L'immunité adaptative : spécifique, amplifiée, mémorisée

En troisième, tu as vu la première ligne de défense : l'immunité innée, immédiate et identique quel que soit l'intrus — inflammation, phagocytose. Elle suffit souvent. Quand elle ne suffit pas, une seconde réponse se met en place, plus lente à démarrer mais d'une précision inconnue de la première : l'immunité adaptative, propre aux vertébrés.

Ce qu'elle reconnaît : un antigène. Un antigène est une molécule — une protéine de l'enveloppe d'un virus, un fragment de paroi bactérienne, une toxine — que le système immunitaire est capable de reconnaître comme étrangère. Ce n'est pas le microbe entier qui est reconnu, mais des molécules précises de sa surface ou de ses sécrétions.

Qui reconnaît : les lymphocytes. Ce sont des globules blancs d'un type particulier. Chaque lymphocyte porte à sa surface des récepteurs, tous identiques sur une même cellule, et capables de se fixer sur un seul antigène. L'organisme fabrique en permanence des millions de lymphocytes aux récepteurs différents, avant toute infection : parmi eux, quelques-uns seulement reconnaissent l'antigène qui vient d'entrer. On distingue deux familles :

• les lymphocytes B (LB), dont les récepteurs sont des anticorps fixés à la membrane ;
• les lymphocytes T (LT), qui reconnaissent l'antigène présenté à la surface d'autres cellules, et dont deux sous-populations vont jouer des rôles distincts.

La sélection clonale. Parmi tous les lymphocytes, seuls ceux dont le récepteur reconnaît l'antigène sont sélectionnés. Ils se multiplient par mitoses successives — un clone de cellules identiques, toutes spécifiques du même antigène — puis se différencient en cellules effectrices, qui agissent, et en cellules mémoire, qui attendent.

Ce que font les effecteurs. Les LB sélectionnés se différencient en plasmocytes, usines à anticorps : ils sécrètent dans le sang et la lymphe des millions d'exemplaires solubles de leur récepteur. Un anticorps est une protéine en forme de Y, dont les deux bras portent des sites de fixation identiques, spécifiques de l'antigène. Fixé sur lui, il forme un complexe immun : l'antigène est neutralisé — un virus ne peut plus entrer dans une cellule, une toxine ne peut plus agir — et le complexe est reconnu par les phagocytes, qui l'éliminent. L'anticorps ne « tue » rien lui-même : il marque et il bloque. C'est l'immunité humorale. Les lymphocytes T cytotoxiques, eux, détruisent par contact direct les cellules de l'organisme infectées par un virus, dont ils reconnaissent l'antigène en surface : c'est l'immunité cellulaire, la seule qui atteigne un virus déjà à l'abri dans une cellule.

Ce qui coordonne. Une troisième population, les lymphocytes T auxiliaires, sécrète des messagers, les interleukines, qui stimulent la multiplication et la différenciation des LB et des LT cytotoxiques sélectionnés. Sans eux, la réponse avorte : l'immunité adaptative est une coopération.

Ce qui reste : la mémoire. Des lymphocytes mémoire, B et T, spécifiques de l'antigène, survivent des années. À la rencontre suivante du même antigène, la réponse est plus rapide, plus intense et plus durable que la première. C'est le principe de la vaccination.

Un lymphocyte, un récepteur, un antigène. C'est la règle qui distingue l'adaptatif de l'inné. Un phagocyte reconnaît des motifs communs à de nombreux microbes ; un lymphocyte ne reconnaît qu'un antigène, celui auquel son récepteur unique est complémentaire. La diversité est préexistante : le répertoire de récepteurs est constitué avant toute infection, par des mécanismes génétiques propres aux lymphocytes, si bien qu'il existe presque toujours quelques cellules capables de reconnaître n'importe quel antigène nouveau. L'infection ne crée pas la spécificité : elle choisit parmi des spécificités déjà là. Un lymphocyte qui reconnaîtrait « plusieurs antigènes » contredirait ce principe.

Pourquoi la réponse primaire est lente. Au premier contact, les lymphocytes spécifiques sont rares — quelques cellules parmi des millions. Il faut le temps que l'antigène soit rencontré, que les cellules sélectionnées se divisent une dizaine de fois, se différencient, et que les plasmocytes sécrètent assez d'anticorps pour que la concentration devienne efficace. Cela demande plusieurs jours : c'est le délai pendant lequel l'immunité innée tient seule, et pendant lequel on est malade. L'amplification est considérable — l'exemple guidé la chiffre —, mais elle part de presque rien.

