur Eduscol.
Mais les courbes "réponse primaire" versus "réponse secondaire" présentées en routine dans les manuels de classe ne suggèrent pas l'existence de ces plasmocytes à longue durée de vie. Nous avons donc préféré, dans les activités proposées ci-après, mettre en relief les cellules mémoires comme cellules à longue durée de vie.
En réalité, il existe bien deux processus entrant en jeu pour assurer la mémoire immunitaire. Il s'agit des cellules mémoires à longue durée de vie sur lesquelles portent les activités proposées dans ce dossier, mais aussi des plasmocytes à longue durée de vie qui persistent après la première rencontre avec l'antigène et qui assurent le maintien d'un titre d'anticorps élevé même en l'absence de l'antigène.
Concrètement, les plasmocytes dont il est question dans les activités correspondent à des cellules activées et différenciées lors de la réponse primaire mais qui vont mourir au moment de la contraction clonale. En réalité une partie d'entre eux constituera un pool de plasmocytes à longue durée de vie. Ces plasmocytes à longue durée de vie viennent se loger dans la moelle osseuse au niveau de niche dite "plasmocytaire" avec un environnement favorable à leur survie. Ce sont ces plasmocytes à longue durée de vie qui assurent la sécrétion d'anticorps sériques protecteurs pendant des années à la suite d'une primo infection ou de la vaccination.
Les illustrations scientifiques ci-après permettent de concrétiser la notion de plasmocytes à longue durée de vie :
- Sur ce graphique, on voit bien les périodes entre deux rencontres avec l'antigène, pendant lesquelles les anticorps sont maintenus à des titres assez élevés. Cela correspond à l'activité des plasmocytes à longue durée de vie qui continuent de sécréter des anticorps.
- Sur cet autre graphique (tiré de Fiorino et al, 2013, Front. Immunol. 4:128), on a un exemple concret de réponse à la vaccination. Il s'agit de quatre réplicats d'une expérience d'immunisation avec rappel, utilisant un peptide OVA (ovalbumine) et un adjuvant chez la souris. La moyenne géométrique (GMT = geometric mean titer) représente les titres d'anticorps. On voit bien la persistance d'un titre d'anticorps élevé pendant de nombreuses semaines après l'injection de l'antigène.
Prérequis, situation déclenchante et problématique
Les élèves ont préalablement étudié les événements caractéristiques de l'immunité adaptative. La rencontre entre un antigène et les cellules de l'immunité adaptative qui lui sont spécifiques déclenche la sélection clonale, l'amplification et la différenciation clonale des effecteurs de l'immunité adaptative.
L'exploitation d'une expérience de référence est alors un moyen incontournable d'aborder la notion de réponse secondaire et ses particularités.
Il s'agit d'évaluer le nombre de plasmocytes sécréteurs d'anticorps anti-GRM (globules rouges de mouton) en réponse à deux injections de GRM, selon le protocole suivant :
- Des souris reçoivent une première injection de GRM au jour zéro.
- Parmi toutes les souris, la moitié subit des prélèvements de rate et de sang : une première souris le jour de l'injection, une seconde deux jours après l'injection, une troisième quatre jours après, etc.
- Les souris restantes reçoivent une seconde injection de GRM, le 30ème jour après la première injection. Des prélèvements de rate et de sang sont ensuite réalisés successivement tous les deux jours chez les différentes souris de ce deuxième lot.
- Les lymphocytes provenant de chaque prélèvement de rate sont mis en culture en présence de GRM. Le nombre de plasmocytes sécréteurs d'anticorps anti-GRM est apprécié à l'aide de la technique des plages de lyse. Par ailleurs, la quantité d'anticorps anti-GRM produite dans le sérum est évaluée.
Représentation simplifiée du protocole :
Les résultats obtenus sont les suivants :
D’après manuel Bordas Terminale S, 2012, p. 338
Le traitement des résultats aboutit au graphique suivant :
Il s'agit alors de rechercher les mécanismes permettant une réponse plus rapide et quantitativement plus importante lors de la deuxième rencontre avec le même antigène.
Simulation ou modélisation : différentes stratégies pédagogiques
Différentes scénarisations pédagogiques permettent de construire les notions du programme relatives à la mémoire immunitaire. Deux possibilités, parmi d'autres, sont présentées dans ce dossier.
Une première stratégie consiste à rendre les élèves acteurs de la construction d'un modèle.
Avant la classe, on fournit aux élèves :
- la description de l'expérience de référence et son résultat : mesures des effectifs des plasmocytes sécréteurs d'anticorps anti-GRM dans la rate et de la quantité d'anticorps anti-GRM dans le sérum après une première puis une deuxième injection de GRM. Il s'agit du "réel".
- un document scientifique présentant le support cellulaire de la mémoire immunitaire. Ce document a le statut de modèle proposé par la communauté scientifique.
Pendant la classe, on fournit un pré-modèle numérique dans lequel ne sont paramétrés que les entités et comportements correspondant à la première injection de GRM. L'activité des élèves sera de construire, à partir du pré-modèle, un modèle numérique de l'expérience complète tenant compte de la proposition des scientifiques puis de montrer son adéquation avec le réel.
Voir les détails du scénario pédagogique correspondant à cette démarche : "proposition 1 - mémoire immunitaire - pédagogie inversée - construction d'un modèle"
Une deuxième stratégie consiste à impliquer les élèves dans la compréhension de modèles sans aborder leur construction.
Dans ce cas, les ressources fournies aux élèves sont :
- la description de l'expérience de référence et son résultat : mesures de la quantité d'anticorps anti-GRM dans le sérum après une première puis une deuxième injection de GRM. Il s'agit du "réel".
- deux modèles numériques hypothétiques : l'un construit sur l'hypothèse d'une persistance des plasmocytes nés à la suite de la première injection, l'autre construit sur l'hypothèse de l'apparition de cellules mémoires à longue durée de vie. L'activité des élèves sera d'éprouver chaque modèle et d'exploiter le modèle validé afin d'arriver à un schéma du support cellulaire de la mémoire immunitaire.
Voir les détails du scénario pédagogique correspondant à cette démarche : "proposition 2 - mémoire immunitaire - démarche d'investigation - simulations numériques"
Voir le point scientifique sur la mémoire immunitaire.