Séquence 10. Le maintien de l intégrité de l organisme : quelques aspects de la réaction immunitaire. Sommaire

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1 Séquence 10 Le maintien de l intégrité de l organisme : quelques aspects de la réaction immunitaire Sommaire Chapitre 1. Pré-requis Chapitre 2. La réaction inflammatoire, un exemple de réponse innée Chapitre 3. L immunité adaptative, prolongement de l immunité innée Chapitre 4. Le phénotype immunitaire au cours de la vie Synthèse Exercices Glossaire 1

2 Chapitre 1 Pré-requis Exercice 1 Les micro-organismes qui nous entourent - Réaliser un dessin d obervation et rechercher Exercice 2 Calendrier de vaccination - S informer Exercice 3 Barrières naturelles et portes d entrée de notre organisme pour les microorganismes qui nous entourent - Légender un schéma et s informer Exercice 4 Observation de frottis sanguin - Identifier des cellules sanguines Exercice 5 La pénicilline, une découverte d Alexander Fleming - Adopter un raisonnement scientifique Exercice 6 «Les antibiotiques, c est pas automatique.» - Raisonner Exercice 7 La synthèse des protéines - Compléter un schéma fonctionnel Exercice 1 Les micro-organismes qui nous entourent Il arrive parfois lorsque l on oublie un morceau de pain, que celui-ci se recouvre d un feutrage de filaments blancs ou verdâtres, c est de la moisissure. Ce feutrage est en fait du mycélium, c est-à-dire des filaments constituant les champignons. Selon les champignons, le mycélium peut être : E non cloisonné : Il s agit de la mucorale du pain ou Rhizopus nigricans, E cloisonné en plusieurs cellules. L appareil assurant la reproduction asexuée, le conidiophore, portant les spores est sous forme de : vésicules : il s agit de l Aspergillus petits pinceaux : il s agit de Penicillium. Ces moisissures utilisent facilement les sucres rapides et l amidon contenu dans le pain, ce qui explique son développement rapide sur ce dernier. Ils sont saprophytes. 3

3 Questions 1 Réaliser un dessin d observation des moisissures de pain et légender ce dessin. Identifier cette moisissure à l aide des informations trouvées dans le texte. Observation de moisissure de pain au microscope optique X100 Mon dessin est réussi si : il est soigné : les traits de légende sont sans flèche et à l horizontal, il n y a pas de trace de gomme, il est réalisé au crayon à papier. il est légendé il a un titre le grossissement est indiqué une phrase de conclusion est ajoutée 2 Compléter le tableau ci-dessous à l aide de recherches internet. Maladie : Paludisme Grippe Méningite Mycose Micro-organisme responsable Type d organisme Lieu de vie Taille (µm) Mode de transmission 3 Rechercher des exemples de maladies dues à des bactéries, des bacilles, des virus, des parasites et des champignons. 4 Expliquer pourquoi certaines fois, lorsque l angine bactérienne est très forte, une scarlatine se déclare en même temps. Exercice 2 Questions Calendrier de vaccination 1 Chercher dans votre carnet de santé les maladies pour lesquelles vous êtes vaccinés. Réaliser un calendrier vaccinal. Comparer votre calendrier vaccinal avec celui de votre entourage. N hésitez pas à demander celui de vos parents. Expliquer pourquoi on ne vaccine pas toujours contre les mêmes maladies au fil des années. 4

4 2 Justifier le fait que chaque hiver il faut se refaire vacciner contre le virus responsable de la grippe. Exercice 3 Questions Barrières naturelles et portes d entrée de notre organisme pour les micro-organismes qui nous entourent. 1 Définir les mots contamination et infection 2 Compléter le schéma ci-dessous en indiquant les moyens d entrer des micro-organismes et les barrières naturelles de notre organisme pour éviter la contamination. Indiquer si cette barrière est une barrière mécanique par un m ou chimique par un c sur le schéma. Les portes d'entrée Les barrières naturelles 3 Définir les termes asepsie et antisepsie. Exercice 4 Observation de frottis sanguin Observation de frottis sanguin au microscope optique X40. 5

5 Questions Exercice 5 1 Légender la photo ci-dessus en utilisant les mots : hématie ou globule rouge ; globule blanc ou leucocyte, lymphocyte, granulocyte et macrophage. 2 Sachant qu une hématie mesure 7 µm de diamètre, calculer la taille réelle d un lymphocyte et d un macrophage. La pénicilline, une découverte d Alexander Fleming (1928) Sir Alexander Fleming est un biologiste et un pharmacologue britannique. En 1928, il découvre que les bactéries au contact d une moisissure pénicillium sont détruites. Boite de Petri sans bactéries En juillet 1928, Fleming part en vacances en laissant sur son bureau des boites de Petri ensemencées de bactéries Boite de Petri avec bactéries Scotland me voici! Je rangerai mon bazar à la rentrée En septembre 1928, il rentre et constate que ses boites ont moisi. Il fait aussi une observation qui sauvera des millions de personnes Plutôt que tout mettre à la poubelle, je vais analyser cette curieuse moisissure My god, un Penicillium notatum Il emet alors l hypotèse que la moisissure fabrique une molécule capable de tuer les bactéries. Pour valider ou rejeter cette hypothèse, il réalise l expérience suivante : Protocole Quelques heures 1 Un peu Pénicillium notatum est ensemencé sur milieu nutritif liquide 2 Témoin avec un rond trempé dans l'eau Au bout de quelques jours, un morceau de buvard est trempé dans le milieu où a poussé le Pénicillium notatum et déposé sur une boite de Pétri couverte de bactéries Zone où les bactéries sont vivantes 3 Zone où les bactéries sont mortes Question À l aide d une exploitation rigoureuse, expliquer la découverte de Fleming. Indiquer alors dans quel cas le médecin prescrit un traitement antibiotique. 6

