ACTIVITÉS ÉLÈVES TS 19/02/17 4.1 La réaction inflammatoire, un exemple de réponse innée 4.1.1 Les récepteurs PRR, récepteurs de l'immunité innée Les récepteurs de reconnaissance de motifs moléculaires sont des récepteurs du système immunitaire inné (donc de nos cellules) aussi nommés récepteurs de reconnaissance de pathogènes (PRR). Ces récepteurs reconnaissent des motifs moléculaires associés aux pathogènes (PAMP) et des motifs moléculaires associés aux dégâts cellulaires (DAMP). Ils permettent donc de détecter un problème, infection (PAMP) ou cellules abîmées (DAMP). Parmi ces récepteurs PRR se trouvent les récepteurs TLR. Pour montrer la conservation des récepteurs de l'immunité innée au cours de l'évolution, comparer les séquences protéiques des récepteurs TLR1 chez différentes espèces, (référence = Homo Sapiens). D'après les résultats obtenus classez les animaux du plus ressemblant au moins ressemblant par rapport à Homo sapiens. Présenter les résultats sous la forme de votre choix puis faire vérifier. Rédigez un texte court montrant l'intérêt de cette conservation d'un point de vue immunitaire. Comparer des séquences protéiques de récepteurs de l'immunité innée tels que les récepteurs TLR1 TLR2 TLR3 et TLR4 dans l'espèce humaine, pour montrer les différences entre ces différents récepteurs (référence = TLR1). Présenter les résultats sous la forme de votre choix puis faire vérifier. Rédigez un texte court montrant l'intérêt de ces différences d'un point de vue immunitaire. Matériel disponible: Ordinateur Logiciel Anagène avec sa fiche technique Fichiers TLR1.edi et TLR1234HomoSapiens.edi Vous mettrez en évidence visuellement le mode d'interaction des récepteurs TLR1 et TLR2 avec les « PAMP » (Pathogen-associated molecular patterns = motifs moléculaires associés aux Pathogènes = molécule étrangère reconnue par les cellules de l'immunité innée) de type lipoprotéine (protéine associée à un lipide) à 3 chaînes lipidiques. 1. Matériel disponible: Ordinateur Logiciel Rastop avec sa fiche technique Fichier tlr1_tlr2_lipoproteine.pdb (voir ci-dessous pour une description du contenu) Description du contenu du fichier tlr1_tlr2_lipoprotéine.pdb Le TLR-2 humain présent dans ce modèle (chaîne A) reconnaît de nombreux PAMP localisés à la surface de pathogènes (lipoprotéines de membranes bactériennes, peptidoglycanes de bactéries Gram+, hémagglutinine du virus des oreillons,...). En association avec le TLR1 (chaîne B), ils reconnaissent les lipoprotéines à trois chaînes lipidiques (triacylées) caractéristiques des bactéries Gram-. La liaison d'un tel lipide à ces deux récepteurs conduit au rapprochement des chaînes de TLR1 et de TLR2 dont les domaines intracytoplasmique qui réagissent pour initier une cascade de signaux déclenchant le processus inflammatoire. Le modèle proposé dans Rastop ne présente que la partie extracellulaire de ces récepteurs membranaires. Les deux chaînes de TLR ont une forme caractéristique en fer à cheval. Le lipopeptide (identifié chaîne C) est situé au centre du complexe. Il s'agit d'un court peptide Cys-Ser-Lys-Lys-Lys-Lys, associé à 3 acides palmitiques. Interactions entre les récepteurs de type TLR5 (bleus) et les protéines du flagelle (organe de déplacement) de certains bactéries (rouge vert). Daniel Devallois 74160 St Julien en genevois 3 Sur 19 ACTIVITÉS ÉLÈVES TS 19/02/17 4.1.2 Un exemple de réaction inflammatoire Mise en relation de documents et de connaissances rédaction type 22: La dermatite atopique (forme d’eczéma affectant surtout les nourrissons) est une affection caractérisée par une altération de la peau qui devient sèche, rouge et est le siège de démangeaisons importantes. On considère généralement qu'elle provient d'un dérèglement du système immunitaire (maladie auto-immune). Mais, certains chercheurs pensent qu'elle pourrait être causée par certains types de micro-organismes et ne serait donc pas auto-immune. En vous appuyant sur les documents proposés, vous argumenterez leur hypothèse. Document 1: Organisation d'un mastocyte Mastocyte au microscope électronique 