Exercices: Les types d'immunité

L'immunité peut être classée en naturelle ou artificielle, et en active ou passive. Expliquer ce que signifie chacun de ces quatre termes et donner un exemple de chaque combinaison possible.

Qu'est-ce qu'un vaccin ? Expliquer pourquoi se faire vacciner est un exemple d'immunité active artificielle.

Un nouveau-né reçoit des anticorps de sa mère à travers le placenta, puis par le lait maternel. De quel type d'immunité s'agit-il et pourquoi est-elle considérée comme passive ?

Contracter une maladie infectieuse et être ensuite protégé contre elle est une forme d'immunité. Indiquer comment se classe ce type d'immunité (naturelle ou artificielle, active ou passive) et justifier la réponse.

Les vaccins peuvent contenir des micro-organismes atténués, inactivés, des fragments du pathogène ou des anatoxines. Expliquer ce que tous ces vaccins ont en commun et pourquoi il est indispensable qu'ils ne provoquent pas la maladie complète.

Que contient un sérum immun (obtenu à partir d'une personne ou d'un animal déjà immunisé) ? Expliquer pourquoi son administration est considérée comme une immunité passive.

Après un contact à risque avec le virus de l'hépatite B, on administre des immunoglobulines (anticorps concentrés) à une personne non vaccinée. Indiquer quel type d'immunité elle acquiert et le justifier.

Pourquoi l'immunité passive ne laisse-t-elle pas de mémoire immunitaire ? Justifier la réponse à partir des cellules qui interviennent, ou non, dans chaque type d'immunité.

Le tableau du schéma classe les types d'immunité selon deux critères. Placer chacune des situations suivantes dans la case qui lui correspond (1 à 4) et justifier le choix : a) avoir eu la rougeole ; b) recevoir le vaccin contre le tétanos ; c) recevoir le sérum antivenimeux après une morsure de serpent ; d) un bébé nourri au lait maternel.

Le sérum antitétanique contient des anticorps déjà fabriqués. Expliquer pourquoi sa protection est immédiate mais de courte durée, et pourquoi on administre malgré tout aussi le vaccin lors de la même visite.

Qu'est-ce que l'immunité de groupe (ou collective) ? Expliquer pourquoi il est important qu'un pourcentage élevé de la population soit vacciné, même si certaines personnes ne peuvent pas recevoir le vaccin.

Un pays élimine la rougeole lorsque plus de $95\ \%$ de sa population est vaccinée, mais la maladie réapparaît lorsque la couverture vaccinale diminue. Expliquer, à partir du concept de seuil d'immunité de groupe, pourquoi la rougeole exige une couverture aussi élevée et ce qui se passe lorsqu'elle baisse.

Le vaccin contre la fièvre jaune contient des virus vivants atténués et protège pendant des décennies avec une seule dose, alors que celui contre la grippe (virus inactivés) doit être administré chaque année. Justifier pourquoi les vaccins à micro-organismes vivants génèrent généralement une immunité plus durable et pourquoi la composition du vaccin contre la grippe change à chaque saison.

Une personne immunodéprimée ne peut pas recevoir de vaccins à micro-organismes vivants atténués. Expliquer pourquoi, indiquer quels types de vaccins elle peut recevoir et justifier comment l'immunité de groupe la protège indirectement.

Les antitoxines (sérum antitétanique, sérum antivenimeux) sont obtenues en immunisant des animaux, comme les chevaux, avec la toxine, puis en purifiant leurs anticorps. Expliquer quel risque présente l'administration de protéines d'une autre espèce (réactions d'hypersensibilité, maladie sérique) et comment les anticorps monoclonaux humanisés réduisent ce risque.

Il est recommandé de vacciner les femmes enceintes contre la coqueluche pour protéger le nouveau-né. Expliquer quel mécanisme de transfert d'immunité le permet, quel type d'immunité le bébé reçoit et justifier pourquoi il est recommandé de répéter le vaccin à chaque grossesse.

Un randonneur est mordu par une vipère en montagne. Aux urgences, on lui administre immédiatement un sérum antivenimeux hyperimmun hétérologue (obtenu à partir de cheval) et il se rétablit sans problème. Huit mois plus tard, le même randonneur subit une seconde morsure de la même espèce de vipère.