6 Exercice 6 «Les antibiotiques, c est pas automatique.» 7 maladies sur 10 sont d origines virales. Lorsque la maladie est d origine bactérienne, le médecin réalise une antibiothérapie qui dure souvent 7 jours. La plupart du temps, les patients suivent correctement le traitement, mais certaines fois le patient arrête la prise des antibiotiques dès la disparition des symptômes. Des mesures ont été réalisées pour savoir comment les bactéries réagissaient à un traitement de 7 jours et à un arrêt du traitement avant la fin : jours Prise des antibiotiques oui oui oui oui oui oui oui Présence de microbes moyennement sensibles Sensibles Très sensibles Prise des antibiotiques oui oui oui non non non non Présence de microbes moyennement sensibles Sensibles Très sensibles jours Questions 1E xpliquer l impact d un arrêt prématuré du traitement antibiotique. Pour cela, expliquer pourquoi ne pas suivre correctement le traitement est une conduite à risque pour l individu et pour l ensemble de la population. S T ous les antibiotiques ne sont pas efficaces contre les bactéries. Pour connaître l antibiotique qui sera le plus efficace contre une souche de bactérie, le médecin demande au patient de réaliser un antibiogramme : Antibiogramme réalisé pour traiter une personne atteinte d une infection bactérienne. P Témoin E A O T S = stéptomicine E = erythromycine P = pénicilline O = oracilline T = tétracycline A = ampicilline 2C hoisir l antibiotique le plus approprié ici, justifier votre réponse. 7

7 Exercice 7 La synthèse des protéines NOAU réticulum endoplamique granuleux et ses ribosomes CTOPLASME T A C G T G T A C C T T T G A G A G GGG ADN acides aminés sang Questions 1 Légender le schéma de la synthèse des protéines en utilisant les mots : ADN, ARNm, protéine, nucléotide transcription, traduction gène 2 Compléter la séquence nucléotidique du brin transcrit, de l ARNm et de la protéine (utiliser le code génétique). 3 À l aide de vos connaissances, expliquer la différence entre une molécule du «soi» et un antigène. Pour cela, vous pouvez commencer par donner la définition d antigène. Bilan du chapitre 1 De nombreux organismes de taille microscopique nous entourent, ce sont des microbes ou micro-organismes. Ils sont très variés : acariens, levures, moisissures, bactéries Certains sont utiles à l Homme ; les bactéries pour fabriquer les yaourts ou le fromage, les champignons type penicillium pour le roquefort D autres micro-organismes sont pathogènes, ils provoquent des maladies. Les bactéries sont des cellules procaryotes : leur ADN est inclus dans le cytoplasme, elles ne possèdent pas de noyau, lui-même limité par une membrane doublée d une paroi de nature chimique complexe. Les virus sont des assemblages moléculaires beaucoup plus simples : le matériel génétique (ADN ou ARN selon le virus considéré) est associé à quelques enzymes et quelques protéines d enveloppe. 8

8 Lorsque les micro-organismes pathogènes pénètrent dans l organisme, c est la contamination. La transmission, c est-à-dire le transfert d un individu à un autre, peut se faire de différentes façons : par l air, l eau et les aliments, les objets, le sang ou lors de rapports sexuels. La peau et les muqueuses, qui tapissent les voies oropharingiennes et digestives, les voies respiratoires et urogénitales, forment des barrières naturelles qui limitent l entrée des micro-organismes dans notre organisme. Ce sont tout d abord des barrières mécaniques, véritables murs d enceinte de notre organisme. En effet, les cellules très étroitement juxtaposées sont imperméables à la plupart des agents infectieux. En surface de certaines muqueuses, un film de mucus animé par les battements de cils vibratiles permet de fixer, enrober puis évacuer vers l extérieur la plupart des particules ou êtres vivants étrangers. À cela, s ajoute une barrière chimique. Les larmes, la sueur, le suc gastrique sont de ph acide, ce qui tue la plupart des agents pathogènes. Enfin, on trouve une barrière biologique, dans notre tube digestif, estomac et intestin, la flore intestinale est constituée de bactéries type Escherichia coli. Cela représente dix fois plus de cellules que le nombre de cellules humaines dans le corps, équivalent à un poids total d un kilogramme et demi. Ces bactéries, recevant gite et nourriture, aident à la digestion de substances comme les cartilages et la cellulose ; fabriquent de la vitamine K essentiel à notre organisme et entrent en compétition avec les bactéries pathogènes, limitant ainsi leur prolifération. Mais une fois entrée dans l organisme, les micro-organismes tendent à se multiplier c est l infection. Ces micro-organismes vivent : E Dans des cellules hôtes pour les virus et certains parasites, E Dans le milieu intérieur pour les bactéries. Si les bactéries passent dans le sang, il y a infection généralisée : c est la septicémie. Certaines bactéries, comme celles responsables du tétanos, libèrent dans le sang des molécules toxiques, les toxines ; il y a toxémie. L Homme utilise des moyens de lutte contre les micro-organismes pour limiter et stopper toute contamination ou infection : L utilisation de préservatif permet de lutter contre la contamination par les agents des MST (maladies sexuellement transmissibles) comme le SIDA (syndrome de l immunité déficiente acquise). Afin de limiter la contamination par l air, l eau et les objets ; on utilise l asepsie. Cette pratique permet d éliminer tous les micro-organismes dans un milieu (salle d opération, cabinet de dentiste ). Les antiseptiques en détruisant les micro-organismes au niveau de la plaie, empêchent l infection. 9