1 cytoplasme 2 noyau 3 granules Les granules contiennent en particulier des molécules d'histamine et d'héparine (médiateurs chimiques de l'inflammation). Document 2: Staphylocoques et cellules de défense Dans un article publié en ligne dans la revue Nature, l'équipe signale qu'une toxine produite par la bactérie Staphylococcus aureus populairement connue comme "staphylocoque" déclenche les réactions visibles sur les photographies ci-dessous. Staphylocoques (fausses couleurs) Les souches de staphylocoques sans toxines delta ne déclenchent pas cette réaction (stabilité dans l'état 1). Document 3: Eczéma et cellules de défense Réaction du type de celle observée au niveau des mastocytes de la peau d'une personne atteinte d'eczéma (microscope photonique) Daniel Devallois 74160 St Julien en genevois 4 Sur 19 ACTIVITÉS ÉLÈVES TS 28/12/16 4.1.3.1 4.1.3 Les caractéristiques de l'immunité innée. Les cellules de défense, microscope optique / microscope électronique = Se différencie en (donne) microscope Type d'immunité photonique électronique granulocyte neutrophile granulocyte neutrophile monocyte (sang) Commentaire (relation structure fonction) Innée 1ères cellules intervenant lors d'une réaction inflammatoire (15 minutes). Cellules phagocytaires. Innée Intervention quelques heures après neutrophiles. Cellules phagocytaires. macrophage (tissus) les granulocytes Cellule dendritique e Innée (adaptative) Intervention quelques heures après les granulocytes neutrophiles. Cellules phagocytaires capables d'activer les cellules de la réaction adaptative par présentation d'antigènes. Elle se situent donc à l'interface immunité innée immunité adaptative. lymphocyte Adaptative La différenciation cytologique (sur la base de l'observation des cellules) sans marquage spécifique ne permet pas de distinguer les lymphocytes T et B plasmocyte Adaptative Lymphocyte B différencié. Cellule capable de produire des anticorps. Images extraites de: Immunologie Roitt MEDSI éditeur Histologie fonctionnelle Wheater MEDSI éditeur et thèse de doctorat de Jeremy DI DOMIZIO Toutes les cellules ne sont pas à la même échelle ACTIVITÉS ÉLÈVES TS 19/02/17 4.1.3.2 Les cellules de défense au microscope optique : Par l'observation d'une goutte de sang humain au microscope, repérer chaque type de cellule indiqué sur le schéma ci-dessous. Faire vérifier puis réaliser un croquis assez précis pour identifier le type de cellule. Observer : l'absence de noyau des hématies la petite taille des plaquettes la forme et la taille des noyaux (leucocytes) Frottis sanguin X 400 Schéma d'un frottis sanguin Formation des cellules de défense Daniel Devallois 74160 St Julien en genevois 6 Sur 19 ACTIVITÉS ÉLÈVES TS 19/02/17 4.2 L'immunité adaptative, prolongement de l'immunité innée 4.2.1 La production des cellules adaptatives 1- Formation de la lymphe dans un organe Le système lymphatique, dispositif de surveillance des organes 2- passage de la lymphe dans un ganglion lymphatique 4.2.2 L' éducation du système adaptatif par élimination des cellules dangereuses pour l'organisme L’antigène HY est codé par le chromosome Y, il n’est donc présent que chez les mâles. Une étude de l’évolution des lymphocytes T a été réalisée à partir de thymus de souris mâles et femelles ne produisant que des lymphocytes T pouvant réagir avec cet antigène (souris A et B ci-dessous). Vous expliquerez les résultats du test d’activité des lymphocytes T contre les cellules portant l’antigène HY . On distingue chronologiquement 4 stades d’évolution des lymphocytes T : stade 1 DN = double négatif, le lymphocyte ne présente ni les récepteurs CD4 ni les CD8 stade 2 DP = double positif, le lymphocyte présente les récepteurs CD4 et les récepteurs CD8 stade 3 SP = simple positif, le lymphocyte présente les récepteurs CD4 (SP4) ou CD8 (SP8) Seules les cellules au stade SP sont fonctionnelles et peuvent agir contre les cellules portant l’antigène. La technique utilisée (cytométrie de flux) permet de repérer les cellules en fonction des récepteurs présents à leur surface. Témoin Test d’activité Mâle