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La défense de l'organisme

Biologie et physiopathologie humaines

Lycée Général et technologique

Terminale ST2S

Introduction

Organisation des séances

Scénario organisé en 5 séances pour un total de 7h00.

  • Séance 1 : 1h00

  • Séance 2 : 3h00

  • Séance 3 : 0h00

  • Séance 4 : 1h30

  • Séance 5 : 1h30

Objectifs visés

  • S’approprier et définir les notions de soi et de non-soi en immunologie.
  • Caractériser la réaction inflammatoire dans le cadre de l’immunité innée et dégager les étapes essentielles qui la constituent.
  • Découvrir des acteurs cellulaires impliqués dans la mise en place de cette réaction inflammatoire.
  • Établir des liens entre ces acteurs, leurs caractéristiques, leurs modalités d’action et les signes cliniques de l’inflammation.
  • Découvrir et comprendre les conséquences sur l’organisme d’une immunodéficience sévère acquise : l’exemple du sida.
  • Découvrir les acteurs cellulaires et moléculaires impliqués dans la réponse immune à un antigène circulant.
  • Prouver, expérimentalement, les propriétés de reconnaissance et neutralisation spécifique des anticorps.
  • Comprendre et schématiser l’enchaînement des étapes permettant d’aboutir à la neutralisation et/ou à l’élimination de l’antigène.
  • Distinguer les modalités d’action des lymphocytes B de celles des lymphocytes T.
  • Identifier les intérêts thérapeutiques ou diagnostiques des anticorps circulants.
  • Découvrir et comprendre la mise en place d’une réponse immune face à un antigène endocellulaire : l’exemple du bacille de Koch responsable de la tuberculose.
  • Prouver l’existence d’une mémoire immunitaire et montrer son utilité sur le plan clinique au travers de la vaccination.
  • Aborder la théorie de la délétion clonale en lien avec l’origine de certaines maladies auto-immunes.

 

Pré-requis

Notions acquises en 3e

  • Contamination et infection d’un organisme par un pathogène.
  • Reconnaissance des éléments étrangers par le système immunitaire.
  • Importance de la phagocytose dans le cadre de la réaction inflammatoire.
  • Multiplication des lymphocytes spécifiques d’un antigène reconnu dans certains organes, particulièrement dans les ganglions lymphatiques.
  • Sécrétion dans le sang, par les lymphocytes B sélectionnés et différenciés, de molécules nommées anticorps, capables de participer à la neutralisation des éléments antigéniques.
  • Capacité de certains lymphocytes T à détruire par contact les cellules infectées par un virus ou les cellules cancéreuses.
  • Mémoire immunitaire et vaccination.


Capacités/Compétences acquises depuis la 4e

  • Connaître les étapes essentielles d’une démarche d’investigation.
  • Formuler des hypothèses recevables au regard du contexte étudié (exemple traité en 3e concernant les modalités d’action des lymphocytes).
  • Valider ou invalider ces hypothèses à partir d’observations, d’expériences et de l’exploitation de résultats expérimentaux.
  • Conduire de manière autonome une démarche d’investigation.
  • Exploiter avec méthode des résultats expérimentaux.
  • Construire son compte rendu d’activité pour atteindre le ou les objectifs fixés.

Séance 1

Durée

1h00

Situation déclenchante

Présentation d’une photographie illustrant une zone corporelle inflammée à la suite d’un traumatisme infectieux (exemple : une coupure de la peau au niveau d’un doigt ou de la main). La discussion engagée autour de ce document permet de dégager la notion d’inflammation et d’y rattacher deux des quatre symptômes associés (la rougeur et le gonflement).

Problème

Pourquoi l’organisme répond-il ainsi à ce traumatisme, à cette coupure ? Que s’est-il passé exactement ? Comment expliquer ces signes de rougeur et de gonflement localisés au niveau de la zone lésée ?