9 Malgré toutes ces précautions et barrières naturelles, il arrive que certains micro-organismes arrivent à pénétrer notre organisme. 7 maladies sur 10 sont d origines virales. Lorsque la maladie est d origine bactérienne, l utilisation d antibiotiques appropriés permet d éliminer ces bactéries pathogènes. Les antibiotiques sont sans effets sur les virus. Les médecins doivent donc identifier l origine de la maladie et l efficacité d un antibiotique avant de le prescrire. De plus, l organisme peut se défendre contre une contamination bactérienne ou virale : on parle de réactions immunitaires. Cela signifie avant tout sa capacité à reconnaître ces micro-organismes comme des corps étrangers potentiellement dangereux. Tout organisme peut donc faire la différence entre ce qui lui appartient en propre, le soi et ce qui est étranger le non soi. Cela est possible grâce à l unicité génétique de chaque individu. Le «soi» est le support de l identité biologique de chaque être vivant, c est-à-dire l ensemble des molécules (protéines) résultant de l expression de son génome. On trouve ainsi plusieurs exemples de marqueurs membranaires, caractéristiques du soi, à savoir le système ABO, marqueurs des groupes sanguins et les protéines HLA (Human Leucocytes Antigens), principaux marqueurs de l identité de chaque individu. Ils sont présents à la surface de toutes les cellules nucléées (à l exception des hématies), en particulier sur les leucocytes (ou globules blancs) où l on a pu en dénombrer jusqu à par cellule. Ainsi, le non soi est défini comme l ensemble des molécules différentes du soi, qui, présentes dans l organisme, vont déclencher des réactions immunitaires. Ces molécules étrangères au soi sont qualifiées d antigènes. Les protéines sont des molécules composées d un enchaînement d acides aminés. Elles remplissent de nombreuses fonctions dans le métabolisme cellulaire, contribuant ainsi à la réalisation des caractères observables d un organisme : transporteurs d oxygène (myoglobine, hémoglobine), catalyseurs de réactions (enzymes), récepteurs ou transporteurs membranaires, squelette cellulaire (collagène), contractions et mobilité (myosine), défense contre agressions extérieures (anticorps), information (hormones) La séquence en acides aminés est à l origine de la structure tridimensionnelle d une protéine qui lui confère son rôle. Il faut plusieurs étapes pour fabriquer des protéines : La transcription est un processus biologique qui consiste, au niveau des chromosomes, en la copie des régions dites codantes de l ADN en molécules d ARN. Celle-ci se déroule dans le noyau chez les eucaryotes. 10

10 La molécule d ARN directement synthétisée à partir du modèle ADN reste dans le noyau et est traitée par un complexe enzymatique. Ce mécanisme s appelle l épissage : certaines séquences appelées introns sont excisées, les exons restant se relient ensuite entre eux. Cette molécule est en plus complétée par une queue d adénine et une coiffe. C est l ARN messager ou ARNm. Et enfin la traduction de l ARNm en protéine. Elle se fait dans le cytoplasme. C est le code génétique qui permet le passage du gène à la protéine. Dans celui-ci, un acide aminé correspond à une succession de 3 nucléotides appelé triplet ou codon. 11

11 Chapitre 2 La réaction inflammatoire, un exemple de réponse innée A Pour débuter En permanence, l organisme est exposé aux micro-organismes de son entourage. Malgré les barrières physiques et chimiques présentes, certains micro-organismes pénètrent dans notre organisme. Pourtant, nous ne sommes pas en permanence malades. On cherche à savoir comment notre organisme se protège des nombreuses attaques des micro-organismes. Comment l organisme lutte contre les agents infectieux? Document 1 Une réaction immédiate Egratignure Piqûre d insecte Quelque soit l âge (dès la naissance jusqu à la mort) ou la cause de la blessure (traumatisme physique, brûlure, irritation chimique ou infection) l organisme réagit toujours de la même manière dans un Varicelle premier temps. On ressent tout d abord une sensation de douleur, accompagnée de rougeur, gonflement et chaleur au toucher de la zone lésée. Dans certains cas, celle-ci s accompagne aussi d une diminution de la motricité. Ces symptômes sont les caractéristiques visibles à l échelle de l organisme de la réaction inflammatoire aiguë. Cette réaction est rapide, elle a lieu dans les premières 24 heures suivant l infection. Elle est le résultat d une première ou de plusieurs rencontres avec un micro-organisme. Question Expliquer pourquoi dit-on que la réaction inflammatoire aiguë est innée. 12

12 à retenir Dès la première intrusion d un antigène du micro-organisme étranger dans l organisme, le système immunitaire réagit. Cette première réaction est dite réaction inflammatoire aiguë. Celle-ci se manifeste rapidement, dans les premières 24 heures, quelque soit le corps étranger : virus, bactéries, parasites, champignons mais aussi cellules cancéreuses. La réaction inflammatoire aiguë se manifeste toujours au niveau de la zone lésée par une douleur, un gonflement, une rougeur et une augmentation locale de la température. Que se passe-t-il pendant la réaction immunitaire aiguë? Comment expliquer tous ces symptômes? B Cours 1. Les mécanismes de la réaction inflammatoire aiguë a. Les mécanismes à l échelle du tissu Activité 1 Observer et comparer une coupe histologique de peau saine et lors d une réaction inflammatoire aiguë Pour comprendre ce qui se passe au niveau d une blessure et pourquoi au niveau de celle-ci se manifestent une douleur, un gonflement, une rougeur et une sensation de chaleur, nous allons observer une zone de peau blessée et une zone de peau non blessée en coupe transversale. Document 2 Coupe transversale de peau saine et lésée au microscope optique Peau saine 13

13 Peau lésée et détail du derme de la peau lésée Au niveau de la zone blessée, lorsqu il y a une réaction inflammatoire, on observe dans le derme de nombreux leucocytes : lymphocytes, granulocytes, cellules dendritiques et macrophages. De plus il y a vasodilatation des vaisseaux sanguins et augmentation de la perméabilité des parois vasculaires. Cela entraîne l infiltration de plasma dans les tissus de la peau à l origine d un gonflement de ces tissus, c est l œdème. La peau est un tissu très vascularisé et innervé. Lors de l œdème, des terminaisons nerveuses sont comprimées entraînant une sensation de douleur. Document 3 La neutropénie congénitale, une maladie immunitaire La neutropénie congénitale sévère est un déficit immunitaire caractérisé par un taux de granulocytes et macrophages bas (<200/mm 3 ) sans déficit lymphocytaire associé. Les symptômes les plus fréquents incluent une fièvre fréquente, des plaies dans la bouche, des infections des oreilles et des pneumonies. À cette date, les mutations de quatre gènes ont été impliquées dans la neutropénie congénitale sévère. Questions 1 À l aide des informations fournies par le document 2, légender le schéma page suivante. Puis, expliquer l origine des caractéristiques de la réaction immunitaires aiguës visibles à l échelle de l organisme : douleur, gonflement, rougeur et chaleur. 14

