Fiche explicative de la leçon: Réponse immunitaire primaire et secondaire Biologie • Troisième année secondaire

Dans cette fiche explicative, nous allons apprendre à comparer les réponses primaire et secondaire des anticorps suite à une infection et expliquer le rôle des cellules à mémoire dans la réponse secondaire.

Les nouveau-nés et les enfants en bas âge sont généralement plus sujets à la maladie que les adultes en bonne santé. L’une des raisons pour lesquelles les enfants semblent tomber si souvent malades est qu’une certaine immunité, notre immunité acquise, prend du temps à se développer. Le système immunitaire comporte deux mécanismes complémentaires : l'immunité innée (non spécifique), qui combat tous les agents pathogènes de la même manière, et l'immunité acquise (spécifique/adaptive), qui engendre une réponse personnalisée en fonction de l'agent pathogène à combattre.

L’immunité innée ou non spécifique est l’immunité avec laquelle vous êtes né. L’immunité acquise ou spécifique se développe au cours de votre vie. L’immunité acquise a un élément de mémoire qui prépare l’organisme à répondre plus rapidement et plus efficacement à une deuxième infection par le même agent pathogène que la première fois qu’elle s’est produite. En fait, ce système de mémoire fonctionne si bien que nous ne pouvons pas du tout ressentir les symptômes physiques d’une infection subséquente ! Un graphique de la réponse immunitaire acquise montre la différence de temps entre une infection primaire et une infection secondaire dans la figure 1.

La première fois que notre système immunitaire rencontre un pathogène particulier, il faut généralement environ 5 à 10 jours pour que le système immunitaire acquis lance une attaque à grande échelle, mais il peut prendre plus de temps (jusqu’à quelques semaines). Premièrement, les lymphocytes T et B doivent être activés pour proliférer et former une grande population par le processus de sélection clonale.

Ces cellules luttent contre une infection de deux manières. Il s’agit de l’immunité humorale et l’immunité cellulaire. Dans l’immunité humorale, les lymphocytes B matures et activés sécrètent des anticorps qui aident à neutraliser les agents pathogènes extracellulaires. Les anticorps peuvent également se fixer aux cellules infectées, mais ils ne peuvent pas détruire les cellules hôtes par leurs propres moyens.

Les lymphocytes T auxiliaires activent d’autres cellules T, telles que les lymphocytes T cytotoxiques, et peuvent stimuler les lymphocytes B à produire des anticorps. Dans l’immunité à médiation cellulaire, les lymphocytes T cytotoxiques activés et matures identifient et détruisent les cellules infectées. Ces cellules T cytotoxiques ont également la capacité de reconnaître les cellules hôtes en détresse, comme les cellules cancéreuses qui se divisent de manière incontrôlable, et d’activer des processus qui conduisent à la mort de ces cellules dangereuses.

Les cellules effectrices, telles que les lymphocytes B, les lymphocytes T auxiliaires et les lymphocytes T cytotoxiques, effectuent un processus appelé sélection clonale. Il s’agit de cellules qui sont sélectionnées si leurs récepteurs sont complémentaires aux antigènes du non soi présents dans l’organisme. Ces cellules subissent ensuite une expansion clonale, au cours de laquelle ces cellules se multiplient et se répandent dans tout l’organisme pour combattre l’infection.

Ces réponses immunitaires acquises mettent du temps à s’initier complètement. Pendant ce temps, le système immunitaire inné ou non spécifique combat l’infection en utilisant la réponse inflammatoire et les cellules phagocytaires. C’est pourquoi nous nous sentons souvent très malades et développons des symptômes tels que fièvre ou douleur lors d’une infection bactérienne ou virale.

Une fois l’agent pathogène anéanti ou complètement éliminé de l’organisme, les lymphocytes T régulateurs, également appelés lymphocytes T suppresseurs, désactivent la réponse immunitaire. Ils inhibent toutes les cellules actives lorsqu’il n’y a plus d’infection à combattre, et les lymphocytes B activés ainsi que les lymphocytes T cytotoxiques meurent rapidement. C’est une étape importante car un système immunitaire non surveillé ou incontrôlé peut causer de graves problèmes tels que des maladies auto-immunes où le système immunitaire attaque les cellules saines de l’organisme ! 