Pourquoi la réponse secondaire est rapide. Après la première réponse, les cellules mémoire sont beaucoup plus nombreuses que ne l'étaient les lymphocytes naïfs spécifiques, et plus promptes à s'activer. Au second contact, l'amplification part d'un effectif déjà important : les anticorps apparaissent en quelques jours, en quantité bien supérieure, et persistent plus longtemps. Souvent, l'agent infectieux est éliminé avant tout symptôme. Les caractéristiques à retenir sont qualitatives et au nombre de trois : plus rapide, plus intense, plus durable.

La vaccination, une réponse primaire sans la maladie. Un vaccin présente à l'organisme un antigène de l'agent infectieux — inactivé, atténué, ou réduit à une de ses molécules — sans son pouvoir pathogène. L'organisme monte une réponse primaire, constitue des cellules mémoire, et la vraie rencontre, si elle survient, déclenche une réponse secondaire. On dit que l'immunité vaccinale est active : c'est l'organisme qui l'a construite, et elle est durable. À l'opposé, l'injection d'anticorps tout faits (sérothérapie, immunité passive) protège immédiatement mais brièvement, le temps que les anticorps injectés disparaissent, et ne laisse aucune mémoire. Un troisième usage, plus récent, prolonge la logique de la sérothérapie : l'immunothérapie injecte des anticorps monoclonaux, produits en laboratoire et tous identiques, dirigés contre une cible précise — une molécule d'un virus, ou d'une cellule cancéreuse.

Anticorps et phagocytes : la jonction entre les deux immunités. L'anticorps ne détruit pas ; il rend l'antigène visible et prenable. Les complexes immuns sont reconnus et ingérés par les phagocytes de l'immunité innée bien plus efficacement que l'antigène nu — c'est le sens du mot « prolongement » dans le programme : l'immunité adaptative amplifie et oriente les outils de l'immunité innée, elle ne les remplace pas.

Humorale ou cellulaire : le choix dépend de l'endroit où est l'ennemi. Un virus libre dans le sang, une toxine, une bactérie extracellulaire : les anticorps les atteignent — réponse humorale. Un virus caché dans une cellule, invisible aux anticorps : seul un lymphocyte T cytotoxique peut détruire la cellule infectée — réponse cellulaire. Les deux réponses sont généralement déclenchées ensemble, coordonnées par les mêmes lymphocytes T auxiliaires. Attribuer la destruction des cellules infectées aux LB, ou la production d'anticorps aux LT cytotoxiques, revient à intervertir les deux bras de la défense.

Énoncé. En 1890, Emil von Behring et Shibasaburo Kitasato immunisent des animaux contre la toxine du tétanos par des doses croissantes non mortelles. Ils prélèvent ensuite leur sérum — le liquide du sang débarrassé des cellules — et l'injectent à des animaux qui n'ont jamais rencontré la toxine. Ces receveurs survivent à une dose de toxine qui tue les animaux témoins, ayant reçu le sérum d'animaux non immunisés.

1. Que contient le sérum des animaux immunisés, et pas celui des témoins ? Quel type d'immunité est mis en évidence ?
2. Cette protection est-elle durable ? Pourquoi ?
3. Chez l'animal immunisé lui-même, la protection est durable. Expliquer la différence.
4. Un seul lymphocyte B sélectionné se divise une dizaine de fois en quelques jours (ordre de grandeur). Combien de cellules en descendent ? Commenter.

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1. Ce que le sérum transporte. Le sérum ne contient aucune cellule : ce qui protège est une substance dissoute, produite par l'animal immunisé en réponse à la toxine, et capable de la neutraliser. Ce sont des anticorps dirigés contre la toxine — ce que les auteurs ont appelé des « antitoxines ». L'expérience montre une immunité portée par des molécules en solution : l'immunité humorale. Le témoin, dont le sérum ne contient pas ces anticorps, meurt : l'effet est bien lié à l'immunisation préalable.

2. Une protection passive, donc brève. Les receveurs n'ont fabriqué aucun anticorps : ils ont reçu ceux d'un autre. Ces anticorps se dégradent en quelques semaines et ne sont pas renouvelés, puisque les receveurs n'ont ni plasmocytes ni lymphocytes mémoire spécifiques de la toxine. Passé ce délai, la protection disparaît. C'est le principe de la sérothérapie : efficace tout de suite, sans lendemain.

3. Une immunité active chez le donneur. L'animal immunisé, lui, a subi une réponse primaire : sélection des lymphocytes B spécifiques de la toxine, amplification clonale, différenciation en plasmocytes — d'où les anticorps du sérum — et en lymphocytes B mémoire. À une nouvelle exposition, sa réponse secondaire sera plus rapide et plus intense : il est protégé durablement, parce qu'il a construit lui-même sa protection. Vaccination et infection naturelle relèvent de ce mécanisme.

