le sida, syndrome d`immuno-deficience acquise

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LE SIDA, SYNDROME D'IMMUNODEFICIENCE ACQUISE
1 Extension de la maladie depuis 1981
1.1 HISTORIQUE
Au début des années 1980, des décès causés par des infections opportunistes,
connues précédemment surtout chez des individus ayant subi une transplantation
d'organe et traités aux immunosuppresseurs pour éviter le rejet, furent observés chez
des hommes homosexuels apparemment en bonne santé.
En 1983, Luc MONTAGNIER et son équipe de l'Institut Pasteur de Paris isolèrent
un nouveau rétrovirus humain. Un peu plus tard, l'équipe de Robert GALLO au
National Cancer Institute (NCI) et celle de Jay LEVY à l'université de Californie à San
Francisco isolèrent un rétrovirus sur des patients atteints du sida et des personnes en
contact avec des malades: on l'appelle maintenant le HIV ou VIH en français (Virus
de l'Immuno-déficience Humaine), l'agent étiologique du sida. Un second virus du
sida humain (HIV-2) sera découvert trois ans plus tard par l'équipe de l'Institut
Pasteur.
Un pas important fut accompli en 1984 par l'équipe de Robert GALLO qui mit au
point un protocole pour produire le VIH en continu: il devenait ainsi possible de lancer
les premiers tests diagnostiques: si le sérum sanguin d'un individu comporte des
anticorps contre le VIH (séropositivité), ceci indique qu'il a été exposé au virus.
Mais être infecté par le VIH ne veut pas nécessairement dire que l'on a le
Sida: en effet on peut rester séropositif pendant une longue période sans
développer la maladie clinique qui définit et constitue un diagnostic du sida.
Ainsi l'Organisation mondiale de la santé (OMS), depuis 1993, a été
amenée à établir une définition officielle pour le diagnostic du sida, basée
sur le nombre de cellules sanguines particulières (CD4) et de la présence de
maladies opportunistes caractéristiques (25 maladies ont été répertoriées
comme étant caractéristiques du sida).
C'est en 1991, que Franck MOORE, un peintre New-Yorkais, a eu l'idée de créer un
symbole de compassion et de solidarité pour la cause du SIDA.
1.2 REPARTITION MONDIALE
On pourra trouver sur le site "UNAIDS" des Nations Unies "Joint United Nations
Programme on HIV / AIDS" de nombreuses statistiques et cartes qui montrent qu'il
s'agit d'une pandémie et que de grandes inégalités dans sa répartition existent.
Vous consulterez à cet effet, en bas de page, la rubrique "HIV DATA More", puis "Countries" ou "Regions"pour résumer les caractéristiques
fondamentales de cette épidémie (une version française des graphiques existe).
2 La primo-infection
2.1 TRANSMISSION ET EVOLUTION DE LA MALADIE
CHEZ L'HOMME
Le VIH est un virus beaucoup moins contagieux que celui de la grippe par exemple.
Sa transmission se fait :
o
o
o
le plus fréquemment (80% des cas) lors de rapports ausi bien homosexuels
qu'hétérosexuels,
par le sang (transfusion, injection de produits sanguins contaminés non
chauffés ou non traités, dons d'organes, utilisation de seringues ou d'aiguilles
non stérilisées par toxicomanie intraveineuse,...),
par transmission materno-foetale (par voie transplacentaire, lors de
l'accouchement, de l'allaitement).
Le SIDA est une maladie qui évolue de façon différente selon les sujets.
L'américain Walter REED, à partir de données statistiques, a défini des stades
d'évolution notés de 0 à 6.
Les variations de la teneur en lymphocytes T4 présentées sur le graphe concernent un
jeune homme dont la maladie a évolué de façon représentative jusqu'à la mort
survenue 83 mois, soit presque 7 ans, après la contamination.
Les observations réalisées au cours du développement de la maladie permettent aux
chercheurs de penser que la prolifération des virus se réalise parfois très lentement,
mais ne cesse jamais de croître.
Les graphes permettent de suivre le "combat" du système immunitaire face au virus
(d'après "Pour la Science ", décembre 1988).
D'après les données fournies ici, quelles sont les réactions de l'organisme
pendant la première année de l'infection?
Etablissez un parallélisme entre développement de la maladie et évolution des moyens
de défense durant les sept années qui ont suivi la contamination.