Supports

  • Séquence infographique Corpus « La réaction inflammatoire ».
  • Reconnaissance de cellules immunitaires : exemple sur le site Acces de l’ENS Lyon (rubrique Vie et santé : Immunité et vaccination : Cellules immunes et organes lymphoïdes).
  • Images réelles de coupe de peau normale et inflammée permettant une comparaison de l’organisation et de la composition des tissus observés.
  • Électronographie illustrant l’endocytose d’une bactérie par un phagocyte (banque d’images de l’Inserm, référence n° 13773).

Consigne

Tout traumatisme infectieux déclenche la mise en place d’une réaction dite inflammatoire visant à reconnaître le non-soi puis à le neutraliser le plus rapidement possible. Cette réaction rapide s’accompagne de signes cliniques caractéristiques tels que la rougeur, le gonflement, la sensation de chaleur et de douleur au niveau de la zone concernée.

Dégagez, à partir de l’étude de la séquence vidéographique et des documents complémentaires proposés, les événements essentiels (ou étapes essentielles) qui caractérisent la mise en place de la réaction inflammatoire aiguë. Indiquez, pour chacune de ces étapes, les acteurs (cellulaires et moléculaires) qui interviennent.

Activités

Dans ce type d’activité, guidée par l’énoncé, chaque élève dispose de la séquence Corpus qu’il peut visionner et écouter librement, à plusieurs reprises si nécessaire. Il sélectionne les informations essentielles en lien avec la réaction inflammatoire et relie de manière chronologique ces informations. L’identification des acteurs impliqués dans telle ou telle étape permet d’amener l’élève à prendre en compte et à bien distinguer les acteurs cellulaires d’une part, les acteurs moléculaires d’autre part. Les concepts de cellules et de molécules doivent être acquis et maîtrisés.

Production attendue

Au terme de cette démarche, l’élève doit avoir listé, en respectant la chronologie des événements, les principales étapes de la RIA (réaction inflammatoire aiguë) et ciblé un ou plusieurs acteurs cellulaires/moléculaires rattachés à chacune de ces étapes.

Bilan

Une synthèse sous forme de schéma fonctionnel légendé permettra aux élèves de disposer d’une vue générale des événements et acteurs rattachés à la RIA. Les termes scientifiques essentiels seront alors définis.

Séance 2

Durée

3h00

Situation déclenchante

Le sida constitue l’immunodéficience la plus médiatisée à l’heure actuelle.

En présentant quelques infections opportunistes (candidose, pneumocystose, herpes…) touchant des patients en phase symptomatique de l’infection par le VIH, on peut amener les élèves à établir le lien entre le sida et l’incapacité acquise du système immunitaire à se défendre contre des éléments pathogènes de notre environnement.

L’entrée dans l’immunité adaptative par l’étude du sida et par celle du VIH constitue une stratégie pédagogique qui permet de s’appuyer sur les acquis des élèves (programme de 3e), d’échanger sur leurs représentations et, par là même, de proposer collectivement des pistes d’étude, de soulever des problématiques.

Problème

Pourquoi ces patients infectés par le VIH n’arrivent-ils plus à combattre les agents pathogènes (pour certains bénins) responsables de ces maladies ? Que fait le VIH dans l’organisme ? Quelles cellules infecte-il ? Comment ? Dispose-t-on actuellement de traitements pour empêcher ce virus d’agir ? Ces traitements s’avèrent-ils efficaces ? Quelle est la situation actuelle concernant le sida dans le monde ?

Supports

  • Vidéos sur les risques infectieux et protection de l’organisme sur lesite.tv (sciences de la vie et de la Terre – 3e)
  • Vidéo « C’est pas sorcier » sur lesite.tv : La lutte contre le virus du sida
  • Logiciel interactif et en 3D sur le thème du sida destiné au programme SVT de terminale S sur le site pedagogie.ac-toulouse.fr.
  • Espace thématique VIH/Sida de l’Inpes.
  • Séquence Corpus « La lutte contre le sida » (interview du professeur J.-F. Bach).

Consigne

Le décès des sidéens à la suite d’une ou de plusieurs infections opportunistes suggère que le système immunitaire de ces patients est devenu incapable de combattre tout type d’agents infectieux. Il est devenu immunocompétent. Le VIH doit être responsable de cette immunodéficience.