14 Titre : 2 Émettre une hypothèse sur la provenance des nombreux granulocytes, cellules dendritiques et macrophages trouvés dans des tissu inflammés. 3 À l aide du document 3, montrer que la réaction inflammatoire aiguë peut être génétiquement héritée à retenir L immunité innée ne nécessite pas d apprentissage préalable, est génétiquement héritée et est présente dès la naissance. Très rapidement mise en œuvre, l immunité innée est la première à intervenir lors de situations variées (atteintes des tissus, infection, cancer). La réaction inflammatoire aiguë s explique à l échelle de l organisme par une vasodilatation au niveau tissulaire. Cette vasodilatation permet un apport local de sang plus important. Cet afflux de sang explique la rougeur et chaleur constatée sur une zone inflammée. La paroi des vaisseaux devient perméable laissant s infiltrer le plasma dans les tissus, à l origine du gonflement. Ce gonflement des tissus comprime les nerfs ce qui déclenche une sensation de douleur. En plus de la vasodilatation et de l infiltration de plasma dans les tissus, on observe aussi une augmentation de la quantité de granulocytes, cellules dendritiques et macrophages dans la zone où se déroule la réaction inflammatoire aiguë. Quel est le rôle des granulocytes, des cellules dendritiques et des macrophages dans la réponse immunitaire aiguë? 15

15 b. Les mécanismes à l échelle cellulaire Activité 2 Observer le mécanisme de la phagocytose Les granulocytes, les cellules dendritiques et les macrophages sont aussi appelés les phagocytes ou cellules phagocytaires. Ce mot provient de phagocyte -ose, du grec ancien phagos («glouton»), de kutos («cellule, cavité»). Ces cellules ont la particularité de pouvoir se déformer et d émettre des prolongements cytoplasmiques, les pseudopodes. Les micro-organismes se retrouvent alors emprisonnés dans une vésicule de phagocytose, le phagosome. Cette vésicule fusionne avec les nombreuses vésicules présentes dans le cytoplasme et contenant des enzymes de digestion : les lysosomes. La fusion du phagosome et des lysosomes conduit à la formation d un phagolysosome permettant l élimination par digestion des micro-organismes pathogènes. Document 4 Le déroulement de la phagocytose A B C D Questions 1 Dans un moteur de recherche, taper les mots «vidéo, phagocytose», Choisir un film parmi les nombreux proposés. À l aide de ce film : E Remettre les schémas dans le bon ordre et les légender. E Proposer un titre à chacune des étapes en choisissant parmi les mots suivants : adhérence, digestion et ingestion. 16

16 2 Préciser les caractéristiques des phagocytes qui rendent la phagocytose possible. Porter votre réponse sous forme de flèches sur le schéma correspondant à l ingestion. 3 À l aide des activités précédentes, justifier l affirmation «La réaction inflammatoire est utile à l organisme». à retenir Les cellules phagocytaires arrivent très vite sur les lieux de la pénétration des antigènes. Celles-ci entrent alors en action rapidement. Ces leucocytes de grande taille, très mobiles qui détruisent les micro-organismes étrangers sont appelés les «éboueurs» à cause de leur rapidité et de leur efficacité d action. Les phagocytes agissent en 4 temps : E L adhésion : la membrane de la cellule phagocytaire adhère à l antigène qu elle va ingérer. E L absorption ou ingestion : le phagocyte émet des pseudopodes, extensions cytoplasmiques, qui entourent l antigène pour former une vésicule dans le cytoplasme du leucocyte. E La digestion : grâce à des enzymes contenues dans des vésicules spécialisées, les lysosomes, les antigènes sont digérés. E Le rejet des déchets : À l issue de la digestion, les débris sont rejetés à l extérieur du phagocyte et seront transportés jusqu aux reins, par le sang, où ils seront éliminés. Ce processus de destruction totale des antigènes par des leucocytes spécialisés s appelle la phagocytose. Nous venons de voir que dès l entrée de corps étranger dans notre organisme, une réaction inflammatoire aiguë se met en place. Elle consiste en un afflux de sang localement, là où sont entrés les antigènes, et d une perméabilité des vaisseaux sanguins permettant une sortie de plasma dans les tissus environnant ainsi qu un apport important de phagocytes. Ces cellules spécialisées entrent rapidement en action, phagocytant tous les micro-organismes indésirables. On cherche à savoir ce qui déclenche cette réaction inflammatoire aiguë et comment les phagocytes reconnaissent les antigènes? 2. Les médiateurs chimiques organisent la réaction inflammatoire aiguë a. L action des médiateurs chimiques de l inflammation 17

17 Activité 3 Document 5 Document 5a Comprendre l action des médiateurs chimiques de l inflammation Revue de presse : Des sentinelles à l affût Une équipe de chercheurs de l Unité Inserm U838, coordonnée par Frédéric Geissmann vient de montrer, grâce à une technique de microscopie in vivo, qu une sous population de cellules du système immunitaire, surveille en permanence les tissus. Ces cellules sentinelles se déplacent très lentement le long de la paroi des vaisseaux sanguins. Présentes très rapidement sur les lieux d une infection, elles initient une réponse inflammatoire précoce. Les monocytes parcourent continuellement la paroi des vaisseaux dans les tissus sains (à une vitesse de 1 mm/h -1 en moyenne) et ce, sans tenir compte du sens du flux sanguin. Ce mode de déplacement des monocytes résidents leur confère un avantage principal : la rapidité d intervention. En réponse à une infection, ils traversent très rapidement l endothélium vasculaire et envahissent les tissus. Véritables patrouilles de surveillance, ces monocytes produisent alors des médiateurs de l inflammation (histamine, prostaglandines et interleukines) qui ont un effet vasodilatateur et des molécules chimiotactiques (les chimiokines), qui attirent d autres types de cellules immunitaires nécessaires à la lutte contre les infections. Par la suite, ils se différencient en macrophages qui peuvent contribuer à la réparation tissulaire. Au contraire, les autres monocytes traversent plus tardivement et se différencient en un autre type cellulaire (les cellules dendritiques). Aout 2007 Document 5b Une reconnaissance universelle de l intrus Les monocytes reconnaissent les micro-organismes grâce à des immunorécepteurs, les PRR (Pattern Recognition Receptor). Ces récepteurs, placés sur leur membrane, reconnaissent certains motifs moléculaires conservés communs aux micro-organismes (capsules de virus, paroi de bactéries et champignons, déchets de parasites eucaryotes, molécules libérées par des cellules de l organisme lésées ), les PAMP (Pathogen Associated Molecular Patterns). Après la reconnaissance des PAMP, les monocytes activent des voies de signalisation aboutissant à la production de cytokines pro-inflammatoires. [ ] L invasion par les agents pathogènes aboutit à l activation des cellules effectrices de l immunité innée (macrophages et granulocytes) et la phagocytose de l intrus. Les PRR sont des récepteurs de l immunité innée présents chez des organismes très variés. On dit qu ils font partie de l immunité «primitive». Ils sont présents chez les mammifères et de nombreux autres vertébrés (poissons osseux ou cartilagineux, amphibiens, reptiles et oiseaux), mais également chez les invertébrés (oursins, insectes) et chez certaines plantes sous des formes structurales cependant légèrement différentes. Mars