A partir de quel moment le sujet est-il contagieux? A partir de quel moment est-il
séropositif?
Ainsi, on distingue 3 phases lors d'une infection par le virus du SIDA :
o
o
o
la primo-infection: après la contamination par le VIH, le nombre de virus
présents ( appelé charge virale) augmente fortement, puis diminue rapidement
à cause de la réponse du système immunitaire.
la phase asymptomatique: l'individu ne présente aucun symptome de la
maladie et le nombre de virus n'augmente que très légèrement; mais le nombre
de formes virales mutées ou variants augmente fortement. Malgré
l'intervention du système immunitaire, les lymphocytes T sont progressivement
détruits.
la phase symptomatique, c'est-à-dire le SIDA pendant laquelle, le système
immunitaire étant "débordé", le nombre de virus augmente fortement (mais le
nombre de variants se limite aux plus efficaces) et les symptômes apparaissent.
Identifiez et colorez sur le graphe ci-dessus les trois phases de l'infection.
2.2 PORTRAIT DU VIH
La structure du VIH pourra être découverte par une animation du portail "Sciences de
la Vie de l'Université Pierre et Marie Curie - JUSSIEU". C'est un rétrovirus à ARN de
la sous-famille des lentivirus, virus cytolytiques associés à des maladies d'incubation
longue.
Résumez les caractéristiques biologiques du VIH.
Le VIH est formé:
o
o
d'une enveloppe
constituée d'une double
couche lipidique portant
deux glycoprotéines (gp)
virales :
 gp
transmembranaire:
gp41
 gp externe: gp120
d'une partie centrale
formée de:
 2 molécules d'ARN
 3 protéines:
- interne majeure:
p24
- interne associée à
l'ARN: p15 (p9 +
p7)
- externe: protéine de membrane ou p18
Les enzymes virales sont la protéase (p10), la transcriptase inverse (p66 et p61) et
l'intégrase (p32).
Les nombres correspondent aux masses moléculaires des protéines (en kilodaltons). Ces
précisions sont données à titre indicatif pour comprendre les mécanismes de pénétration
du VIH décrits dans le §2.2.2 et la signification du dépistage par Western blot du §3.2.
2.3 LE CYCLE DU VIH
Pour comprendre comment le virus responsable du SIDA infecte l'organisme et comment
réagit le système immunitaire à cette infection, il est nécessaire, au préalable de
rappeler ce qu'est le système immunitaire ainsi que la nature et la localisation des cellules
immunitaires.
2.3.1 Le système immunitaire
Des cellules immunitaires dans le sang
L'observation d'un frottis sanguin coloré permet de repérer les cellules immunitaires,
les globules blancs ou leucocytes ( 7 000 / mm3) à côté des globules rouges ou
hématies (5 000 000 / mm3).
On en distingue trois types principaux:
o
les granulocytes au noyau plurilobé et au cytoplasme granuleux,
o
o
les lymphocytes au gros noyau globuleux entouré d'une mince frange
cytoplasmique,
les monocytes, grosses cellules phagocytaires au noyau souvent en forme de
C.
C'est seulement vers 1960 que les
immunologistes ont commencé à
penser que les lymphocytes, cellules
sanguines dont le rôle était
jusqu'alors méconnu, pouvaient être
les cellules immunocompétentes
c'est-à-dire les cellules chargées de
détecter l'introduction d'un antigène
dans l'organisme et de déclencher
une réaction immunitaire.
Le schéma ci-contre donne une vue
d'ensemble du système immunitaire.
On distingue:
- des organes lymphoïdes
centraux que sont la moelle rouge
des os et le thymus,
- des organes lymphoïdes
périphériques (rate, ganglions
lymphatiques, vaisseaux
lymphatiques).
Le système lymphatique naît dans
presque tous les organes sous forme
de capillaires lymphatiques dont
l'extrémité est aveugle. Ces
capillaires lymphatiques convergent
pour former des canaux de plus en
plus importants.
Sur le trajet de ces vaisseaux
lymphatiques se trouvent disséminés des ganglions lymphatiques. La lymphe y
pénètre par un C:\Documents and Settings\Françoise\Mes documents\Documents
Francoise\ACCESMAD\SIDA.htmvaisseau lymphatique afférent et y ressort par un
vaisseau efférent.