Les lymphocytes T régulateurs ne désactivent que les cellules immunitaires actives. Au cours de la réponse immunitaire primaire initiale, le système immunitaire humoral et cellulaire crée des lymphocytes à mémoire. Les cellules à mémoire sont des cellules immunitaires inactives qui vivent très longtemps dans les organes immunitaires tels que les ganglions lymphatiques et la moelle osseuse. Un graphique illustrant les phases de la réponse immunitaire primaire est présenté dans la figure 2.

Lorsque notre organisme est confronté à une infection, il crée des populations durables de lymphocytes B à mémoire, de lymphocytes T auxiliaires et de lymphocytes T cytotoxiques avec des récepteurs qui reconnaissent spécifiquement les antigènes associés à l’agent pathogène infectieux. Après la réponse immunitaire primaire, il y a aussi des anticorps spécifiques à l’antigène qui continuent de circuler dans le sang. C’est pourquoi la détection d’anticorps dirigés contre un antigène particulier est un test efficace pour déterminer si quelqu’un a déjà souffert de l’infection en question.

Les lymphocytes B à mémoire ont des anticorps qui reconnaissent le pathogène spécifique qui a induit leur production. Il en va de même pour les lymphocytes T auxiliaires à mémoire. Les lymphocytes T auxiliaires à mémoire ont des récepteurs adaptés pour reconnaître le pathogène qui a conduit à leur création initiale. Cela signifie que lorsqu’une infection se produit pour la deuxième fois, ces lymphocytes à mémoire sont déjà préparés à s’activer rapidement et à combattre immédiatement l’infection.

Lorsque les lymphocytes T auxiliaires à mémoire rentrent en contact avec leur antigène complémentaire, ils agissent en initiant les réponses immunitaires humorale et cellulaire. Lorsque les lymphocytes B à mémoire rencontrent leur antigène complémentaire, ils se différencient rapidement en plasmocytes qui sécrètent des anticorps et en d'autres lymphocytes B à mémoire. C’est ce qu’on appelle la réponse immunitaire secondaire, qui est une réaction beaucoup plus rapide et plus forte que la réponse primaire. Les réponses primaire et secondaire des cellules B sont représentées dans la figure 3.

La réponse immunitaire secondaire fonctionne particulièrement bien contre les agents pathogènes qui ne changent pas radicalement au fil du temps. Par exemple, le virus qui cause la rougeole est facilement reconnu par l’organisme. La première infection rendra une personne malade, car la réponse immunitaire primaire est faible et lente tandis que l’immunité innée domine.

Parfois, lors d’une réponse immunitaire primaire, un agent pathogène se propage trop rapidement et fait trop de dégâts le temps que le système immunitaire acquis s’active complètement. Dans ces cas, le patient peut mourir de son infection.

Cependant, s’il survit à l’infection initiale, il est peu probable qu’il soit à nouveau atteint de la rougeole. Les cellules à mémoire générées dans la réponse primaire peuvent perdurer dans l’organisme pour le reste de leur vie, et réagissent si rapidement après une infection par le virus de la rougeole que la personne ne présente aucun symptôme.

Vous vous demandez peut-être pourquoi certaines maladies resurgissent encore et encore. Pourquoi notre système immunitaire acquis ne nous protège-t-il pas contre le rhume tous les ans ? 

L’immunité acquise doit facilement reconnaître le pathogène. Certains virus, comme le groupe de virus qui provoquent le rhume, mutent rapidement. Ils changent si rapidement que notre organisme ne reconnaît pas les antigènes à leur surface externe d’une infection à l’autre. Les lymphocytes B à mémoire et les lymphocytes T auxiliaires à mémoire qui sont générés lors de l’infection initiale ne sont pas activés au moment où un variant muté du virus méconnaissable infecte nos cellules. Pour ces types de pathogène, notre immunité acquise ne peut pas nous protéger contre des infections subséquentes.