18 Document 5c Document 5d SOS d une cellule en détresse Le recrutement de cellules inflammatoires (granulocytes, macrophages, cellules dendritiques, lymphocytes) sur le site de la lésion commence très tôt, grâce à une grande variété de signaux chimiotactiques. Ces cellules sont recrutées dans le courant sanguin en réponse à des changements moléculaires à la surface des cellules endothéliales des capillaires de la région lésée tout comme le font les monocytes après reconnaissance des PAMP. La cavalerie arrive Les leucocytes ont à leur surface des récepteurs spécifiques aux molécules de l inflammation et aux médiateurs chimiotactiques. Ils répondent à ces substances en sortant des vaisseaux sanguins et en se dirigeant vers la zone inflammée, c est la diapédèse. Celle-ci se fait en 4 étapes : E La margination : les leucocytes sont pressés vers le bord des veinules grâce aux récepteurs spécifiques situés sur leurs surfaces membranaires, les intégrines et aux molécules d adhésion. E Le rolling ou roulement : les leucocytes roulent à la surface des cellules endothéliales des veinules où le flux du sang est lent. Ce phénomène de roulement est permis par les chimiokines associées aux récepteurs de surface du leucocyte. E L attachement ou adhésion : Lorsque les sélectines présentes dans la paroi des capillaires sanguins se lient aux immunoglobulines de surface des leucocytes, ces derniers stoppent les mouvements de rolling. E La transmigration : c est la migration du leucocyte entre deux cellules endothéliales dans la région d inflammation, en suivant un gradient de concentration des médiateurs d inflammation, les chimiokines attractives. Extérieur du vaisseau Paroi du vaisseau Intérieur du vaisseau Molécules d'adhésion Intégrines Chimiokines Récepteurs aux chimiokines Sélectines Immonoglobulines Gradient de chimiokines attractives 19

19 Questions 1 En réutilisant le document 4 et les informations des documents 5a et 5b, réaliser un schéma expliquant comment se fait la distinction entre le soi et le non soi. Expliquer alors pourquoi la réaction inflammatoire aiguë est un mécanisme peu ciblé mais efficace et pourquoi on considère cette réaction comme «primitive». 2 Légender le schéma du document 5d à l aide du texte informatif. 3 À l aide du document 5, expliquer les mécanismes permettant la mise en route de la réaction inflammatoire aiguë. 4 Après lecture de la revue de presse (doc.5) et des activités précédentes, réaliser un schéma simple retraçant le déroulement de la réaction inflammatoire, de l entrée du micro-organisme indésirable jusqu à son élimination. Pour cela, utiliser les schémas proposés dans les activités précédentes pour vous aider. Point science Les médiateurs chimiques sont des molécules de taille plus ou moins grande et sont d origine moléculaire variées. Molécule Caractéristiques Prostaglandine Histamine Interleukine Forme O O OH HN HO OH N NH 2 Origine Facteurs fabriqués à partir d acides gras constituant les membranes cellulaires des leucocytes ; les phospholipides membranaires. Facteurs de petite taille. Dérivé d amine. Fabriqués et libérés par les mastocytes. Facteurs solubles peptidiques synthétisés et libérés par diverses cellules leucocytaires (lymphocytes et monocytesmacrophages activés) et non leucocytaires. 20

20 Tableau récapitulatif des médiateurs de l inflammation Action sur l inflammation Vasodilatation Augmentation de la perméabilité vasculaire Chimiotactisme Fièvre Douleur Destruction (cellules, matrice) Médiateur histamine, kinines, prostaglandins PAF, NO histamine, bradykinine, C3a et C5a, PAF leucotriènes C4, D4, E4 Leucotriène B4, C5a, chimiokines, produits bactériens, PDF, thrombine TNF, IL1, IL6, Prostaglandine E2 Bradykinine, prostaglandines radicaux libres oxygénés enzymes des lysosomes, NO cytokines lymphocytaires Importance de la fièvre : Une forte fièvre peut être un danger pour l organisme, car la chaleur excessive désactive les systèmes enzymatiques. À l inverse, une fièvre modérée est une réaction d adaptation bénéfique : Les bactéries ont besoin de Fer et Zinc pour se diviser. En cas de fièvre le foie et la rate séquestrent ces nutriments et diminuent leur disponibilité empêchant alors les bactéries de se diviser ce qui limite l infection. De plus, la fièvre augmente la vitesse du métabolisme cellulaire, ce qui augmente les réactions de défense et les processus de réparation de l organisme. à retenir La lésion des tissus liée à l entrée d antigènes dans notre organisme déclenche la sécrétion locale d interleukine, prostaglandine et chimiokine. En parallèle, des cellules sentinelles comme les monocytes vadrouillent en permanence dans les capillaires sanguins. Ceux-ci portent à leur surface des récepteurs PRR capables de reconnaître des motifs moléculaires communs à tous les types d antigènes, les PAMP. Au moindre contact avec un corps étranger, ceux-ci sonnent l alerte en émettant des médiateurs de l inflammation (histamine, prostaglandines et interleukines), des molécules chimiotactiques (les chimiokines) et des cytokines pro-inflammatoires. L effet conjugué de la libération des médiateurs de l inflammation ont un effet vasodilatateur permettant un afflux sanguin plus important dans la zone lésée. Les molécules chimiotactiques attirent d autres types de cellules immunitaires nécessaires à la lutte contre les infections. Les phagocytes, assurant l élimination des agents pathogènes, mais aussi les lymphocytes, dont nous verrons leur importance ultérieurement, sortent des vaisseaux sanguins par diapédèse. Enfin, les cytokines activent les cellules immunitaires et déclenchent la phagocytose. 21