Finalement la lymphe est drainée par le canal
thoracique et la grande "veine" lymphatique
qui la déversent dans la circulation veineuse
(ces conduits débouchent dans les veines à la
base du cou).
Des cellules immunitaires dans les
ganglions lymphatiques
Ce sont d'abord des lymphocytes: selon les
récepteurs membranaires qu'ils possèdent, on
distingue:
o
o
o
les lymphocytes B (produits et différenciés dans la moelle osseuse ou "Bonemarrow" en anglais): ils sont spécialisés dans la production d'anticorps,
les lymphocytes T8 pouvant se transformer en cellules "tueuses" cytotoxiques,
les lymphocytes T4, pivots des réactions immunitaires, qui stimulent les autres
lymphocytes.
On trouve ensuite des macrophages: des monocytes peuvent quitter la circulation
sanguine et se transformer en macrophages, qui sont alors capables de phagocyter
toutes sortes d'éléments et participer à la défense immédiate de l'organisme contre une
agression.
2.3.2 Pénétration dans les cellules-cibles
Dans les liquides de l'organisme (sécrétions sexuelles, sang, lymphe interstitielle,
lymphe canalisée, lait maternel) le VIH est libre et au contact des membranes
cellulaires. Seules certaines cellules sont des cibles pour le virus: les cellules-cibles du
virus sont celles sur lesquelles il peut se fixer, essentiellement certains lymphocytes T
et les macrophages.
Après avoir analysé le document correspondant au lien ci-dessus vous
préciserez:
- les deux éléments principaux qui caractérisent la liaison qui unit le VIH et sa cellulecible,
- l'identité des cellules-cibles principales,
Qu'advient-il de l'élément viral qui a participé à la liaison? Pouvez-vous suggérer une
hypothèse quant au mécanisme qu'il pourra ensuite provoquer dans l'organisme?
2.3.3Multiplication du virus et dissémination
Les principales cellules portant des récepteurs CD4 sont certains lymphocytes et les
macrophages.
Vous analyserez les informations du nouveau lien ci-dessus et vous
visualiserez notamment l'animation s'y référant pour préciser dans un schéma en
quelques étapes primordiales, les événements déclenchés par la liaison VIH / cellulecible.
Le cycle de réplication du VIH fait appel aux enzymes virales qui lui permettent de
s'intégrer dans le génome des cellules cibles et de synthétiser de nouveaux virions.
Les cellules cibles sont les lymphocytes T auxiliaires (" helper ") qui ont pour
immunophénotype CD4+.
D'autres cellules peuvent être infectées telles que les monocytes et les macrophages
qui font office de réservoir viral, des cellules du système nerveux, ...
3 Phase asymptomatique: le dépistage du virus
3.1 LE TEST ELISA consiste à repérer la présence d'anticorps dans le sang. Il
s'agit d'une réaction immuno-enzymatique qui fait apparaître une coloration si le
sérum contient des anticorps (séropositivité).
3.1.1 Modalités générales d'un test ELISA
Le sérum, ou tout autre échantillon dans lequel on
cherche à détecter un anticorps (qu'on appellera
anticorps primaire AcI), est déposé dans un puits
d'une plaque "multipuits" où est adsorbé l'antigène:
l'AcI réagit alors avec ce dernier (réaction antigèneanticorps Ag-AcI).
Après lavage, qui élimine les anticorps non fixés à
l'AcI, la présence du complexe immun Ag-AcI est
détectée en ajoutant un anticorps secondaire (AcII)
anti-AcI: cet AcII est conjugué à une enzyme qui a
pour propriété de réagir avec un substrat incolore pour donner un produit de réaction
coloré.
Les AcII libres sont éliminés par lavage et un substrat de l'enzyme est ajouté.
L'intensité de la coloration obtenue après la réaction enzymatique est mesurée par
spectrophotométrie.
Un exemple de détection d'une protéine par la méthode ELISA: la ßlactoglobuline
Le principe d'un test ELISA pourra être compris en réalisant la manipulation suivante:
1 - Au fond de puits d'une plaque
multipuits vous placerez, à l'aide d'une
micropipette, 100µL de solution à étudier:
o
o
o
o
solution tampon
ß-lactoglobuline
lait de vache
lait de soja
2 - Ajoutez dans chacun des puits 100 µL de
conjugué enzymatique (anticorps anti-ß-lactoglobuline couplé à une enzyme).