Responsable du département d’immunologie de Creil et référent national concernant le VIH et le sida, vous êtes invité au séminaire national organisé par InVS (Institut de veille sanitaire) pour présenter l’état des connaissances actuelles sur le syndrome d’immunodéficience acquis.

En prenant appui sur un ou deux documents ressources judicieusement choisis, exposez à la communauté scientifique présente un des aspects* du sida.
*aspects = aspects cliniques, immunitaires, épidémiologiques, historique, etc.
Votre présentation orale comportera une présentation du ou des objectifs visés par votre intervention, une présentation méthodique de la ou des ressources choisies suivie de leur exploitation. Un diaporama intégrant ces ressources servira de support à votre présentation orale. Un effort d’utilisation du vocabulaire scientifique requis est attendu. Le travail de préparation et de présentation s’effectuera par binôme ou trinôme.

Activités

La thématique abordée se prête parfaitement à une démarche d’investigation visant à s’informer, sélectionner une ou deux ressources informatives, exploitées pour étudier un volet du sujet imposé. Les élèves n’ayant pas souvent l’occasion de communiquer oralement, le choix d’une présentation sous la forme d’exposés oraux permet d’évaluer, de manière formative, la qualité de cette communication orale.

Production attendue

L’activité proposée requiert ici la construction d’une double production par binôme, production écrite sous la forme d’un diaporama présentant (méthodiquement) la ou les ressources documentaires choisies ainsi qu’une production orale explicitant cette ou ces ressources.

Bilan

Les binômes abordent des aspects différents du sida. La mise en relation des informations récoltées permet de dresser une synthèse scientifique couvrant les différents volets du syndrome et de son agent causal : le VIH. Les élèves rencontrant souvent des difficultés dans la maîtrise du vocabulaire scientifique, cette synthèse est l’occasion d’insister sur les notions et les termes indissociables du couple sida/VIH (exemple : rétrovirus, cycle viral, cellules hôtes, lymphopénie, phase asymptomatique, séropositivité au VIH, immunodéficience sévère, maladies opportunistes, pandémie, facteurs épidémiologiques…).

La connaissance du VIH, de son cycle viral, de ses cellules hôtes permet de mieux comprendre les stratégies thérapeutiques proposées actuellement aux patients. Une incursion dans le domaine clinique peut permettre de comprendre la mise au point de traitements visant à limiter la prolifération virale (trithérapie).

Séance 3

Durée

0h00

Situation déclenchante

Observation et discussion autour de l’expérimentation historique menée par von Behring (illustrant le transfert d’immunité par transfusion de sérum d’un animal immunisé contre un antigène extracellulaire virulent vers un animal non immunisé contre ce même antigène). Les résultats obtenus montrent que le sérum d’un sujet immunisé contient des agents protecteurs capables de combattre spécifiquement un antigène extracellulaire.

Problème

Quels sont ces agents protecteurs ? (Les élèves peuvent se souvenir des anticorps circulants étudiés en 3e) Quelles sont leurs propriétés ? Comment peuvent-ils reconnaître et combattre spécifiquement un antigène extracellulaire ?

Supports

Consigne

Montrez, par la réalisation du test d’Ouchterlony, que l’anticorps circulant est doté de propriétés de reconnaissance et de neutralisation spécifique d’un antigène donné.

Le rapport établi sera accompagné de schémas légendés illustrant les interactions moléculaires possibles ou non entre l’anticorps et les différents antigènes étudiés.

Activités

La réalisation d’un test d’immunodiffusion sur gel permet d’aborder les interactions entre anticorps et antigène, la formation de complexes immuns, la neutralisation de l’antigène circulant. Les élèves opèrent, de manière autonome, la réalisation de ce test.

Une aide peut être apportée telle que le rappel de consignes pour élaborer un schéma légendé et/ou celui de quelques légendes essentielles attendues dans ce type de production peuvent être proposés aux élèves pour les accompagner.