21 Lorsque tous les micro-organismes pathogènes ont été éliminés, les macrophages phagocytent les granulocytes mourant. Les macrophages libèrent alors des cytokines anti-inflammatoires conduisant à la fin de la réaction inflammatoire aiguë. b. L allergie, une réaction inflammatoire exagérée Activité 4 Comprendre l origine et les mécanismes de l allergie Document 6 Réaction à une piqûre de moustique Certaines fois notre système immunitaire a une réaction anormale et excessive, c est l allergie. Elle se déclare en présence d un antigène, nommé dans ce cas, l allergène. L allergène est bien toléré par la plupart de la population, toutefois il peut provoquer une réaction allergique chez une personne dite sensibilisée. Bon nombre d allergènes tels que la poussière ou le pollen et autres particules sont véhiculés par l air. Les symptômes se situent dans les zones corporelles exposées à l air telles que les yeux, les muqueuses du nez et des poumons ou la peau. En plus des allergènes ambiants, les réactions peuvent également résulter des aliments, des venins d insecte, des médicaments. Des symptômes d allergie aux aliments incluent des troubles digestifs et des crises d urticaires. Le venin injecté sous la peau et certains médicaments peuvent produire une réponse allergique systématique appelée choc anaphylactique, réaction allergique extrême, brutale pouvant conduire à la mort. Document 7 Les cellules à l origine de l allergie Les récepteurs membranaires et les allergènes ont ici une taille très exagérée Mastocyte 22 Le mastocyte entre en contact avec un allergène L'histamine se répand aux alentours Les vésicules d'histamine éclatent, libérant à l'extérieur leur contenu

22 Le mastocyte est une cellule granuleuse présente essentiellement dans les tissus conjonctifs telle la peau. Il se caractérise par la présence dans son cytoplasme de très nombreuses granulations contenant des médiateurs chimiques l histamine. Lorsqu il est en contact avec un allergène et qu il le reconnaît, le mastocyte libère ces médiateurs de façon très rapide, par un mécanisme d exocytose déclenchant ainsi des réactions allergiques immédiates. En effet, l histamine favorise la vasodilatation ce qui entraîne une baisse de tension à l origine de malaise et la formation d œdèmes. En parallèle, l histamine provoque une contraction des muscles situés au niveau des bronches provoquant des difficultés respiratoires voir de l asthme. Les muscles du système digestif sont aussi touchés causant des troubles digestifs : diarrhées et vomissements. Question Comparer l allergie et une réaction inflammatoire «classique». Pour cela, dans un tableau, indiquer le type d antigène et la cellule impliquée dans l initiation de la réaction, le médiateur libéré et l action de ce dernier. à retenir Des substances, à priori sans aucun danger, peuvent déclencher des réactions inflammatoires excessives, les allergies. Ces antigènes, appelés allergènes sont reconnus par les mastocytes qui libèrent en grande quantité de l histamine. Ce médiateur chimique de l inflammation entraîne des réactions disproportionnées : diarrhées, vomissements, baisse de tension, œdème, asthme. Si la crise d allergie trop aiguë n est pas traitée rapidement, elle peut entraîner la mort de l individu. L inflammation est une réaction utile à l organisme car elle permet un apport de cellules de l immunité innée sur le site de l infection mais si cette réaction est trop importante, elle peut entraîner des complications. Lorsque l infection est généralisée, la réaction inflammatoire peut devenir très forte. Cette vasodilatation associée à une forte perméabilité des vaisseaux sanguins va entraîner une fuite de plasma vers les tissus donc une diminution du volume sanguin circulant à l origine d une insuffisance circulatoire entraînant des malaises mais aussi une accélération de la fréquence cardiaque et une dépression respiratoire pouvant être fatales. De plus, les prostaglandines libérées en forte concentration vont entraîner de la fièvre qui peut aussi être dangereuse si elle est trop forte. Dans d autres cas comme dans le cas de maladies auto-immunes (spondylarthrite ankylosante, rhumatismes articulaires ) les macrophages se retournent contre le soi et déclenchent en permanence des réactions inflammatoires attaquant les organes et pouvant entraîner des déficits fonctionnels de ces derniers. On dit que les réactions inflammatoires sont chroniques. Pour limiter les réactions inflammatoires chroniques ou généralisées, les médecins ont recours à des anti-inflammatoires. On cherche à comprendre comment agissent les anti-inflammatoires. 23

23 3. Le contrôle de la réaction inflammatoire aiguë par les anti-inflammatoires a. Les anti-inflammatoires non stéroïdiens Le déclenchement de la réaction inflammatoire et son maintien sont dus à des médiateurs chimiques : histamine, prostaglandines, interleukines Les prostaglandines interviennent principalement dans le déclenchement de la vasodilatation entraînant rougeur, chaleur et gonflement. Mais les prostaglandines sont aussi des stimulateurs de récepteurs à la douleur, les nocicepteurs. Lorsque ces derniers sont stimulés, ils produisent un message nerveux qui est acheminé jusqu au cortex cérébral où la sensation de douleur est générée. Enfin, les prostaglandines sont à l origine de la fièvre. Ces molécules sont fabriquées par les cellules sentinelles à partir de phospholipides membranaires grâce à deux enzymes : la phospholipase et la cyclo-oxydase (COX). L aspirine, l ibuprofène et le paracétamol sont des inhibiteurs de la cyclo-oxydase. Ils empêchent donc la synthèse de la prostaglandine. On dit que ce sont des analgésiques (antidouleur) et des anti-inflammatoires. b. Les anti-inflammatoires stéroïdiens Ce sont des corticoïdes dérivés des hormones corticoïdes naturelles fabriquées par les glandes corticosurrénales. Ils ont une action antiœdémateuse qui diminue les gonflements locaux par diminution de la vasodilatation. Et surtout, ils ont une action anti-inflammatoire générale car ces corticoïdes limitent l action des cytokines donc, diminuent l afflux vers le lieu lésé des cellules chargées de déclencher l inflammation. Question Indiquer sur votre schéma, amorcé précédemment, les modes et lieux d actions des anti-inflammatoires. 24

