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Pourquoi ne formons-nous pas une immunité contre certaines infections ?

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J'ai lu une autre question, et ses réponses, sur le fonctionnement des vaccins, mais je ne vois pas là, et je ne comprends pas, pourquoi certaines infections ne peuvent, apparemment, pas du tout être immunisées. Par exemple, une personne qui contracte la grippe (ou le vaccin contre la grippe) est immunisée à vie contre cette souche particulière de grippe (ce qui était pertinent, IIRC, lorsque le H1N1 est revenu il y a quelques années : de nombreuses personnes au-dessus d'un certain âge étaient immunisées), alors qu'une personne peut avoir une angine streptococcique du groupe Α maintes et maintes fois. Pourquoi est-ce?


La réponse est en quelque sorte cachée derrière le tout premier paragraphe de votre question liée :

Les vaccins agissent en introduisant une souche atténuée de l'agent pathogène (ou en variante les antigènes qui sont normalement présents à la surface des agents pathogènes) dans le corps, après quoi le corps déclenche une réponse immunitaire.

Le corps développe une réponse immunitaire basée sur un épitope particulier (chaîne molécule/protéine) dérivé de l'infection elle-même.

Si la bactérie/virus/parasite évolue de sorte que les molécules/protéines à sa surface changent de manière significative, alors la version stockée dans Memory Cells ne s'appliquera plus. Il y a certains marge de manœuvre en fonction de la longueur de l'épitope et de la spécificité de la réponse immunitaire (les protéines du CMH hautement spécifiques invoqueront une très forte, très efficace réponse - bien que moins spécifique [généralement des réponses des lymphocytes B ou des lymphocytes T précoces] invoquera une réponse plus faible et moins efficace), mais parce que les agents pathogènes peuvent muter si rapidement, il n'est pas rare que vous rencontriez un descendant d'un virus que vous avez déjà rencontré qui a des caractéristiques radicalement différentes.

Certains agents pathogènes sont également très « intelligents » pour éviter le système immunitaire. Parfois, ils peuvent produire des coquilles qui ne peuvent pas être décomposées pour dériver des épitopes, parfois ils vivent dans les cellules hôtes et se cachent simplement (l'exemple le plus connu étant le VIH), d'autres fois ils peuvent présenter le même "Je fais partie du corps!" Protéines du CMH qui disent au système immunitaire de ne pas les attaquer, et elles peuvent même se cacher dans des parties du corps où le système immunitaire visite rarement (yeux, cerveau, autres tissus très spécialisés).

Et parfois, l'agent pathogène peut être à la fois très adaptatif et très « intelligent », comme dans le cas de Staphylococcus aureas - qui peut inactiver les anticorps grâce aux protéines de surface et a la capacité de s'adapter très rapidement à de nouveaux anticorps.

Vous pouvez le voir comme un jeu d'échecs. Si vous jouez contre la même personne tout le temps, vous apprendrez ses mouvements, sa stratégie et serez capable de les battre très rapidement. Si vous changez de partenaire ou si votre partenaire habituel apprend de nouveaux mouvements, vous passerez un certain temps à vous adapter au nouveau style de jeu que vous avez rencontré avant de pouvoir à nouveau gagner régulièrement. Les bactéries et les virus sont tout simplement très, très doués pour créer de nouveaux styles de jeu.


La réponse de MCM est tout à fait correcte. Il existe de nombreuses manières spécifiques pour divers agents pathogènes d'échapper à "l'immunité" (protection à long terme, souvent pas vraiment à vie).

Pour reprendre rapidement ce qu'il a dit : d'abord, l'agent pathogène peut muter pour être suffisamment différent pour que votre corps ne le reconnaisse pas (c'est-à-dire différentes souches de grippe ou de VIH), il peut se cacher dans des cellules ou des zones immunoprivilégiées du corps, il peut en fait arrêtez votre système immunitaire, combattez activement votre système immunitaire ou empêchez une réponse immunitaire de se déclencher.

Et encore quelques réflexions :

Il y a certains agents pathogènes que nous essayons encore de comprendre comment ils évitent le système immunitaire (la qualité technique est l'immunogénicité). Un bon exemple de virus respiratoire syncytial humain (VRS). Encore une fois, il s'agit en fait d'un domaine d'étude actif pour un grand nombre d'agents pathogènes. Lorsque nous testons bon nombre de ces agents pathogènes « difficiles » dans des modèles animaux, nous constatons qu'ils peuvent souvent acquérir une immunité.

+1 @MCM, j'essayais de mettre cela dans un commentaire, mais je ne pensais pas pouvoir le faire.

Certains domaines intéressants à lire si le sujet vous intéresse sont l'évitement/l'évasion immunitaire et la génétique avancée. Vous entendrez plus souvent parler de génétique inversée, mais des expériences génétiques avancées peuvent nous permettre de voir comment le "jeu d'échecs" sera joué par les agents pathogènes dans de nouvelles situations.


Immunité naturelle et acquise

Chaque espèce animale possède une certaine résistance naturelle aux maladies. Les humains ont un degré élevé de résistance à la fièvre aphteuse, par exemple, tandis que les bovins et les moutons avec lesquels ils peuvent être en contact étroit en souffrent par milliers. Les rats sont très résistants à la diphtérie, alors que les enfants non immunisés contractent facilement la maladie.