3 - Portez à l'étuve à 30°C pendant 15 min.
4 - Videz le contenu de la plaque, rincez en remplissant d'eau distillée, videz à
nouveau.
5 - Ajoutez dans chaque puits 200µL de substrat enzymatique (réactif d'Elmann qui se
colore en jaune sous l'action de l'enzyme couplée à l'éventuelle protéine-anticorps
présente dans la solution à étudier).
6 - Laissez agir 10 min et observez les puits.
Quel rôle jouent les quatre premiers puits à gauche? Quelles conclusions pouvez-vous
tirer à l'examen des quatre derniers puits à droite?
3.1.2 Application à la recherche d'anticorps anti-VIH
D
an
s
le
ca
s
d
u
te
st
E
LI
S
A
appliqué à la recherche d'une éventuelle séropositivité au VIH, ce sont les protéines
virales qui sont adsorbées au fonds du puits en tant qu'antigènes en phase solide.
Les individus, s'ils sont infectés par le VIH, possèdent dans leur sérum des anticorps
dirigés contre les protéines virales. Ces anticorps sériques contre le VIH peuvent être
détectés dans les six semaines qui suivent l'infection.
3.1.3 Critique de la
méthode
La fiabilité du test ELISA
n'est pas absolue: un faible
pourcentage de sujets
peuvent apparaître, à la suite
d'un tel test, comme...
o
o
... de faux
séronégatifs à cause
de la "fenêtre
sérologique" (voyez
le "zoom" réalisé sur
le document du §2.1
ci-contre),
ou de faux
séropositifs (1 à 2%
des cas), car les Ag viraux peuvent se lier à des Ac non spécifiques du virus.
Un test positif doit donc obligatoirement être confirmé par d'autres techniques.
Après avoir examiné le graphe, expliquez ce que l'on entend par "fenêtre
sérologique". Quels problèmes soulève l'existence d'un tel fait?
3.2 LE WESTERN BLOT
Parmi ces techniques, le Western blot pourra être mis en oeuvre
en tant que test de confirmation, et permettra de déterminer si le
patient possède réellement des anticorps qui réagissent avec une
ou plusieurs protéines virales.
Les protéines virales sont séparées sur un gel par électrophorèse
et transférées, par migration, sur un support solide, une
membrane de nitrocellulose. Le sérum qui doit être testé est
déposé sur cette dernière. Si des anticorps anti-protéines virales
existent, ils se fixent sur leurs protéines de manière spécifique.
Ils sont ensuite révélés par une réaction colorée.
On pourra observer des profils de Western-blots séquentiels sur
l'une des pages "Biology Project" de l'Université d'Arizona ou, à
défaut, sur les manuels de Terminale S.
Une animation permettra de comprendre le principe de ce test
plus spécifique que la méthode ELISA.
Le schéma ci-contre est proposé à titre d'illustration pour
comprendre cette méthode de diagnostic. La bande PR
correspond à une protéine-repère (non VIH) permettant d'aligner
les profils.
Après avoir mis en relation ces résultats avec le schéma
du VIH au §2.2, expliquez pourquoi les bandes révèlent la
présence, dans le sérum du patient, d'anticorps anti-VIH.
Analysez les résultats et concluez quant au sujet testé.
4 Phase symptomatique: la diminution du nombre de lymphocytes
T4 et ses conséquences
4.1 LA CLE DU SYSTEME IMMUNITAIRE: LE
LYMPHOCYTE T4
Les lymphocytes T (LT) sont produits dans la moelle, mais achèvent leur
différenciation dans le Thymus. Comme nous l'avons vu au §2.2.1, on en distingue
deux populations qui diffèrent par leurs marqueurs membranaires:
o
o
CD8 pour les LT8 qui peuvent se transformer en cellules-tueuses ou
cytotoxiques.
CD4 pour les LT4 (l'étude du §2.2.2 nous a révélé que ce marqueur était
responsable de la liaison VIH / LT4): ils stimulent les autres lymphocytes
engagés dans la défense immunitaire, aussi bien les LB dans la production
d'anticorps, que les LT8 cytotoxiques.
Certains individus progressent rapidement vers le stade SIDA, alors que
d'autres ne présentent pas ce stade même au-delà de 10 ans d'infection.