24 Bilan du chapitre 2 L immunité innée est un ensemble de réactions agissant très rapidement contre des antigènes très variés : bactéries, virus, cellules cancéreuses, lésions cellulaires Cet ensemble de réactions commence par la réaction inflammatoire aiguë. Celle-ci est génétiquement héritée, présente dès la naissance et très rapidement mise en place après la contamination. La réaction inflammatoire aiguë ne nécessite donc pas d apprentissage, on dit qu elle est innée. La réaction inflammatoire marque le début de l infection. Les micro-organismes étrangers, les antigènes modifient les cellules ou les détruisent. Les tissus lésés émettent des signaux de détresse au système immunitaire. En plus des signaux envoyés par les tissus lésés, des cellules sentinelles patrouillent en permanence les tissus de notre organisme. Lorsqu elles détectent un agent infectieux par reconnaissance des molécules de surfaces présentes chez de nombreux micro-organismes (les PAMP) par leurs récepteurs de surfaces (les PRR), elles libèrent des molécules chimiotactiques, des cytokines. Sous l action des médiateurs chimiques de l inflammation (interleukines, prostaglandines et histamines) les vaisseaux sanguins se dilatent dans la zone de pénétration des antigènes dans l organisme et la perméabilité des vaisseaux augmente, laissant s échapper du plasma du sang. Cela favorise le transport rapide des leucocytes dans les espaces intercellulaires des tissus lésés. Cet apport de liquide sanguin explique l inflammation. Celle-ci se traduit toujours de la même façon par une rougeur, chaleur, douleur, gonflement et impotence fonctionnelle au niveau de la pénétration du corps étranger. Sous l action des molécules chimiotactiques, les chimiokines émises par les cellules sentinelles, les cellules immunitaires sont mobilisées. Ces leucocytes sortent des vaisseaux sanguins par diapédèse. Celle-ci se réalise en 4 phases : la margination, le roulement, l adhésion et la transmigration. Arrivées sur place, les leucocytes sont activés par les cytokines. Les monocytes se différencient en macrophages, granulocytes et cellules dendritiques capables de phagocytose. Elle consiste en la capture et l ingestion des particules solides inertes ou vivantes du milieu ambiant. La phagocytose est caractérisée par l adhésion, l ingestion et éventuellement la digestion de particules de diamètre microscopique, puis par le rejet des déchets. Lorsque tous les antigènes ont été phagocytés, les macrophages phagocytent aussi les granulocytes mourant. Cette phagocytose entraîne la libération de molécules anti-inflammatoires qui conduisent à la fin de la réaction inflammatoire. Cette réaction rapide et efficace constitue un élément essentiel de l immunité naturelle innée. 25

25 Schéma bilan Aïe Lésion des tissus Reconnaissance des antigènes par les monocytes Libération de médiateurs chimiques Libération de facteurs qui activent la libération des leucocytes Vasodilatation des artérioles Augmentation de la perméabilité capillaire Attraction des granulocytes neutrophiles, des monocytes et des lyphocytes dans la région. (chimiotactisme) Leucocytose (augmentation du nombre de leucocytes dans la circulation sanguine) Migration vers le siège de la lésion Hypérémie locale (augmentation du débit sanguin vers le siège de la lésion) Fuite de liquide hors de capillaires (formation d'exudats) Ralentissement du débit sanguin Margination (accolement des leucocytes aux parois des capillaires) Chaleur Rougeur Diapédèse (passage des leucocytes entre les cellules des parois des capillaires) Augmentation de l'oxygène et des nutriments Fuite de liquides riches en protéines dans l'espace intesticiel Phagocytose des agents pathogènes et des cellules mortes Augmentation de la vitesse du métabolisme due à l'élévation de la température Douleur Tuméfaction Prêt pour de nouvelles aventures Formation possible de pus Élimination des débris de la région infectée Guérison Parfois, la réaction inflammatoire est exagérée, c est une allergie. Elle se fait au contact d un antigène à priori sans danger, l allergène, mais qui chez des personnes sensibles entraîne une réaction inflammatoire disproportionnée. Celle-ci est déclenchée par des cellules immunitaires particulières, les mastocytes qui libèrent en grande quantité de l histamine. Pour limiter l inflammation, il existe différents médicaments anti-inflammatoires. D origine stéroïdienne ou non, ces molécules agissent surtout en limitant la production de prostaglandine. La quantité de prostaglandine libérée étant moins importante, la réaction inflammatoire est alors diminuée. Dans le cas des allergies, on traite le patient en lui donnant un antihistaminique. 26

26 Chapitre 3 A L immunité adaptative, prolongement de l immunité innée Pour débuter Nous venons de voir que la phagocytose est la dernière réaction innée du système immunitaire pour éliminer les micro-organismes pathogènes. Le plus souvent, cette réaction est suffisante mais il arrive aussi que les micro-organismes une fois phagocytés restent latents dans le phagosome ou se multiplient et tuent les macrophages. 1 lyse de la bactérie rejet des produits de la lyse ou Adhésion Endocytose 3 2 ou micro-organisme latent multiplication bactérienne destruction des constituants cellulaires : mort du granulocyte La phagocytose n aboutit pas toujours à l élimination du micro-organisme. On cherche à comprendre ce qui se passe lorsqu un micro-organisme a passé les deuxièmes barrières de surveillance et de protection de notre organisme. Document 1 Document 1a Revue de presse SIDA/VIH : En cas de doute, testez-vous! Quand on a pris un risque, ou lorsqu on veut savoir si on est porteur du virus VIH, le test de dépistage est l unique solution. Une prise de sang permet de le savoir. 27