De quoi dépend une telle résistance n'est pas toujours bien compris. Dans le cas de nombreux virus, la résistance est liée à la présence à la surface cellulaire de récepteurs protéiques qui se lient au virus, lui permettant de pénétrer dans la cellule et ainsi de provoquer une infection. Vraisemblablement, la plupart des causes de résistance absolue sont génétiquement déterminées, il est possible, par exemple, de produire par reproduction sélective deux souches de lapins, l'une hautement sensible à la tuberculose, l'autre hautement résistante. Chez les humains, il peut y avoir des différences raciales apparentes, mais il est toujours important de démêler des facteurs tels que le climat, la nutrition et l'économie de ceux qui pourraient être déterminés génétiquement. Dans certains pays tropicaux et subtropicaux, par exemple, la poliomyélite est une maladie clinique rare, bien qu'il s'agisse d'une infection courante, mais les visiteurs non vaccinés dans ces pays contractent souvent des formes cliniques graves de la maladie. L'absence de maladie grave chez les résidents n'est cependant pas due à une résistance naturelle, mais à une résistance acquise après une exposition répétée au poliovirus dès la petite enfance. Les visiteurs non immunisés d'autres pays, avec des normes d'hygiène peut-être plus strictes, sont protégés contre de telles expositions immunisantes et n'ont aucune résistance acquise au virus lorsqu'ils le rencontrent à l'âge adulte.

La résistance naturelle, contrairement à l'immunité acquise, ne dépend pas de telles expositions. La peau humaine a évidemment de grands pouvoirs inhérents de résistance à l'infection, car la plupart des coupures et des écorchures guérissent rapidement, bien qu'elles soient souvent étouffées par des micro-organismes potentiellement pathogènes. Si un nombre égal de bactéries typhoïdes se propagent sur la peau d'une personne et sur une plaque de verre, celles sur la peau meurent beaucoup plus rapidement que celles sur la plaque, ce qui suggère que la peau a des propriétés bactéricides contre les germes de la typhoïde. La peau varie également dans sa résistance aux organismes infectieux à différents âges : l'impétigo est une infection bactérienne courante de la peau des enfants mais est plus rare chez les adultes, et l'acné est une infection courante de la peau des adolescents mais est rare chez l'enfant ou chez les personnes âgées. Le phénomène de l'immunité naturelle peut être tout aussi bien illustré par des exemples des voies respiratoires, intestinales ou génitales, où de grandes surfaces sont exposées à des agents potentiellement infectieux et pourtant l'infection ne se produit pas.

Si un organisme provoque une infection locale ou pénètre dans la circulation sanguine, une série compliquée d'événements s'ensuit. Ces événements sont décrits en détail dans l'article système immunitaire, mais ils peuvent être résumés comme suit : des types particuliers de globules blancs appelés leucocytes polymorphonucléaires ou granulocytes, qui sont normalement fabriqués dans la moelle osseuse et qui circulent dans le sang, se déplacent vers le siège de l'infection. Certaines de ces cellules atteignent le site par hasard, dans un processus appelé migration aléatoire, puisque presque chaque site du corps est alimenté en permanence par le sang dans lequel ces cellules circulent. Des granulocytes supplémentaires sont attirés et dirigés vers les sites d'infection dans un processus appelé migration dirigée, ou chimiotaxie.

Lorsqu'un granulocyte atteint l'organisme envahisseur, il tente d'ingérer l'envahisseur. L'ingestion de bactéries peut nécessiter l'aide d'autres composants du sang, appelés opsonines, qui agissent pour recouvrir la paroi cellulaire bactérienne et la préparer à l'ingestion. Une opsonine est généralement une substance protéique, telle que l'une des immunoglobulines circulantes ou des composants du complément.

Une fois qu'une bactérie préparée a été prise à l'intérieur du globule blanc, une série complexe d'événements biochimiques se produit. Une vacuole contenant une bactérie (phagosome) peut se combiner avec une autre vacuole qui contient des protéines dégradant les bactéries (lysozymes). La bactérie peut être tuée, mais ses produits passent dans la circulation sanguine, où ils entrent en contact avec d'autres globules blancs circulants appelés lymphocytes. Deux types généraux de lymphocytes - les lymphocytes T et les lymphocytes B - sont d'une grande importance dans la protection de l'hôte humain. Lorsqu'une cellule T rencontre des produits bactériens, soit directement, soit par présentation par une cellule présentatrice d'antigène spéciale, elle est sensibilisée pour reconnaître le matériel comme étranger et, une fois sensibilisée, elle possède une mémoire immunologique. Si la cellule T rencontre à nouveau le même produit bactérien, elle le reconnaît immédiatement et met en place une défense appropriée plus rapidement que lors de la première rencontre. La capacité d'une cellule T à fonctionner normalement, fournissant ce que l'on appelle généralement l'immunité cellulaire, dépend de la glande thymus. L'absence de thymus altère donc la capacité du corps à se défendre contre divers types d'infections.