1. a) Prédire si le patient sera protégé contre le venin lors de ce second épisode sans recevoir de nouveau traitement. Justifier la réponse en analysant les mécanismes cellulaires et humoraux qui ont été activés (ou non) après l'administration du sérum lors de la première morsure.
2. b) Décrire comment varierait la concentration plasmatique d'anticorps spécifiques du venin au cours du temps après la première morsure traitée par sérum, et la comparer à la courbe qui aurait été obtenue si l'on avait utilisé un vaccin (anatoxine inoffensive).
3. c) Justifier pourquoi l'administration répétée de sérum obtenu à partir d'une autre espèce animale comporte un risque immunologique grave pour le patient à partir de la deuxième dose.

Lors du suivi sérologique d'un individu vacciné contre le tétanos, on observe qu'à 10 ans de son dernier schéma vaccinal, les anticorps circulants (IgG) sont tombés sous le seuil protecteur (0,01 UI/mL). Pourtant, après l'administration d'une dose de rappel, il atteint des concentrations hautement protectrices (> 1,0 UI/mL) en seulement 4 jours, contre les 12 jours qu'il avait mis à les produire après sa première vaccination dans l'enfance.

1. a) Interpréter la différence temporelle et quantitative observée après la dose de rappel, en identifiant les populations cellulaires et les processus de sélection et de différenciation responsables.
2. b) Si les anticorps circulants étaient indétectables à 10 ans, justifier pourquoi on ne peut pas affirmer que l'individu avait totalement perdu son immunité active.
3. c) Prédire ce qui se passerait pour la réponse à la dose de rappel si le patient avait développé un déficit immunitaire acquis détruisant sélectivement ses lymphocytes T auxiliaires ($T_H$).

Un collectif affirme sur internet : « Il est préférable que les enfants contractent naturellement les infections virales infantiles afin de développer une immunité plus forte et plus naturelle, plutôt que de recevoir des vaccins artificiels chargés d'antigènes étrangers ».

1. a) Réfuter cet argument en comparant le coût biologique et le rapport bénéfice/risque de l'immunité active naturelle et de l'immunité active artificielle.
2. b) Du point de vue moléculaire et cellulaire, justifier pourquoi une infection surmontée comme un vaccin efficace confèrent une protection à long terme, en identifiant les ressemblances essentielles entre les deux processus.
3. c) Certains pathogènes sauvages comme le virus de la rougeole provoquent la destruction d'une fraction notable des lymphocytes mémoire préexistants chez le patient (« amnésie immunitaire »). Prédire les conséquences de ce phénomène pour la santé de l'enfant face à d'autres infections courantes et justifier comment la vaccination évite cet effet.

Le virus de la variole de la vache (cowpox) et celui de la variole humaine (smallpox) présentent à leur surface des glycoprotéines dont les épitopes antigéniques ont une structure tridimensionnelle très proche, bien que cowpox ne déclenche pas de maladie grave chez l'être humain.

1. a) Justifier aux niveaux moléculaire et cellulaire pourquoi l'inoculation de cowpox a conféré une protection durable contre smallpox, en détaillant le rôle des récepteurs BCR, de la sélection clonale et des cellules effectrices et mémoire.
2. b) Classer le type d'immunité acquis après cette inoculation initiale (naturelle/artificielle et active/passive). Si l'on prélevait ensuite du sérum de cet individu pour traiter un malade atteint de variole aiguë, déduire quel type d'immunité ce dernier recevrait et quelles seraient les différences essentielles par rapport à celle de l'individu donneur.
3. c) Contrairement à la variole, des pathogènes comme le virus de la grippe ou le SARS-CoV-2 n'ont pas pu être éradiqués par un schéma vaccinal définitif. À partir des caractéristiques de leurs génomes et de leurs réservoirs biologiques, prédire deux facteurs qui empêchent de reproduire avec eux le succès de l'éradication de la variole.

Lors d'un essai préclinique sur un modèle animal visant à freiner un rétrovirus très variable, on inocule un vaccin basé sur la protéine d'enveloppe virale isolée d'une souche précise (souche A). Le sérum des animaux vaccinés neutralise avec succès la souche A in vitro, mais est totalement inefficace contre des échantillons du même virus prélevés dans le réservoir huit mois plus tard.