Les réponses immunitaires primaire et secondaire peuvent être représentées graphiquement comme le montre la figure 4. L’ sur ce graphique représente le temps. L’ représente la concentration d’anticorps dans le sang. Il s'agit d'une mesure de l’intensité de la réponse immunitaire, mais n'oubliez pas que les lymphocytes T seront également activés.

Ensuite, la première « bosse » rouge est la réponse immunitaire primaire à un antigène que nous avons appelé « antigène A ». La réponse immunitaire primaire prend presque une semaine pour se déclencher. Pendant cette « période de latence », les lymphocytes B et T passent par la sélection et l’expansion clonales, tandis que le système immunitaire inné combat l’infection en utilisant des méthodes antigéniques non spécifiques. La réponse immunitaire primaire atteint son pic plus de plus tard.

Finalement, au bout de 5 semaines environ, la réponse immunitaire primaire est désactivée par des lymphocytes T régulateurs, et il ne reste alors que des lymphocytes à mémoire et une faible concentration d’anticorps spécifiques de l’antigène A en circulation.

La durée entre les réponses primaire et secondaire peut se compter en semaines ou en décennies. La réponse secondaire correspond à la deuxième fois que notre système immunitaire rencontre le même agent pathogène. La troisième, quatrième, cinquième infection et ainsi de suite, ressembleront au graphique de la deuxième infection.

Sur le graphique de la figure 4, la deuxième « bosse » en rouge représente la réponse immunitaire secondaire à l’antigène A. Nous pouvons voir que la réponse secondaire n’a pas de période de latence. Elle commence presque immédiatement et atteint un pic en environ une semaine, le même temps qu’a pris la réponse initiale pour démarrer. La présence de cellules à mémoire signifie qu’il n’y a plus besoin du processus long de sélection clonale. Des lymphocytes B et des lymphocytes T spécifiques de l’antigène A sont déjà préparés à s’activer rapidement.

La réponse secondaire a une « bosse » beaucoup plus élevée. Pendant la réponse secondaire, les anticorps sont produits en plus grand nombre et plus rapidement par davantage de cellules. Ces anticorps persistent également plus longtemps dans le sang après la fin de l’infection.

Ce graphique comporte également une ligne verte intitulée « B ». Cette ligne représente une réponse primaire à un antigène différent, et non à l’antigène A. Cette droite est incluse dans ce graphique pour deux raisons. La première raison consiste à montrer que la mémoire immunitaire acquise pour un antigène est spécifique à cet antigène. La réponse immunitaire secondaire ne se produit que pour les antigènes que le système immunitaire a déjà rencontrés. Comme il s’agit de la première exposition de l’organisme à l’antigène B, la courbe de la réponse primaire à l’antigène B est exactement la même que la réponse primaire que nous avons vue pour l’antigène A.

La deuxième raison pour laquelle nous incluons la réponse primaire à l’antigène B superposée à la réponse secondaire à l’antigène A est de comparer directement les réponses immunitaires primaire et secondaire. En les plaçant sur le même graphique pendant la même période, il est plus facile de déceler des différences que lorsqu’on compare la première et la deuxième courbe pour l'antigène A du même graphique.

Une autre caractéristique importante de ce graphique de la réponse immunitaire est l’échelle de l’ . C’est ce que nous appelons une échelle logarithmique. Nous pouvons voir que la valeur de chaque repère majeur sur l’ est 10 fois supérieur à la précédente. Cette échelle est exponentielle au lieu d’être linéaire. Cela permet aux scientifiques d’analyser une très large gamme de données sur un même graphique, ce qui fait ressortir des différences qui seraient autrement difficiles à voir. La figure 5 met en évidence l’échelle logarithmique de la figure 4.

La figure 6 ci-dessous compare directement les données représentées sous forme linéaire et logarithmique. Les données des échantillons dans les deux graphiques ont les mêmes valeurs. Cependant, sur le graphique linéaire, vous ne pouvez pas voir beaucoup de différence entre les 5 premiers points. Lorsque les mêmes points sont tracés sur une échelle logarithmique, la différence entre deux points est beaucoup plus flagrante. C’est pourquoi une échelle logarithmique permet de visualiser efficacement des données qui s’étalent sur une large gamme de valeurs.