Après qu'une cellule T a rencontré et répondu à une bactérie étrangère, elle interagit avec les cellules B, qui sont responsables de la production de protéines circulantes appelées immunoglobulines ou anticorps. Il existe différents types de cellules B, dont chacune ne peut produire qu'une des cinq formes connues d'immunoglobuline (Ig). La première immunoglobuline produite est l'IgM. Plus tard, lors de la récupération de l'infection, l'immunoglobuline IgG, qui peut spécifiquement tuer le micro-organisme envahisseur, est produite. Si le même micro-organisme envahit à nouveau l'hôte, la cellule B répond immédiatement par une production spectaculaire d'IgG spécifique à cet organisme, le tuant rapidement et prévenant la maladie.

Dans de nombreux cas, l'immunité acquise est permanente, comme dans le cas de la rougeole ou de la rubéole. Dans d'autres cas, elle peut être de courte durée, ne dépassant pas quelques mois. La persistance de l'immunité acquise est liée non seulement au niveau d'anticorps circulant mais aussi aux lymphocytes T sensibilisés (immunité à médiation cellulaire). Bien que l'immunité à médiation cellulaire et l'immunité humorale (cellules B) soient toutes deux importantes, leur importance relative dans la protection d'une personne contre la maladie varie selon les micro-organismes particuliers. Par exemple, les anticorps sont d'une grande importance dans la protection contre les infections bactériennes courantes telles que la pneumonie à pneumocoques ou les maladies streptococciques et contre les toxines bactériennes, tandis que l'immunité à médiation cellulaire est plus importante dans la protection contre les virus tels que la rougeole ou contre les bactéries qui causent la tuberculose.


Mécanisme de défense non spécifique dans le corps humain (avec schéma) | La biologie

Les défenses non spécifiques sont la première ligne de défense du corps contre les maladies. Ils ne sont pas dirigés contre un agent pathogène particulier. Des défenses non spécifiques protègent de toutes les infections, quelle qu'en soit la cause. On l'appelle aussi immunité innée (Fig. 2).

Les plantes et de nombreux animaux inférieurs dépendent uniquement de l'immunité innée et ne possèdent pas la deuxième catégorie de mécanismes de défense spécifiques. Des mécanismes de défense non spécifiques agissent contre une grande variété d'envahisseurs. L'immunité innée se compose de divers types de barrières qui empêchent l'entrée d'agents pathogènes dans le corps.

Barrières dans le corps humain :

Les barrières anatomiques ou barrières physiques sont des barrières qui empêchent l'entrée d'agents pathogènes dans le corps.

une. La barrière anatomique la plus importante du corps est la peau. La peau est une barrière passive aux agents infectieux tels que les bactéries et les virus. Les organismes vivant à la surface de la peau sont incapables de pénétrer les couches de peau morte à la surface.

Les glandes cutanées comme l'huile et les glandes sudoripares sécrètent des acides qui retardent la croissance des bactéries à la surface de la peau. L'environnement acide peut tuer les bactéries et autres micro-organismes. La sueur, la salive et les larmes contiennent également du lysozyme qui peut attaquer la paroi cellulaire des bactéries.

b. Les agents pathogènes peuvent également pénétrer dans le corps par la bouche et le nez. Cependant, des défenses non spécifiques protègent ces ouvertures. Les muqueuses qui tapissent les voies respiratoires, digestives, urinaires et reproductives sécrètent du mucus qui forme une barrière efficace. Le mucus, qui est un liquide collant, piège les agents pathogènes. Les muqueuses, les cils et les poils du nez et de la gorge piègent les virus et les bactéries.

ii. Barrières physiologiques :

Un certain nombre de barrières physiologiques protègent l'organisme contre les agents pathogènes.

une. La sécrétion d'acide, c'est-à-dire le HCI dans l'estomac, détruit les organismes qui peuvent pénétrer dans le système digestif.

b. Le lysozyme, une enzyme présente dans les larmes, la salive, la sueur et les fluides tissulaires, attaque les bactéries en dissolvant les parois cellulaires de nombreuses bactéries.

c. Le cérumen ou le cérumen retient les particules de poussière et tue les bactéries et les insectes.

ré. Le complexe du complément est un groupe de 20 protéines qui détruit les bactéries de diverses manières.

e. Les polypeptides basiques dans le sang peuvent inactiver certains types spécifiques de bactéries Gram +ve.

F. Certaines cellules, lorsqu'elles sont infectées par un virus, libèrent des interférons, une classe de glycoprotéines. Les interférons protègent les cellules non infectées environnantes. Ceci est également appelé barrière aux cytokines.

g. La fièvre survient dans le corps en réponse à une infection. Ce n'est pas une maladie et sert à inhiber la croissance de micro-organismes causant des maladies, car les micro-organismes ne peuvent survivre que dans une plage de température étroite. Par conséquent, la fièvre ralentit ou arrête souvent la croissance des micro-organismes.