1. a) Interpréter cet échec aux niveaux génétique et moléculaire : quels changements se sont produits dans le virus et pourquoi les anticorps neutralisants et les récepteurs des lymphocytes préexistants ne sont-ils plus utiles ?
2. b) Si l'on voulait concevoir un vaccin universel efficace contre toutes les variantes de ce virus, proposer sur quel type de régions des protéines virales devrait se concentrer la cible antigénique et justifier biologiquement cette proposition.
3. c) Comme thérapie alternative, on administre à un patient une perfusion intraveineuse d'anticorps monoclonaux largement neutralisants. Classer le type d'immunité apportée et prédire, en justifiant, si le patient sera protégé à long terme contre de futures réinfections.

Le seuil d'immunité de groupe ou de troupeau ($H$) nécessaire pour interrompre la transmission communautaire d'un pathogène se calcule par $H = 1 - 1/R_0$, où $R_0$ est le taux de reproduction de base. Pour que ce seuil soit atteint par la vaccination, la couverture vaccinale ($V_c$) doit satisfaire la condition $V_c \times E \ge H$, $E$ étant l'efficacité du vaccin exprimée en échelle décimale.

Dans une communauté, on détecte un foyer de rougeole avec $R_0 = 15$. Le vaccin disponible a une efficacité estimée à $95\ \%$ ($E = 0,95$).

1. a) Calculer le pourcentage minimal d'individus immuns ($H$) dont la population a besoin pour freiner le foyer et déterminer la couverture vaccinale minimale ($V_c$) nécessaire pour y parvenir.
2. b) Expliquer le fondement immunologique de l'effet de troupeau : pourquoi un nouveau-né qui ne peut pas encore recevoir le vaccin est-il protégé si cette couverture est atteinte ?
3. c) Si, dans cette communauté, la couverture vaccinale tombe à $88\ \%$, prédire ce qui se passera pour la transmission du virus. Justifier en outre pourquoi une maladie comme la grippe ($R_0 \approx 1,5$) tolère des couvertures vaccinales bien plus faibles que la rougeole sans provoquer d'épidémies incontrôlées.

Une patiente atteinte d'insuffisance rénale avancée va subir une greffe dans un délai de trois mois, après laquelle elle recevra à vie un traitement immunosuppresseur par des médicaments qui inhibent l'activation des lymphocytes T auxiliaires.

1. a) Justifier pourquoi l'administration de vaccins à pathogènes atténués sera strictement contre-indiquée une fois la greffe réalisée, en prédisant les conséquences cliniques qu'elle aurait dans son organisme.
2. b) Concevoir une stratégie immunologique complète pour protéger cette patiente au fil du temps, en proposant trois mesures fondées sur des types d'immunité différents :

1. Une mesure de prévention active à mettre en œuvre avant l'opération de greffe.

2. Une mesure de protection collective impliquant ses proches et le personnel soignant.

3. Une mesure de secours urgente si, deux ans après la greffe et sous immunosuppression, elle subit une plaie profonde à risque tétanique.

1. c) Classer le type d'immunité (naturelle/artificielle, active/passive) à l'œuvre dans chacune des trois mesures proposées et justifier laquelle ou lesquelles généreront une mémoire immunitaire durable chez la patiente.

Les vaccins basés sur des plateformes à ARNm contiennent des séquences synthétiques encapsulées dans des nanoparticules lipidiques qui codent un antigène de surface virale (comme la protéine S du SARS-CoV-2).

1. a) Décrire la séquence biologique qui se déroule depuis l'entrée de la nanoparticule lipidique dans une cellule dendritique ou musculaire de l'individu vacciné jusqu'à la présentation des peptides antigéniques aux lymphocytes T dans un ganglion lymphatique.
2. b) Réfuter, avec des arguments cellulaires et moléculaires fondés sur le flux de l'information génétique chez les eucaryotes, deux craintes fréquentes : 1) que le vaccin puisse provoquer l'infection virale complète ; 2) que l'ARNm puisse s'intégrer au génome et modifier l'ADN du receveur.
3. c) Dans un essai clinique de phase III visant à évaluer l'efficacité protectrice du vaccin, justifier la nécessité d'utiliser un groupe témoin sous placebo et en double aveugle. Prédire quels biomarqueurs spécifiques (humoraux et cellulaires) doivent être analysés dans le sang des volontaires pour confirmer que le vaccin a généré à la fois une protection immédiate et une mémoire immunitaire.