A Activité des lymphocytes T contre les cellules portant l’antigène HY Pas d’activité Daniel Devallois 74160 St Julien en genevois Femelle B Activité 7 Sur 19 ACTIVITÉS ÉLÈVES TS 19/02/17 4.2.3 Les interactions des cellules adaptatives avec les micro-organismes Analyse de document RÉDACTION type 21: Des souris sont irradiées ce qui conduit à une destruction du système de défense. On injecte ensuite à ces souris des lymphocytes prélevés chez une souris normale. Quelles caractéristiques du système de défense sont mises en évidence par ces expériences ? Les colonnes de billes sont utilisées pour séparer des constituants d'un mélange. La souris A présente des réactions immunitaires contre tous les antigènes qu'on lui injecte. La souris B présente des réactions immunitaires contre tous les antigènes sauf l'anatoxine tétanique (AT). 4.2.4 Les conditions d’activation des cellules adaptatives Analyse de document RÉDACTION type 22: L’interleukine est une molécule produite par les lymphocytes T4 activés. D'après les documents proposés, quelles conditions sont nécessaires à la prolifération des lymphocytes T et B ? Document 1 Document 3 Macrophages Lymphocytes antigène activation 1 aucun B non - 2 aucun B oui + 3 aucun T oui - 4 oui T oui + 5 oui T non - Document 3 Daniel Devallois 74160 St Julien en genevois 8 Sur 19 ACTIVITÉS ÉLÈVES TS 19/02/17 4.2.5 L'action des cellules adaptatives 4.2.5.1 Mode d'action des lymphocytes B Analyse de document RÉDACTION type 21: Le réticulum est un organite ou sont synthétisées les protéines destinées à être transportées à l'extérieur des cellules. l'appareil de Golgi modifie ces protéines pour qu'elles deviennent fonctionnelles. Ribosomes (petites sphères) Sur réticulum (lignes) grossissement (Même échelle) Évolution de la structure des lymphocytes Fonctionnement du réticulum Analyse de document RÉDACTION type 21: À partir des informations à votre disposition, proposez une explication à l'évolution de la structure du lymphocyte B en plasmocyte. La formation de complexes immuns: Action des anticorps anti globules rouges, agglutination des globules rouges : microscope optique. sans anticorps avec anticorps sans anticorps avec anticorps Complexe immun au microscope électronique. Anticorps isolé au microscope électronique. Daniel Devallois 74160 St Julien en genevois 9 Sur 19 ACTIVITÉS ÉLÈVES TS 19/02/17 Action des anticorps exemple de grossesse et séropositivité Mise en relation de documents et de connaissances rédaction type 22: On cherche à comprendre la cause de l'évolution de la séropositivité pour le VIH de deux enfants : E1 né de la mère M1 et E2 né de la mère M2. Par la mise en relation des informations apportées par les documents 1 à 3 et vos connaissances, expliquez l'origine et les évolutions différentes de la séropositivité chez ces deux enfants. Document 1 : Résultats de test réalisés chez différents individus Le test Elisa révèle présence d'anticorps anti-VIH grâce à une réaction colorée. La charge virale mesure le nombre de copies d'ARN viral par millilitre de plasma Individus testés Témoin T1 absence d'anticorps Négatif Témoin T2 présence d'anticorps Positif cupule non colorée 0 cupule colorée 101 à 108 Mère de E1 pendant la grossesse Enfant E1 à la naissance Mère de E2 pendant la grossesse Enfant E2 à la naissance Environ 104 0 Environ 104 Environ 5.102 Test Elisa Charge virale Document 2 : Mesures du taux d'anticorps anti-VIH chez E1 et E2 Document 3 : Evolution du taux d'anticorps dans le sang d'un enfant en fonction de leur origine Daniel Devallois 74160 St Julien en genevois 10 Sur 19 ACTIVITÉS ÉLÈVES TS 19/02/17 Action des LB : La structure des anticorps Travail pratique, concevoir et réaliser un protocole expérimental Les anticorps sont des immunoglobulines, protéines circulantes du milieu intérieur. Chaque anticorps est formé de 4 chaînes, 2 chaînes lourdes (longues) identiques entre elles et 2 chaînes légères (courtes) identiques entre elles. Chaque chaîne est une protéine constituée d'une partie constante, identique entre tous les anticorps et d'une