Les médicaments antipyrétiques tels que le paracétamol aident à abaisser le point de consigne du thermostat et soulagent les symptômes de la fièvre. Il est conseillé de ne prendre le médicament qu'en cas de température extrêmement élevée pour éviter des dommages irréversibles au cerveau.

iii. Barrières phagocytaires ou cellulaires :

La phagocytose signifie « l'ingestion cellulaire de l'agent envahissant » . Les cellules phagocytaires comprennent les macrophages et les granulocytes neutrophiles capables d'attaquer et d'engloutir les bactéries, virus et autres agents envahissants qui pénètrent dans le sang et les tissus. Ces cellules se forment dans la moelle osseuse et sont libérées dans le sang en cas de besoin. Ces cellules peuvent se déplacer à travers les pores des vaisseaux sanguins par diapédèse. Les macrophages ainsi que les neutrophiles forment le système endothélial réticulo-shy du corps.

Les neutrophiles sont des cellules matures qui peuvent attaquer et détruire les bactéries dans le sang circulant tandis que les macrophages sont formés à partir de monocytes. Les macrophages sont capables de détruire les agents pathogènes intra-tissulaires. Les macrophages sont répartis dans tout le corps.

Réaction inflammatoire:

Malgré les diverses barrières du corps humain, des agents pathogènes pénètrent parfois dans le corps et provoquent des lésions tissulaires. Les produits chimiques, la chaleur, les traumatismes, etc. peuvent également provoquer des lésions tissulaires. Les cellules blessées libèrent des produits chimiques comme l'histamine, la sérotonine, la prostaglandine, des produits de réaction du système du complément, de la bradykinine et des lymphokines (libérés par un type de cellules T spéciales). Ces produits chimiques déclenchent une série de changements appelés réponse inflammatoire. La réponse inflammatoire est une réaction de défense non spécifique du corps aux lésions tissulaires.

L'inflammation est caractérisée par les changements suivants:

une. Les vaisseaux sanguins locaux se dilatent considérablement et provoquent une augmentation du flux sanguin capillaire dans la zone touchée et élève la température localement. La chaleur rend l'environnement défavorable aux microbes, favorise la guérison, augmente la mobilité des globules blancs et augmente le taux métabolique des cellules voisines.

b. La perméabilité de la paroi capillaire augmente. Cela augmente les fuites de fluide dans les espaces interstitiels.

c. L'augmentation des fuites fait gonfler la zone infectée/blessée. C'est ce qu'on appelle l'œdème.

ré. Les facteurs de coagulation déclenchent la formation de nombreux petits caillots sanguins en raison d'une quantité excessive de fibrinogène et d'autres protéines. Les interférons sont également libérés par les macrophages et autres globules blancs lors d'une infection virale. Les interférons rendent les cellules non infectées résistantes à l'infection.

e. Un grand nombre de granulocytes et de monocytes migrent dans les tissus. Ces cellules nettoient les microbes morts, les cellules et les débris. Après l'apparition d'une inflammation sévère, le nombre de neutrophiles augmente d'une normale 4000-5000 à environ 15000-25000 par microlitre. Cette augmentation des neutrophiles est appelée neutrophilie.

F. Les macrophages et les neutrophiles détruisent les agents pathogènes par phagocytose. La réponse inflammatoire est souvent suffisamment forte pour arrêter la propagation d'agents pathogènes tels que les virus, les bactéries et les champignons dans les zones adjacentes. La réponse commence par la libération de signaux chimiques et se termine par le nettoyage par les monocytes. Si cela ne suffit pas à arrêter les envahisseurs, le système du complément et les mécanismes de défense spécifiques agissent.

Après plusieurs jours d'inflammation dans les tissus lésés, des portions variables de neutrophiles et de macrophages morts, des tissus nécrotiques et du liquide tissulaire s'accumulent. C'est ce qu'on appelle du pus.

Système complémentaire:

Le système du complément comprend un groupe d'environ 20 protéines protectrices qui sont produites dans le foie. Beaucoup d'entre eux sont des précurseurs d'enzymes. On les trouve dans le plasma ainsi que dans les espaces tissulaires. Ils sont désignés C1 à C9, protéines B et D. Ceux-ci sont normalement inactifs et peuvent être activés en cas de besoin.

Les protéines du complément deviennent actives dans une séquence. C'est ce qu'on appelle un mécanisme en cascade, c'est-à-dire que C1 active C2, etc. Les cinq dernières protéines forment un complexe d'attaque membranaire (MAC) qui s'incruste dans la membrane plasmique de l'attaquant.

Les sels pénètrent dans l'envahisseur, permettant à l'eau de traverser la membrane, gonflant et éclatant le microbe. Les protéines du complément agissent également avec la réponse immunitaire en marquant la surface externe des envahisseurs pour l'attaque des phagocytes et complètent les actions du système immunitaire.

Interférons et cellules tueuses naturelles - Défense contre les virus :

Deux composants du système immunitaire ne combattent que les virus, les interférons et les cellules tueuses naturelles. Étant donné que ces composants attaquent de nombreux types de virus, ils sont considérés comme des défenses non spécifiques.

une. L'interféron est une protéine qui interfère avec la réplication des virus. Les interférons sont des produits chimiques spécifiques à une espèce produits par des cellules qui sont attaquées par un virus. Il alerte les cellules voisines non infectées pour qu'elles résistent à l'attaque du virus (Fig. 3). Il ralentit la progression de l'infection et donne souvent aux défenses spécifiques du système immunitaire le temps de réagir. L'interféron et les cellules tueuses naturelles aident également à lutter contre les cellules cancéreuses.

b. Les cellules Natural Killer ou cellules NK sont de gros globules blancs qui, contrairement aux phagocytes, attaquent les cellules qui ont été infectées par des agents pathogènes, et non l'agent pathogène lui-même. Ces cellules attaquent les cellules du corps qui ont été infectées par des virus. Étant donné que les virus ne peuvent se répliquer que dans une cellule hôte, tuer la cellule hôte détruit également le virus.