27 Après contamination par le VIH, plusieurs années peuvent s écouler avant l apparition de la maladie, le SIDA. Etre porteur du VIH peut donc rester caché pendant très longtemps sans le savoir si on n a pas fait ce test, ce qui montre l importance de réaliser le test. Enfin, savoir que l on est séropositif tôt permet de bénéficier d un traitement adapté au meilleur moment. Quand faut-il faire un test? En cas de doute, il est toujours bon d en parler à un médecin, qui déterminera si c est le bon moment pour faire une prise de sang. Sachez qu après un risque, la contamination peut n être détectable que trois mois plus tard. Un test effectué trop tôt pourrait aboutir à un test négatif, alors que le virus est présent. Dans ce cas, le médecin pourra vous inviter à revenir plus tard pour effectuer le test. Le test de dépistage mesure la quantité d anticorps spécifiques produits par notre organisme en réponse à la présence du virus dans notre corps, soit d antigènes portés par le virus VIH lui-même. Un test négatif trois mois après la dernière prise de risque signifie que l on est séronégatif. Mais pour autant cela ne signifie pas que l on est à l abri pour l avenir si l on ne se protège pas. Si le test est positif, on est porteur du virus et on peut le transmettre. Aucun séropositif n est jamais redevenu séronégatif. Document 1b Les maladies infantiles Une maladie infantile est une maladie survenant majoritairement pendant l enfance. Toutefois, il est également possible de la contracter à l âge adulte si cela ne fut pas le cas lors de l enfance. Quoiqu il arrive, nous ne contractons qu une seule fois ces maladies au cours de notre vie. Les maladies infantiles les plus connues sont la varicelle, la rougeole, les oreillons et la rubéole. Document 1c Sérothérapie Suite à une morsure d animal susceptible d avoir la rage ou d un serpent par exemple, on réalise une sérothérapie pour éliminer très rapidement le micro-organisme ou la toxine pathogène. La sérothérapie est l utilisation thérapeutique de sérum immunisant. Celui-ci est soit d origine animale, provenant d un animal qui a été vacciné contre une maladie infectieuse, soit d origine humaine. La sérothérapie permet de neutraliser un antigène microbien, une bactérie, une toxine, un virus ou encore un venin. 28

28 Fabrication de sérum immunisant à partir de sang de lapin : injection d'un antigène prise de sang quelques jours plus tard En fait, les immunoglobulines présentes dans le sérum sont bien trop petites pour être observables avec un microscope. Ceci est une vue d"artiste". sang recueilli centrifugation N.B. : plasma culot de globules rouges sérum immunoglobulines On utilise le terme immunoglobuline ou anticorps. Document 1d Dosage des protéines réalisé chez un sujet sain et un sujet malade Emil Von Behring, médecin et bactériologiste allemand et Emile Roux, bactériologiste français, découvrirent en 1894, l existence dans le sérum de personnes immunisées contre la diphtérie, de molécules particulières qu ils nommèrent les antitoxines. Une méthode récente, l électrophorèse permet de doser la quantité des principales protéines présentes dans le sérum sanguin. 29

29 Question Indiquer l indice du mode d action du système immunitaire donné dans chaque article de la revue de presse (document 1). Expliquer ce que sont les «antitoxines» nommées par Emil Von Behring et Emile Roux trouvées chez un sujet malade ou immunisé. à retenir Entre le moment où l organisme est contaminé et le moment où ce dernier répond, il y a un temps de latence. La deuxième réponse du système immunitaire pour éliminer les micro-organismes pathogènes est une réponse lente. Cette réponse immunitaire est basée sur la production d anticorps. Ce sont des molécules que l on retrouve dans le sérum, elles sont dites circulantes. Lorsque notre organisme est mis en contact une première fois avec un micro-organisme, la maladie se déclare. Au deuxième contact, l organisme n est pas malade, il est en mesure de lutter contre le micro-organisme déjà rencontré. La réaction immunitaire est donc différente entre le premier et le deuxième contact. Que se passe-t-il dans notre organisme entre le moment où il y a eu contact entre le soi et le non-soi et le moment où l organisme répond? B Cours Activité 1 Document 2 Observer les manifestations de l organisme suite à une infection La réponse de l organisme suite à une infection par le virus de la grippe La grippe est une infection respiratoire touchant les muqueuses du nez, de la gorge et les endothéliums des poumons. Elle peut être causée par divers virus de la grippe transmis par l air. Les symptômes les plus courants sont fièvre, migraines, maux de gorge, écoulement nasal ceux-ci sont dus à la réaction inflammatoire aiguë, première ligne de défense contre le virus de la grippe. On observe les paramètres physiologiques au cours du temps suite à une infection grippale. Unités arbitraires Importance de la réaction inflammatoire Concentration du virus dans le sérum Concentration en anticorps dans le sérum Temps après l'infection (jours) 30

30 Question Décrire la succession des événements qui ont pu se produire à partir de l entrée du virus de la grippe dans l organisme jusqu au douzième jour. à retenir Suite à une infection, telle que la grippe, la réaction immunitaire innée se met en route très rapidement. Pendant cette phase, les symptômes de la réaction inflammatoire se font ressentir. Au bout de quelques jours, une deuxième réaction immunitaire prend place. Au cours de cette réaction, des molécules anticorps sont produites, c est la réaction humorale. Problème Quel est le mode d action des anticorps? 1. La réponse humorale a. Le mode d action des anticorps Activité 2 Document 3 Document 3a Comprendre le mode d action des anticorps La réaction antigène-anticorps Organisation du virus de la grippe Protéine servant à la reconnaissance et à la fusion avec la cellule cible Membrane lipidique Génome à ARN Enzymes (transcriptase inverse) Capside protéine Taille : 120 nm Le virus de la grippe est constitué d une enveloppe lipidique hérissée de spicules formés par des protéines de surface. On trouve à leur surface deux protéines, l hémagglutinine et la neuraminidase. Ces protéines ne sont pas présentes dans notre organisme, elles sont donc identifiées comme des molécules du non-soi, ce sont des antigènes. Les antigènes dessinés sur le schéma ne sont pas à l échelle. En effet, si le virus avait la taille d une salle de classe, les antigènes seraient de la taille d une craie! On estime qu il y a 10 5 molécules d antigène à la surface d une membrane. 31