partie variable, différente selon les anticorps. La partie constante assure les fonctions communes à tous les anticorps (liaison aux cellules de défense par exemple). La partie variable assure la fonction spécifique à chaque anticorps, la fixation à un antigène de forme bien définie (complémentaire de la forme de la partie variable). En vous appuyant sur les logiciels Anagène et Rastop, vous proposerez puis réaliserez une démarche permettant d'identifier puis de visualiser les parties variables des différentes chaînes d'un anticorps. Faire apparaître en particulier les liaisons disulfures assurant les liens entre les 4 chaînes. Présentez les résultats sous la forme de votre choix. Les étapes du travail : Proposez une démarche et faites vérifier. Réaliser la démarche validée. faire vérifier votre travail avec Anagène. faire vérifier votre travail avec Rastop. Matériel disponible: Ordinateur Logiciel Anagène avec sa fiche technique Logiciel Rastop avec sa fiche technique Fichier « 4 chaînes d'un même anticorps.thm = 4 chaînes d'un seul anticorps chaînes lourdes H (igghsida) et I (iggisida) chaînes légères L (igglsida) et M (iggmsida) Fichier « chaînes lourdes différents anticorps.thm » = séquences des chaînes lourdes de différents anticorps. Fichier « chaînes légères différents anticorps.thm » = séquences des chaînes légères de différents anticorps. Fichier IGGTotalRenum.pdb (Rastop) La liaison Antigène Anticorps, test de la brucellose Sur une lame mince, déposer une goutte d'antigène de la brucellose et une goutte d'anticorps correspondant, mélanger avec un cure dents (ou bâtonnet bleu), attendre 4 minutes, mettre une lamelle puis observer au microscope l'agglutination. Réaliser un témoin en remplaçant la goutte d'antigène par une goutte d'eau. Daniel Devallois 74160 St Julien en genevois 11 Sur 19 ACTIVITÉS ÉLÈVES TS 19/02/17 La liaison Antigène Anticorps, le test d'Ouchterlony Quel usage pour les techniques de détection antigènes/anticorps ? Arc de précipitation = complexe immun au contact anticorps de lapin et BSA Sérum de lapin immunisé contre la BSA BSA Plaçons nous dans le cas d'une infection. 2 grandes situations peuvent se présenter : 1- une infection est en cours et on souhaite savoir quel microbe est responsable de cette infection utilité = choisir le traitement inconnu = les antigènes présents dans la situation 2- on souhaite savoir contre quels microbes une personne est immunisée utilité = savoir si elle doit ou non être vaccinée (femme enceinte et rubéole) inconnu = les anticorps présents dans la situation Matériel à disposition: une boite de pétri un gabarit un emporte pièce un cure dent une série d'antigènes (protéines de type albumine provenant de différents animaux) B boeuf P poule C cheval E eau Humaine un sérum S de lapin inconnu (dont on ne sait pas contre quels antigènes il est immunisé). Concevoir un protocole permettant de mettre en évidence contre quels antigènes (A B et C) les lapins (1 2 3) sont ils immunisés (situation 2 ci-dessus). Remarque: On place un anticorps au milieu et dans antigènes autour ou l'inverse, un antigène au milieu et des anticorps autour Sérum 1 Sérum 6 Sérum 2 BSA Sérum 5 Sérum 3 Sérum 4 4.2.4.4 Analyse de document REDACTION type 21: La caséine est une protéine du lait. Le document ci dessous indique les résultats obtenus avec un test d’Ouchterlony réalisé avec 1 Anticorps et 3 types d’Antigènes. Caséine de chamelle Anticorps anti caséine bovine Caséine de brebis Caséine bovine En quoi ces résultats sont-ils inattendus ? Proposez une explication. Daniel Devallois 74160 St Julien en genevois 12 Sur 19 Test d'Ouchterlony: Fiche technique Technique d’Ouchterlony : Il s'agit d'une immunodiffusion sur gel d'agar coulé dans une boite de pétri. Les solutions sont déposées dans des puits creusés dans le gel et diffusent de façon homogène dans toutes les directions autour du puits. Deux auréoles de diffusion peuvent donc entrer en contact lorsqu’elles ont suffisamment progressé. Cette zone de contact reste invisible s’il n’y a pas de réaction entre les deux solutions. En revanche, elle se traduit par un arc de précipitation visible à l’œil nu lorsque les deux solutions réagissent. Le temps de réaction est de 24h à 48h. Procédures : 1- Creuser les puits nécessaires dans la gélose de la boîte de Petri Au fond de la boîte de Petri est coulé un gel d’agar. Utiliser le gabarit fourni pour répartir les puits nécessaires. S’exercer avec la boîte d’apprentissage pour creuser les puits avec l’emporte-pièce (petit tube en verre). Utiliser le cure-dent pour éliminer les cylindres de gélose si nécessaire. 