Les cellules tueuses naturelles sont particulièrement efficaces pour tuer les cellules cancéreuses et les cellules infectées par des virus. Une cellule tueuse naturelle perce la membrane cellulaire de sa cellule cible, permettant à l'eau de se précipiter dans la cellule, provoquant l'éclatement de la cellule. C'est ce qu'on appelle la cytolyse. Les cellules NK sécrètent également des cytokines de nature antivirale et inflammatoire.


Pourquoi les anticorps ne garantissent-ils pas l'immunité ?

Les anticorps nous protègent en se liant aux agents pathogènes, ce qui à la fois empêche les agents pathogènes d'entrer dans nos cellules et marque les agents pathogènes pour la destruction par les phagocytes. Crédit : Université d'État de Caroline du Nord

Avec des millions de cas de COVID-19 signalés à travers le monde, les gens se tournent vers des tests d'anticorps pour savoir s'ils ont été exposés au coronavirus qui cause la maladie. Mais que sont les anticorps ? Pourquoi sont-ils importants ? Si nous en avons, sommes-nous immunisés contre le COVID-19 ? et si non, pourquoi pas?

Ce sont des questions importantes. Les tests d'anticorps peuvent détecter la présence d'anticorps dans le sang qui se lient au coronavirus qui cause le COVID-19. Vous avez peut-être entendu des articles de presse expliquant que les tests d'anticorps sont essentiels pour ralentir le taux d'infection. Vous avez peut-être également entendu des experts médicaux avertir que le fait d'avoir les anticorps peut ne pas garantir l'immunité contre une deuxième infection au COVID-19. Pour vous aider à comprendre ce dont parlent ces experts de la santé, nous avons parlé à Jonathan Fogle, professeur agrégé de microbiologie et d'immunologie au CVM de NC State.

Le résumé : Que sont les anticorps et comment les fabriquons-nous ?

Jonathan Fogle : Les anticorps, également connus sous le nom d'immunoglobulines (Ig), sont des protéines spécialisées qui se lient à un objet de forme unique, appelé antigène, qui se trouve à la surface d'un agent pathogène. Ces agents pathogènes peuvent être des choses telles que des bactéries ou des virus. Les anticorps sont produits par les lymphocytes B, appelés cellules B, qui sont des globules blancs spécialisés du système immunitaire. Les cellules B ont des anticorps sur leur surface cellulaire qui leur permettent de reconnaître tout ce qui est étranger. Lorsqu'elles rencontrent un agent pathogène, les cellules B se transforment en plasmocytes, qui commencent à produire des anticorps conçus pour se lier à un antigène spécifique de cet agent pathogène.

TA : Comment les anticorps arrêtent-ils une infection ?

Fogle : Les cellules plasmatiques libèrent de grandes quantités d'anticorps dans la circulation du corps. Cela nous protège de deux manières principales. Premièrement, les anticorps peuvent se lier aux antigènes à l'extérieur de l'agent pathogène pour l'empêcher de pénétrer dans nos cellules. Ceci est particulièrement important pour les virus, qui pénètrent dans les cellules humaines pour se répliquer (donc si le virus est empêché d'entrer dans vos cellules, vous ne tomberez pas malade). Deuxièmement, en se liant aux antigènes de l'agent pathogène, les anticorps signalent également d'autres globules blancs appelés cellules phagocytaires, qui engloutissent et détruisent l'agent pathogène. Donc, en bref, les anticorps peuvent à la fois neutraliser un virus et le marquer pour la destruction.

TA : Pourquoi produisons-nous des anticorps ?

Fogle : Les anticorps font partie de notre réponse immunitaire adaptative, qui est une réponse raffinée et ciblée à un antigène spécifique. La première fois que nous rencontrons un virus, certaines de nos cellules B deviennent des plasmocytes, mais d'autres se transforment en cellules B mémoire. La deuxième fois que vous êtes exposé au même agent pathogène, ces cellules mémoire se transforment rapidement en plasmocytes qui produisent de grandes quantités d'anticorps spécifiques à l'antigène pour combattre l'infection.

La première fois qu'une personne est infectée par un agent pathogène spécifique, il faut normalement quelques semaines pour fabriquer des anticorps spécifiques à l'antigène. Mais si nous sommes réexposés au même agent pathogène, la production d'anticorps spécifiques de l'antigène est rapide, généralement dès le premier jour. C'est pourquoi nous sommes si dépendants des vaccins pour nous protéger de beaucoup d'agents pathogènes. Les vaccins contiennent généralement des fragments de l'agent pathogène qui peuvent stimuler notre système immunitaire à fabriquer des anticorps spécifiques à l'antigène et à produire des cellules mémoire. Donc, si nous sommes à nouveau exposés à ce pathogène, nous sommes déjà prêts à réagir très rapidement.