Production attendue

Grâce aux résultats obtenus, les élèves peuvent dégager les propriétés de solubilité, reconnaissance et de fixation spécifiques des anticorps circulants sur l’antigène correspondant. La communication schématique imposée pour l’établissement du compte rendu permet de vérifier que les méthodes de communication scientifique sont maîtrisées.

Bilan

Les connaissances ici récoltées permettent de mieux intégrer les informations fournies par la séquence vidéo. On peut ainsi s’appuyer sur les passages infographiques concernés par ces points pour construire avec les élèves un schéma fonctionnel présentant le déroulement de la réponse adaptative à médiation humorale. On soulignera alors l’importance cruciale des interleukines ou des cytokines dans l’établissement de la phase d’expansion clonale ainsi que l’importance des coopérations cellulaires pour organiser la réponse. Les conséquences pathologiques de la disparition des LT4 dans le cas de l’infection par le VIH soulignent parfaitement l’importance de cette coopération au sein du système immunitaire.

Prolongements envisageables : la connaissance de la structure et des propriétés de reconnaissance des anticorps circulants permet de les utiliser, dans le domaine clinique, comme outil de diagnostic. Dans ce contexte, on peut proposer la réalisation d’un test ELISA. La compréhension des interactions moléculaires mises en jeu dans ce test permet de vérifier les acquis des élèves.

Séance 4

Durée

1h30

Situation déclenchante

Reprise des notions acquises concernant la mise en place de la réponse adaptative à médiation humorale. Celle-ci permet la neutralisation des antigènes circulants. Cependant, une projection de la séquence Corpus « L’immunité adaptative » (dans sa première partie, entre 1 min 10 s et 1 min 50 s) montre que certains antigènes (exemple du virus de la grippe infectant une cellule hôte) ont la particularité de pouvoir se « loger » à l’intérieur de cellules.

Problème

Comment s’organise la réponse immune anti-antigène ? Quels sont les acteurs cellulaires qui interviennent pour éliminer cet agent agresseur ? Quelles sont les particularités de ces cellules immunitaires ?

Supports

  • Comment s’organise la réponse immune anti-antigène ? Quels sont les acteurs cellulaires qui interviennent pour éliminer cet agent agresseur ? Quelles sont les particularités de ces cellules immunitaires ?
  • Séquence Corpus « La réaction inflammatoire », et notamment le passage présentant le déroulement de la phagocytose.
  • Test de cytotoxicité sur culture mixte de lymphocytes.
  • Imagerie fonctionnelle commentée présentant des lymphocytes cytotoxiques au contact de cellules infectées sur le site du CNRS.
  • Des aides mineures (définitions de termes scientifiques, conseils de méthodes pour bien exploiter les résultats d’un test de cytotoxicité sur culture mixte de LT…) sont mises à disposition en cas de difficulté.

 

Consigne

Le bacille de Koch (Mycobacterium tuberculosis) est l’agent pathogène responsable de la tuberculose (rappel sur une des infections opportunistes pouvant affecter un patient en phase de sida déclaré). Certains bacilles tuberculeux ont la propriété de pouvoir s’insérer à l’intérieur des cellules de l’hôte, à l’abri des anticorps circulants. On désire ici identifier et expliciter les modalités de la réponse immune face à ces bacilles endocellulaires, et plus généralement face aux antigènes endocellulaires.

À partir de l’exploitation des différents supports mis à votre disposition, présentez les acteurs mis en jeu lors de cette réponse immune et explicitez leur(s) modalité(s) d’action.

Le compte rendu présentera un ou des schémas fonctionnels légendés. La démarche d’investigation sera réalisée par groupe de 3 ou 4 élèves.

Activités

Dans ce type d’activité, chaque élève est amené à exploiter une ou deux ressources documentaires. Ces études isolées ne répondent pas intégralement à la problématique posée. Cependant, chaque étude constitue une pièce d’un puzzle dont l’assemblage, avec les autres pièces exploitées par les membres du groupe, permet d’atteindre l’objectif visé.

Production attendue

Les élèves réaliseront un schéma de synthèse fonctionnel illustrant le déroulement de la réponse immunitaire à médiation cellulaire.