2. Choisir et marquer sur la boîte de Petri (pas le couvercle) la disposition des produits à déposer dans les puits. 3. Déposer les gouttes de produits dans les puits. Le produit prélevé dans un tube avec un compte-goutte propre doit être déposé dans le puits approprié sans débordement sans bulles sans endommager le gel d’agar 20 à 50 µl par puit Utiliser le compte goutte correspondant au produit manipulé (même couleur). Tout échange de compte goutte pourrait fausser totalement les résultats. 4. 24 à 48 heures plus tard, observer les résultats fournis sur fond noir et en éclairage rasant (15 – 20 minutes quand produits de substitution). ACTIVITÉS ÉLÈVES TS 19/02/17 Action des LB : évolution des anticorps lors d'une infection aigüe Évolution des marqueurs sérologiques chez les malades présentant une hépatite A aiguë Évolution des marqueurs sérologiques chez les malades présentant une hépatite B Évolution des marqueurs sérologiques chez les malades présentant une rubéole Daniel Devallois 74160 St Julien en genevois 14 Sur 19 ACTIVITÉS ÉLÈVES TS 19/02/17 4.2.5.2 Mode d'action des lymphocytes T4 Mise en relation de documents et de connaissances rédaction type 22: D'après les documents proposés, quelle est le mode d'action et l'influence des lymphocytes T4 sur le système de défense ? Document 1: Mode d'action des lymphocytes T4 On prélève des lymphocytes B et T4 dans la rate d'une souris sensibilisée contre un antigène A soluble. Ces lymphocytes sont placés dans une chambre de culture de Marbrook selon les conditions rapportées dans le tableau. On mesure le nombre de lymphocytes B activés pour 106 cellules de rate dans chaque cas. Lymphocytes dans la chambre expérience supérieure inférieure Lymphocytes B activés 1 T4 B 960 B 72 B 1010 2 3 T4 + B Document 2: influence de l'interleukine sur les lymphocytes B Document 3: influence de l'interleukine sur les lymphocytes T8 (même mutation que dans le document 3) Document 4: influence de l'interleukine sur les destructions de cellules infectées par les lymphocytes T8 On étudie la réponse à une infection par le virus de la chorioméningite. Pour cela on place des lymphocytes T8 extraits de différentes souris en présence de cellules infectées. Les souris mutées présentent une déficience en interleukine. Daniel Devallois 74160 St Julien en genevois 15 Sur 19 ACTIVITÉS ÉLÈVES TS 19/02/17 4.2.5.3 Action des lymphocytes T cytotoxiques (T8 activés) Mise en relation de documents et de connaissances rédaction type 22: Les premières greffes chez l'Homme, réalisées au cours de la seconde guerre mondiale, se sont soldées par des échecs avec la mort des receveurs et une destruction importante des greffons (nécrose = mort de cellules). Des études réalisées à partir de différentes lignées pures d'animaux de laboratoire (souris, rat, lapin, ...) montrent que lorsqu'on greffe la peau d'un individu sur un autre individu génétiquement distinct, le greffon est d'abord infiltré par des vaisseaux puis au bout de 7 à 14 jours, il est envahi de globules blancs et se nécrose. C'est le rejet de greffe. À partir de l'exploitation rigoureuse des documents et de vos connaissances, montrez que la nécrose du greffon résulte d'une réponse immunitaire adaptative faisant intervenir des cellules spécialisées. Document 1 : Principe et résultats de l'expérience de PB Medawar sur les greffes de peau sur des animaux génétiquement différents (prix Nobel de médecine). Document 2 : Aspect de la peau à la suite d'une greffe en cours de rejet Coupes de peau de souris : - à