TA : Si nous avons des anticorps, cela signifie-t-il que nous serons toujours protégés ?

Fogle : Ce nouveau coronavirus est nouveau pour la population humaine - nous n'y avons jamais été exposés auparavant - il existe donc de nombreuses inconnues sur la façon dont nous y répondons. Dans n'importe quelle population, il existe un degré élevé de variabilité individuelle dans nos réponses en anticorps à un agent pathogène dans la quantité, le type et la qualité des anticorps que nous fabriquons.

Certaines personnes fabriquent de nombreux anticorps de haute qualité qui sont très efficaces pour reconnaître l'antigène pertinent et s'y lier. Si cela se produit, le virus est rapidement lié par des anticorps et éliminé avant même de provoquer une infection.

D'autres personnes fabriquent des anticorps, mais ils ne sont pas aussi efficaces pour lier l'agent pathogène. Dans cette situation, les anticorps n'assurent qu'une protection partielle : ils ralentissent le virus mais le virus peut toujours provoquer un certain degré d'infection. Ces personnes présentent généralement certains symptômes et excrètent le virus pendant une période plus longue.

Il y a aussi certaines personnes qui produisent des anticorps de très faible qualité ou de très mauvaise qualité. Dans ce cas, bien que ces personnes produisent des anticorps, l'immunité n'est pas très efficace et elles peuvent donc subir une infection prolongée avec des symptômes plus graves. Ils sont également susceptibles d'être réinfectés à un moment ultérieur. C'est l'une des grandes inconnues de ce nouveau coronavirus : quel pourcentage de la population entre dans cette catégorie ?

TA : Les anticorps se forment-ils toujours après une infection ?

Fogle : Nous nous attendons généralement à ce que des anticorps se forment à la suite d'une infection, mais dans certains cas, cela peut ne pas se produire.

Le système immunitaire adaptatif, dont nous avons parlé jusqu'à présent, n'est qu'une partie de notre réponse immunitaire. Nous avons également un autre type de système immunitaire connu sous le nom de système immunitaire inné. Le système immunitaire inné est notre défense de première ligne, le premier système à répondre à une nouvelle infection. Cela comprend des cellules telles que les neutrophiles, les macrophages et les cellules dendritiques. Contrairement au système immunitaire adaptatif, qui comprend des anticorps spécifiques aux antigènes qui mettent du temps à se développer, le système immunitaire inné répond aux antigènes très rapidement mais de manière non spécifique. Il attaque tout ce qui "semble" étranger au corps, comme les composants d'une paroi cellulaire bactérienne ou l'ARN et l'ADN viraux. Très souvent, la réponse immunitaire innée s'occupera d'une infection avant même que le système immunitaire adaptatif n'ait la possibilité de commencer à fabriquer des anticorps.

Le système immunitaire adaptatif implique plus que des cellules B, des plasmocytes et des anticorps, il comprend également des cellules T. Les cellules T sont une autre population de globules blancs qui peuvent se développer en cellules mémoire, tout comme les cellules B. Ils peuvent également se différencier en cellules spécialisées qui tuent les cellules infectées par le virus. Les fonctions des cellules T et des cellules B sont différentes. Les lymphocytes B se transforment en plasmocytes qui produisent des anticorps (les lymphocytes T ne le font pas). Les lymphocytes T tuent directement les cellules infectées par le virus (les lymphocytes B ne le font pas). Parfois, les individus ayant une réponse immunitaire des lymphocytes T très vigoureuse seront protégés contre un agent pathogène même s'ils produisent de faibles quantités d'anticorps. La réponse immunitaire des lymphocytes T est beaucoup plus difficile à mesurer que la réponse des anticorps et n'est généralement évaluée que dans des contextes de recherche spécialisés.

Les lymphocytes T ne sont pas des anticorps, mais ils sont importants. Les lymphocytes T sont un autre type de globule blanc qui travaille aux côtés des lymphocytes B pour lutter contre les infections. Le « T » signifie thymus, c'est là que les cellules se développent. Crédit : Université d'État de Caroline du Nord

TA : Pourquoi avons-nous besoin d'une réponse immunitaire adaptative ?

Fogle : Notre réponse immunitaire adaptative est importante car une fois développée, elle est hautement spécifique de l'agent pathogène et nous fournit une mémoire immunologique. Cela sert à deux fins.

Premièrement, il aide à renforcer l'immunité collective. Si suffisamment de personnes dans une population ont une mémoire immunologique, la deuxième vague d'infection se produit généralement en petits groupes au lieu de se propager comme une traînée de poudre et de submerger la population (et donc nos hôpitaux). C'est pourquoi la distanciation sociale est si importante en ce moment - elle limite la propagation des maladies et aide à garantir que nos hôpitaux ne sont pas submergés.

Deuxièmement, notre système immunitaire adaptatif nous protège à mesure que nous vieillissons. Notre mémoire immunologique peut durer très longtemps. Les personnes âgées de 80 ou 90 ans conservent encore une mémoire immunologique vis-à-vis des agents pathogènes et des vaccins auxquels elles ont été exposées lorsqu'elles étaient enfants, comme la grippe ou le vaccin contre la rougeole.