On trouvera dans le document ci-contre (cliquez sur le logo pour l'agrandir)
l'évolution de différents paramètres pendant l'infection, chez deux types de sujets
("progresseurs" et "non progresseurs"):
o
o
o
o
la charge virale (VIH RNA copies),
le taux de CD4, représentatif du taux de LT4,
le taux de LT cytotoxiques,
le taux d'anticorps anti-gp120 et anti-p24.
Extrayez du document les informations permettant d'expliquer les deux types
d'évolution de l'infection.
4.2 LE SUIVI DES POPULATIONS DE LYMPHOCYTES
On trouvera des renseignements concernant le suivi des populations de LT4 et LT8
(identifiés encore CTL en anglais, pour "cytotoxic T Lymphocyte") dans le document
"Les acteurs de l'infection et de la réponse immunitaire acquise" de l'INRP
notamment sur la méthode permettant le suivi des LT4 et LT8 par cytométrie de flux
(qui va au delà du programme officiel, comme les §4.3 et 4.4 suivants d'ailleurs, mais
qui pourra intéresser certains) ou encore dans le document "Immunologie / Biogéo"
qui permet de télécharger les logiciels WinMDI et WMDISHOW.
4.3 L'INSTALLATION DE MALADIES OPPORTUNISTES
Ces maladies profitent d'un système immunitaire qui n'est plus capable de protéger
l'organisme: vingt-cinq infections opportunistes ont été répertoriées et confirment le
diagnostic clinique du sida chez les individus séropositifs.
La candidose orale ou muguet (infection de la bouche par le champignon Candida)
survient fréquemment au début de la phase symptomatique chez un grand nombre de
malades.
L'infection opportuniste la plus fréquente est la pneumonie par Pneumocystis carinii
(un champignon qui existe dans les voies aériennes de tous les individus).
On remarque aussi des pneumonies bactériennes (dues à plusieurs types de bactéries
dont Streptococcus et Haemophilus) et la tuberculose (infection respiratoire
bactérienne causée par Mycobacterium tuberculosis).
Au cours de la phase tardive du sida, la dissémination de l'infection par
Mycobacterium avium peut provoquer fièvre, perte de poids, anémie et diarrhée. On
trouve aussi des symptômes associés à certaines infections bactériennes du tube
digestif (dues à Salmonella, Campylobacter, Shigella ou d'autres bactéries).
On note aussi les infections par des espèces de Cryptococcus qui provoquent des
méningites .
Des infections dues à Histoplasma capsulatum affectent jusqu'à10 % des patients et
causent une perte de poids, de la fièvre et des complications respiratoires, ainsi que de
graves complications au niveau du système nerveux central, y compris des formes de
démence, si l'infection atteint le cerveau.
Les infections opportunistes virales, spécialement par des membres de la famille des
virus de l'herpès, sont fréquentes. L'un des membres de cette famille, le
cytomégalovirus (CMV), infecte la rétine et peut causer la cécité. Un autre virus de la
même famille, le virus Epstein-Barr, peut entraîner la transformation cancéreuse des
globules sanguins. Les infections par les virus herpétiques de type 1 et 2 provoquent
des lésions orales et périanales évolutives.
De nombreux malades du sida développent des cancers, dont les plus communs sont
le sarcome de Kaposi (un cancer des vaisseaux sanguins qui provoque des lésions
cutanées pourpres pouvant s'étendre aux organes internes et provoquer la mort) et le
lymphome malin ou hématosarcome.
4.4 LES TRAITEMENTS DISPONIBLES
Les recherches de traitement contre le virus du SIDA sont multiples et font appel aux
connaissances actuelles sur le cycle du VIH:
o
o
o
ses moyens pour s'accrocher et pénétrer dans les cellules cibles,
sa prolifération dans les cellules
son expression dans les cellules.
Les médicaments sont appelés de ce fait antiviraux. le plus ancien est l'AZT
(azidothymidine) qui inhibe la transcriptase inverse. Depuis la mise en évidence de
son efficacité en 1986, la thérapie conjugue plusieurs antiviraux (polythérapies) qui
présentent un intérêt par le fait que le VIH est l'objet de nombreuses mutations
pouvant donner des souches résistantes à un antiviral donné.
Par des annotations fléchées ou des numéros vous rendrez compte de
quelques lieux d'action possibles de ces antiviraux sur le schéma que vous avez réalisé
au §2.2.3.