4. L'amplification chiffrée. Chaque division double l'effectif :

Soit environ un millier de cellules, toutes porteuses du même récepteur, en quelques jours. Comme plusieurs lymphocytes reconnaissant la toxine sont en général sélectionnés, et que chaque plasmocyte sécrète ensuite des milliers d'anticorps par seconde, on comprend à la fois la lenteur du démarrage (partir de quelques cellules) et la puissance du résultat.

Contrôle. Deux questions départagent toujours passif et actif : qui a fabriqué les anticorps ? et reste-t-il des cellules mémoire ? Sérum transféré : un autre, non. Vaccin ou infection : soi-même, oui.

Figure (fig.biology.clonal-selection, SVG programmatique à produire) : un schéma en entonnoir, de gauche à droite, du répertoire de lymphocytes jusqu'aux effecteurs et à la mémoire.

• Colonne 1 — le répertoire. Une dizaine de lymphocytes dessinés comme des disques, chacun portant des récepteurs de forme géométrique différente (carré, triangle, croissant…), pour figurer des spécificités distinctes. Un antigène, de forme triangulaire, arrive par une flèche : un seul lymphocyte a des récepteurs triangulaires complémentaires. Les autres sont estompés. Légende : « un lymphocyte, un récepteur, un antigène : sélection ».
• Colonne 2 — l'amplification. Le lymphocyte sélectionné se divise : un arbre de mitoses, $1 \to 2 \to 4 \to 8$ cellules identiques, toutes à récepteurs triangulaires, avec la mention « clone ». Une flèche latérale venant du haut, « interleukines des lymphocytes T auxiliaires », pointe sur l'arbre.
• Colonne 3 — la différenciation, en deux étages. Étage supérieur (immunité humorale) : des plasmocytes, dessinés plus gros, émettant des anticorps en Y aux bras triangulaires ; à droite, un antigène pris entre deux anticorps, formant un complexe immun, avec un phagocyte qui l'englobe — mention « neutralisé, puis phagocyté ». Étage inférieur (immunité cellulaire) : un lymphocyte T cytotoxique au contact d'une cellule dont la surface porte le triangle antigénique, la cellule étant représentée en train de se désagréger — mention « cellule infectée détruite par contact ».
• Colonne 4 — la mémoire. Quelques cellules à récepteurs triangulaires, mises en réserve dans un cadre pointillé, avec une flèche de retour vers la colonne 2, plus épaisse, légendée « seconde rencontre : réponse plus rapide, plus intense, plus durable ».
• Bandeau du bas : deux courbes schématiques, quantité d'anticorps en fonction du temps, l'une après un premier contact (montée lente, sommet modeste), l'autre après un second (montée rapide, sommet haut, descente lente) — sans graduation numérique, seule l'allure compte.

Ce qu'il faut lire. La forme des récepteurs porte l'idée centrale : la spécificité existe avant l'antigène, et l'antigène choisit. Les deux étages de la colonne 3 séparent ce que fait un anticorps (bloquer et marquer) de ce que fait un lymphocyte T cytotoxique (détruire au contact). La boucle de la mémoire explique le bandeau.

La figure en détail : la figure se lit de gauche à droite en quatre colonnes. Dans la première, une dizaine de lymphocytes sont représentés par des disques portant chacun des récepteurs d'une forme géométrique propre ; un antigène triangulaire arrive, et seul le lymphocyte aux récepteurs de forme complémentaire est mis en évidence, les autres étant grisés. Dans la deuxième colonne, ce lymphocyte se divise en un arbre de cellules identiques, une, puis deux, quatre, huit, toutes porteuses du même récepteur ; une flèche annotée interleukines, venant des lymphocytes T auxiliaires, stimule cet arbre. La troisième colonne comporte deux niveaux. En haut, des plasmocytes libèrent des anticorps en forme de Y qui se fixent sur l'antigène ; l'ensemble, nommé complexe immun, est englobé par un phagocyte. En bas, un lymphocyte T cytotoxique est au contact d'une cellule portant l'antigène à sa surface, et cette cellule se désagrège. Dans la quatrième colonne, quelques cellules mémoire sont placées dans un cadre en pointillé, avec une flèche épaisse qui revient vers la deuxième colonne pour signifier qu'une nouvelle rencontre relance l'amplification plus vite. En bas, deux courbes sans graduation comparent la quantité d'anticorps au cours du temps après un premier contact, montée lente et sommet bas, et après un second, montée rapide et sommet élevé.

Les mots à distinguer. Antigène : la molécule reconnue. Anticorps : la protéine qui la reconnaît. Plasmocyte : le LB différencié qui sécrète les anticorps. Clone : l'ensemble des cellules issues d'un même lymphocyte sélectionné. Complexe immun : l'assemblage antigène–anticorps.