gauche : peau "normale" - à droite : fragment de peau provenant d'une souris greffée cinq jours auparavant (voir document 1). Document 3 : Deux électronographies montrant un lymphocyte T cytotoxique de souris (à gauche) et une cellule cible (à droite) à deux moments différents. Le phénomène observé se manifeste lors d'un rejet de greffe. Daniel Devallois 74160 St Julien en genevois 16 Sur 19 ACTIVITÉS ÉLÈVES TS 19/02/17 4.3 L'évolution du phénotype immunitaire au cours de la vie 4.3.1 La mémoire immunitaire Mise en relation de documents et de connaissances rédaction type 22: En vous appuyant sur les documents et sur vos connaissances, montrez l'intérêt des vaccinations dans le cas de la rougeole. Document 1: effets de la vaccination contre la rougeole sur le nombre annuel de cas de rougeole. Document 2: Evolution des anticorps contre le virus de la rougeole au cours du temps. Document 3: Évolution des anticorps lors d'un deuxième contact avec le virus de la rougeole (vaccin). Daniel Devallois 74160 St Julien en genevois 17 Sur 19 ACTIVITÉS ÉLÈVES TS 4.3.2 19/02/17 Activation de la mémoire immunitaire : le phénotype immunitaire Analyse de document REDACTION type 21: Selon les situations, les médecins injectent parfois à leur malade un sérum contenant des anticorps (sérothérapie) ou un vaccin (vaccinothérapie). En vous appuyant sur le document, vous montrerez l'influence des 2 techniques sur le phénotype immunitaire et vous expliquerez en conséquence les avantages et inconvénients de chaque technique. Analyse de document REDACTION type 21: Des souris sont soumises à des injections de toxine tétanique TT (produite par le bacille responsable du tétanos et mortelle), de toxine diphtérique TD (produite par le bacille responsable de la diphtérie et mortelle) et d'anatoxine tétanique AT (toxine tétanique atténuée par un traitement lui faisant perdre son pouvoir pathogène mais conserver son pouvoir antigénique). Vous expliquerez les résultats expérimentaux en vous appuyant en particulier sur l'évolution du phénotype immunitaire des différentes souris au cours des expériences. Pouvoir pathogène = capacité à provoquer une maladie. Pouvoir antigènique = capacité à jouer le rôle d'antigène. S4 = souris 4 ayant reçu une injection d'AT 15jours avant bacille = bactérie allongée (microorganisme) Daniel Devallois 74160 St Julien en genevois 18 Sur 19 ACTIVITÉS ÉLÈVES TS 19/02/17 CHAPITRE 5 Recenser, extraire et exploiter des d'emploi. STOCKAGE informations sur la composition d'un vaccin et sur son mode Exemples d’activités • Identifier les principes d’une stratégie vaccinale grâce aux exemples de l’éradication de la variole, ou de l’arrêt de la vaccination contre la diphtérie en Angleterre lorsque le nombre de vaccinés est suffisant pour éviter l’épidémie. • Recenser les principes de la vaccination à partir de textes historiques (Jenner) • Exercer l’esprit critique des élèves à partir des travaux de Pasteur. • Recenser, extraire et exploiter des informations sur la composition d'un vaccin et sur son mode d'emploi. • Exploiter des articles de presse à propos des adjuvants dans les vaccins afin de développer l’esprit critique des élèves face aux ressources documentaires et l’intérêt face aux grands enjeux de société. • Extraire et exploiter des informations à partir d’un calendrier de vaccination • Exploiter des articles sur les promesses futures des vaccins. Sujet 2.1 (très peu vraisemblable): Citation: « Lors de l'arrivée des colons en Amérique, les indiens ont été décimés par des maladies apportées par les colons et inconnues en Amérique. Cela s'explique car les indiens n'avaient pas les anticorps contre ces maladies. De fait les épidémies en Europe provoquaient beaucoup moins de morts que celles en Amérique même lorsqu' aucune épidémie n'avait eu lieu depuis plusieurs dizaines d'années en Europe ». Montrez en quoi cette explication est peu cohérente avec le fonctionnement du système immunitaire. Proposez une autre explication fondée sur la théorie de l'évolution. Daniel Devallois 74160 St Julien en genevois 19 Sur 19