Exemple 4: Lire un graphique logarithmique de la réponse immunitaire

La figure montre les variations dans les concentrations sanguines d’anticorps après exposition aux antigènes A et B.

Comment la concentration maximale d’anticorps à l’antigène A dans la réponse secondaire se compare-t-elle approximativement à celle de la réponse primaire ? 

1. Il y a environ trois fois plus d’anticorps produits dans la réponse secondaire.
2. Il y a environ 100 fois plus d’anticorps produits lors de la réponse secondaire.
3. Il y a environ 10 000 fois plus d’anticorps produits lors de la réponse secondaire.
4. Il y a environ 1 000 fois plus d’anticorps produits lors de la réponse secondaire.
5. Il y a environ deux fois plus d’anticorps produits lors de la réponse secondaire.

Réponse

Ce graphique des réponses immunitaires primaire et secondaire utilise une échelle logarithmique. La valeur de chaque marque numérotée sur l’ est 10 fois supérieure à la précédente. Les échelles logarithmiques nous permettent de disposer une large gamme de données dans un espace réduit.

La réponse immunitaire à l’antigène A est indiquée en rouge. La réponse primaire atteint un pic de 10. La réponse secondaire atteint un pic de 1 000. Si nous ne lisons pas les nombres sur cette échelle et ne réalisons pas qu’ils sont exponentiels et non linéaires, nous pouvons à première vue conclure que le pic de la réponse secondaire est trois fois plus grand que le pic de la réponse primaire.

Les choix de réponse concernent tous le nombre de « fois » que la quantité d’anticorps produits est plus élevée dans la réponse secondaire par rapport à la réponse primaire. Nous pouvons écrire cette relation mathématique comme suit, où Rs signifie réponse secondaire et Rp signifie réponse primaire : 

Maintenant, nous pouvons remplacer la formule avec les valeurs de notre graphique et déterminer la quantité manquante : 

Nous divisons les deux côtés de cette équation par 10 : 

Puis complétons le calcul : 

Donc, maintenant nous savons que .

Cela signifie qu’il y a 100 fois plus d’anticorps produits contre l’antigène A dans la réponse secondaire par rapport à la réponse primaire.

La mémoire immunitaire, illustrée par le graphique des réponses primaire et secondaire à un même agent pathogène ou antigène, montre comment notre système immunitaire acquis s'adapte au fil du temps. Chaque infection que nous contractons nous donne de nouvelles cellules à mémoire qui sont toujours prêtes à bloquer une infection récidive pour laquelle elles sont adaptées.

Lorsque nous étions petits, nous n’étions pas exposés à de nombreux types d’agent pathogène, notre système immunitaire acquis ne possède donc pas beaucoup de types de cellules à mémoire. Chacune de ces maladies infantiles génère une nouvelle population de cellules mémoires qui sont ensuite capables de prévenir la même maladie à l'avenir.

Les vaccinations utilisent également ce mode de fonctionnement. Un vaccin ou une immunisation déclenche une réponse immunitaire primaire en activant le système immunitaire à l’aide d’un antigène inoffensif. Cet antigène est dérivé d’un pathogène dangereux. Il déclenche la fabrication par notre système immunitaire de lymphocytes mémoires contre l'agent pathogène, sans que nous ayons à souffrir de la maladie ! 

Comme la réponse immunitaire primaire est plus faible que la réponse secondaire, certaines vaccinations nécessitent deux doses, simulant une infection subséquente et déclenchant des anticorps de plus longue durée et une réponse plus forte illustrée dans le graphique de la réponse secondaire.

Notre système immunitaire acquis est considéré comme adaptatif car il se développe pour nous protéger contre les agents pathogènes présents dans notre propre environnement. Les cellules à mémoire sont créées contre les agents pathogènes avec lesquels nous sommes en contact car nous sommes susceptibles de les rencontrer à nouveau. Au moment où nous atteignons l’âge adulte, nous avons une population de lymphocytes à mémoire qui sont capables de nous protéger contre les maladies les plus courantes ! 

Résumons quelques points clés concernant les réponses immunitaires primaire et secondaire.