Pas de chiffres à apprendre. Les délais et les concentrations d'anticorps varient d'un antigène à l'autre ; ce que le programme attend, c'est la comparaison qualitative des deux réponses et l'explication par les cellules mémoire.

1. Croire que les anticorps détruisent directement les agents infectieux. Un anticorps se fixe, neutralise et marque ; ce sont les phagocytes qui éliminent le complexe immun. L'anticorps est une étiquette et un cadenas, pas une arme.
2. Penser qu'un lymphocyte reconnaît plusieurs antigènes. Tous les récepteurs d'un lymphocyte sont identiques et complémentaires d'un seul antigène. La diversité est celle de la population de lymphocytes, jamais celle d'une cellule.
3. Confondre lymphocyte B et lymphocyte T cytotoxique. Le LB (via le plasmocyte) produit des anticorps ; le LT cytotoxique détruit les cellules infectées par contact. Intervertir les deux, c'est faire produire des anticorps à un tueur de cellules.
4. Attribuer les anticorps aux lymphocytes T auxiliaires, ou aux phagocytes. Les LT auxiliaires sécrètent des interleukines, pas des anticorps ; les phagocytes ingèrent, ils ne sécrètent rien de spécifique. Seuls les plasmocytes fabriquent des anticorps.
5. Croire que l'antigène crée la spécificité. Le répertoire de récepteurs existe avant l'infection ; l'antigène sélectionne les lymphocytes déjà capables de le reconnaître. Rien n'est « appris » au sens d'une adaptation de la cellule.
6. Expliquer la rapidité de la réponse secondaire par des anticorps qui « restent ». Les anticorps de la première réponse ont pour l'essentiel disparu. Ce qui reste, ce sont des cellules mémoire, plus nombreuses et plus réactives, qui relancent une amplification partant de haut.
7. Confondre vaccination et sérothérapie. Le vaccin déclenche une réponse active et laisse une mémoire ; le sérum apporte des anticorps passifs, sans mémoire. Le premier prévient pour des années, le second protège pour des semaines.
8. Opposer immunité innée et adaptative comme deux systèmes séparés. L'adaptative prolonge l'innée : les phagocytes éliminent les complexes immuns, l'inflammation prépare la rencontre avec l'antigène. Une réponse adaptative sans phagocytes n'aboutirait pas.

Le modèle d'entraînement. L'exercice associé à cette leçon place chaque question dans le contexte d'un agent infectieux réel — virus de la grippe, de la rougeole, de la varicelle, bactérie du tétanos — et tire l'une de six questions : quelles cellules produisent les anticorps, que fait un anticorps sur l'antigène, un lymphocyte reconnaît-il plusieurs antigènes, quelle cellule assure un rôle donné (anticorps, destruction des cellules infectées, stimulation par interleukines), pourquoi la seconde rencontre est-elle plus rapide, qu'est-ce qu'un complexe immun. Les mauvaises réponses sont des erreurs réelles d'élèves, pas des absurdités : chaque option se discute.

Énoncé type. Un individu est infecté par le virus de la grippe. Son système immunitaire adaptatif reconnaît un antigène de ce virus (une protéine de son enveloppe). Quelques jours plus tard, des anticorps dirigés contre cet antigène apparaissent dans le sang. Quelles cellules produisent ces anticorps ?

Corrigé complet.

1. Identifier la réponse en jeu. Des anticorps apparaissent : c'est la réponse humorale, portée par les lymphocytes B.

2. Suivre la sélection clonale. Les lymphocytes B dont les récepteurs membranaires reconnaissent la protéine virale sont sélectionnés, se multiplient sous l'action des interleukines des lymphocytes T auxiliaires, puis se différencient.

3. Nommer l'effecteur. La cellule différenciée qui sécrète les anticorps est le plasmocyte, issu du lymphocyte B.

Les anticorps sont produits par les plasmocytes, issus de la multiplication et de la différenciation des lymphocytes B sélectionnés par l'antigène.

4. Écarter les mauvaises réponses. « Les lymphocytes T cytotoxiques » détruisent les cellules infectées par contact ; ils ne sécrètent pas d'anticorps. « Les lymphocytes T auxiliaires » sécrètent des interleukines qui stimulent les autres lymphocytes — pas des anticorps. « Les phagocytes » ingèrent les agents infectieux et les complexes immuns ; ils appartiennent à l'immunité innée et ne produisent rien de spécifique.

Auto-contrôle. Ai-je distingué le lymphocyte B (la cellule sélectionnée) du plasmocyte (la cellule qui sécrète) ? Ai-je attribué à chaque population de lymphocytes T son rôle propre — cytotoxique : destruction ; auxiliaire : interleukines ? Et ma réponse dit-elle « produire » à propos d'une cellule qui fabrique réellement des anticorps ?