Bilan

Cette activité permet de dégager les caractéristiques de la défense du corps humain contre les antigènes endocellulaires.

Séance 5

Durée

1h30

Situation déclenchante

Après un rappel des principales étapes mises en jeu dans le déroulement de la réponse immune adaptative (cf. activités précédentes), la présentation d’un graphique illustrant les variations de la concentration d’anticorps circulants ou celles du nombre de plasmocytes anti-antigène en fonction du nombre de contact avec un antigène donné permet de raviver les notions de réponses primaires, secondaires et de mémoire immunitaire (cf. programme de 3e). Le document présenté peut être accompagné d’une photographie illustrant un acte vaccinatoire.

Il s’agit ici d’inviter les élèves à exploiter méthodiquement la représentation graphique fournie et à formuler un ou des problèmes en lien avec la notion de vaccin, de vaccination et/ou de mémoire immunitaire.

Problème

Comment expliquer la rapidité et l’efficacité de la mise en place de la réponse immune consécutive à un second contact avec un même antigène ? Quel est le support de la « mémoire immunitaire » ? Que contient un vaccin ? Quelles difficultés empêchent à l’heure actuelle la mise au point d’un vaccin anti-VIH ?

Supports

  • Player de la séquence Corpus « La mémoire immunitaire », notamment celui présentant les variations du nombre de plasmocytes anti-antigène chez un lapin immunocompétent.
  • Séquence Corpus « Les maladies auto-immunes » (interview du professeur J.-F. Bach).
  • Schéma fonctionnel de synthèse légendé présentant l’organisation des réponses immunes primaires et secondaires sur le site svt.ac-dijon.fr.

Consigne

Convertissez le schéma fonctionnel de synthèse fourni (cf. supports) en un paragraphe organisé utilisant le vocabulaire scientifique requis.

Votre commentaire insistera tout particulièrement sur les acteurs impliqués dans la mémoire immunitaire.

Activités

Le second ou énième contact avec un même antigène permet la mise en place d’une réponse immunitaire qualitativement et quantitativement supérieure à la réponse primaire. L’efficacité de la réponse secondaire suggère l’existence d’une mémoire immunitaire. On cherche ici à découvrir le support de cette mémoire immunitaire.

Production attendue

Après avoir pris connaissance de la schématisation proposée, l’élève doit rédiger un paragraphe scientifique organisé traduisant le plus fidèlement possible l’organisation de la réponse immune présentée. Le vocabulaire acquis durant les séances précédentes pourra être utilement réinvesti. L’activité permet par ailleurs d’introduire le concept de lymphocytes mémoires, supports de la mémoire immunitaire.

Bilan

La séquence Corpus « La mémoire immunitaire », avec ses animations 3D et ses commentaires, permet de dresser un bilan de la réponse immune secondaire. Le support cellulaire de la mémoire immunitaire est ici clairement mis en évidence.

Les acquis des élèves concernant cette réponse secondaire et cette mémoire immunitaire permettent d’aborder la notion de répertoire immunologique, d’exposer la théorie de la délétion clonale, et d’apporter des pistes de réflexion sur l’origine et les conséquences de maladies auto-immunes.

Conclusion

Le scénario pédagogique s’articule autour d’une étude centrale concernant le sida et le VIH. Une présentation rapide du syndrome peut être envisagée pour introduire l’ensemble du pôle « Défense de l’organisme » à traiter.

Dans chacune des activités proposées, les ressources fournies peuvent être modulées selon les acquis ou les questionnements des élèves. L’enseignant peut choisir de travailler à partir d’activités axées sur le domaine hospitalier qui prendraient appui sur un bilan clinique ou des résultats d’analyse en valorisant une ressource pédagogique mise à disposition ou en en intégrant une nouvelle.

Les tâches complexes ou les productions rattachées aux démarches d’investigation proposées nécessitent la possibilité, pour les élèves en difficulté, d’avoir recours à des aides mineures ou « coups de pouce ». Ces aides doivent être anticipées par l’enseignant et mises à disposition des élèves pendant leurs pratiques autonomes.

Vidéos utilisées

Suggestion de scénarios pédagogiques