Notre capacité à générer une mémoire immunologique est maximale de l'enfance à la fin de l'adolescence, car la moelle osseuse, où les cellules B mûrissent, et le thymus, où les cellules T mûrissent, sont les plus efficaces et les plus productifs à un plus jeune âge. Au fur et à mesure que nous avançons dans l'âge adulte, ces systèmes de production déclinent et nous perdons progressivement notre capacité à générer une réponse immunitaire adaptative vigoureuse aux nouveaux agents pathogènes, en particulier dans les derniers stades de la vie.

C'est ce qui nous inquiète vraiment avec ce virus COVID-19. En général, notre population âgée a une mémoire immunologique efficace aux choses auxquelles elle a été exposée lorsqu'elle était plus jeune, mais comme il s'agit d'un nouveau virus, les personnes âgées pourraient avoir du mal à générer une réponse immunitaire antivirale adaptative. Ceci est souvent aggravé par d'autres maladies sous-jacentes qui affaiblissent les réponses immunitaires adaptatives.

TA : Cela signifie-t-il que nous ne pouvons pas générer de nouveaux anticorps contre de nouvelles infections lorsque nous sommes plus âgés ?

Fogle : Pas exactement. En vieillissant, la réponse immunitaire n'est pas absente, elle est juste diminuée. Au moment où vous avez 80 ou 90 ans, vous êtes moins efficace pour générer une immunité contre les agents pathogènes nouvellement rencontrés que pendant l'enfance ou en tant que jeune adulte. La réponse immunitaire adaptative présente également un degré élevé de variabilité entre les individus. Certaines personnes dans les années 80 et 90 ont encore une excellente réponse immunitaire adaptative aux nouvelles choses, mais beaucoup n'en ont pas.

TA : Pourquoi ne pouvons-nous pas compter entièrement sur notre réponse immunitaire innée lorsque nous perdons notre capacité à générer une réponse immunitaire adaptative ?

Fogle : C'est l'une des grandes inconnues avec COVID-19. En général, nous pensons que la réponse immunitaire innée reste assez intacte tout au long de la vie, même chez les personnes âgées. Le problème est que si nous avons une très mauvaise réponse immunitaire adaptative, notre réponse immunitaire innée doit surcompenser pour la compenser. Ceci est connu sous le nom de dérèglement immunitaire et peut être l'une des raisons pour lesquelles nous observons des infections plus graves chez les patients plus âgés.

TA : Est-ce lié à la raison pour laquelle certaines conditions coexistantes aggravent les effets d'une infection ?

Fogle : Nous savons qu'en général, les maladies chroniques ont tendance à supprimer notre système immunitaire parce que différentes parties de notre corps ne fonctionnent pas efficacement et ensemble. Le système immunitaire est un réseau complexe de ganglions lymphatiques, de la rate, de la moelle osseuse et d'autres organes. Le système a besoin d'un environnement de fonctionnement approprié pour générer une réponse efficace. C'est pourquoi les personnes atteintes d'une maladie chronique sous-jacente ont souvent une certaine perte d'immunité innée et adaptative et sont donc plus à risque de développer une infection plus grave.

TA : Tous les anticorps ne durent pas éternellement. Pourquoi la mémoire immunologique s'efface-t-elle parfois ?

Fogle : Nous ne savons toujours pas comment, pourquoi et combien de temps dure la mémoire immunologique pour chaque maladie infectieuse. La mémoire immunologique est probablement l'une des choses les plus compliquées que nous étudions en immunologie. Ce que nous savons pour la plupart des agents pathogènes et des vaccins, c'est que, en particulier de l'enfance à l'adolescence, si nous sommes exposés à quelque chose plusieurs fois, nous générons une immunité robuste et à long terme.

Mais à mesure que nous vieillissons, bien que nous puissions développer une certaine immunité adaptative, la mémoire ne semble pas durer aussi longtemps. Cela est probablement dû à l'âge auquel nous sommes exposés à l'agent pathogène et à la capacité de l'agent pathogène à induire une immunité. Il est également lié au nombre de fois que nous sommes exposés ou vaccinés contre un agent pathogène. Nous générons généralement notre nombre maximal de cellules mémoire avec trois à cinq expositions, ce qui signifie qu'être exposé plus de trois à cinq fois n'augmentera pas davantage le nombre total de cellules mémoire.

TA : Pourquoi est-il important de mieux comprendre les anticorps COVID-19 ?

Fogle : Les anticorps peuvent nous dire qui a été exposé à un agent pathogène et potentiellement quelle protection ils pourraient avoir contre une réinfection. Comme nous en avons discuté ci-dessus, il existe de nombreuses inconnues avec ce nouveau coronavirus. We need to know more about how we as individuals and a population are responding to the virus, particularly whether immunity to the virus is mediated by antibodies, T cells or both. Armed with this information, we will be better able to design safe and effective vaccines and to predict outcomes for individuals who become infected.


Why Don’t We Ever Develop Immunity Against the Common Cold?

Common cold season is back, which has people wondering why we catch the same virus, year after year. Why don't we ever develop immunity against the common cold? Professor Pierre Talbot at INRS has known about the incredible variability of coronaviruses for some time. They're responsible for the common cold as well as many other infections, including neurological diseases. Along with his research associate Marc Desforges, Professor Talbot worked on a study recently published in Communication Nature about the ways in which coronaviruses adapt and evolve, becoming ever more effective at infecting hosts without being defeated by the immune system.

The small, spiky spheres, the coronaviruses are closely monitored by public health agencies, since they're able to be transmitted between species and some have a high potential mortality rate. Both SARS and MERS are caused by coronaviruses. Their ability to adapt to new environments seems due in part to the spikes on the surface of the virus--more specifically, a small, strategic part of the proteins that form those spikes.

The spikes are made up of S proteins (S for spike). A specific part of the spike seems to allow the virus to attach itself to host cells. The spike's RBD (receptor binding domain), which initiates the interaction between cell and virus, is essential for infection. But RBDs are targeted by antibodies that neutralize the virus and allow the immune system to flush it out of the host's system.

Coronaviruses are thus faced with an evolutionary problem. They can't infect cells without an RBD, which needs to be exposed so that it can latch onto cells. But the RBD needs to be masked to avoid being targeted by antibodies.

In response, the coronavirus has developed a mechanism that helps it survive, and thrive. The RBD is made up of three parts that vary widely between strains. Thanks to this variation, antibodies are unable to detect new strains, whereas RBDs retain--and even improve--their affinity for the target cell. Plus, RBDs alternate between visible and masked states.

To gain this insight, a group of researchers including Professor Talbot studied the alphacoronavirus HCoV-229E and, more specifically, the interaction between its RBD and aminopeptidase N (APN)--the host cell protein the RBD latches onto. The team crystallized the multiprotein complex and then analyzed the structures of both proteins.

By observing the RBD's structure up close, the team was able to identify the three long loops that latch onto APN. As analyses of these viruses over the last fifty years have shown, these loops are virtually the only thing that varies from one strain to the next.

The experiments demonstrate that the changes observed in the loops modulate an RBD's affinity with APN. The variants that have the greatest affinity are also likely to be better at infecting host cells, which helps them spread. Six different classes of HCoV-229E have popped up over the years, each with a greater RBD-APN affinity than the last.

This discovery adds to our understanding of the evolution of coronaviruses and could lead to similar analyses of other coronaviruses. Although there are many elements left to explain, the RBD seems to be an important feature that must be monitored as we follow the adaptive evolution of these viruses and assess their ability to infect.

This article has been republished from materials provided by Institut national de la recherche scientifique (INRS). Note: material may have been edited for length and content. For further information, please contact the cited source.

Wong, A. H., Tomlinson, A. C., Zhou, D., Satkunarajah, M., Chen, K., Sharon, C., . . . Rini, J. M. (2017). Receptor-binding loops in alphacoronavirus adaptation and evolution. Nature Communications, 8(1). doi:10.1038/s41467-017-01706-x


Why Don’t Antibodies Guarantee Immunity?

Photo by Jandro Saayman.

Editor’s Note: This is a guest post by Greer Arthur, a specialist in the global health program in NC State’s College of Veterinary Medicine (CVM). Special thanks to Susan Tonkonogy, CVM associate professor of immunology, for reviewing this interview.

With millions of COVID-19 cases reported across the globe, people are turning to antibody tests to find out whether they have been exposed to the coronavirus that causes the disease. But what are antibodies? Why are they important? If we have them, are we immune to COVID-19? And if not, why not?

These are important questions. Antibody tests can detect the presence of antibodies in the blood that bind to the coronavirus that causes COVID-19. You may have heard news reports explaining that antibody tests are key to slowing the infection rate. You may also have heard medical experts warn that having the antibodies may not guarantee immunity against a second COVID-19 infection. To help you get a handle on what these health experts are talking about, we spoke to Jonathan Fogle, associate professor of microbiology and immunology in the CVM at NC State.

The Abstract: What are antibodies, and how do we make them?

Jonathan Fogle: Antibodies, also known as immunoglobulins (Ig), are specialized proteins that bind to a uniquely shaped object – called an antigen – that is found on the surface of a pathogen. These pathogens can be things such as bacteria or viruses. Antibodies are produced by B lymphocytes, known as B cells, which are specialized white blood cells of the immune system. B cells have antibodies on their cell surface that allow them to recognize anything foreign. When they encounter a pathogen, the B cells transform into plasma cells, which start producing antibodies that are designed to bind to an antigen that is specific to this pathogen.

TA: How do antibodies stop an infection?

Fogle: Plasma cells release large amounts of antibody into the body’s circulation. This protects us in two main ways. First, antibodies can bind to antigens on the outside of the pathogen to stop it from entering our cells. This is particularly important for viruses, which enter human cells to replicate (so if the virus is stopped from entering your cells, you won’t get sick). Second, by binding to antigens on the pathogen, antibodies also signal other white blood cells known as phagocytic cells, which engulf and destroy the pathogen. So, in short, antibodies can both neutralize a virus and mark it for destruction.

Antibodies protect us by binding to pathogens, which both prevents the pathogens from entering our cells and labels the pathogens for destruction by phagocytes.

TA: Why do we produce antibodies?

Fogle: Antibodies form part of our adaptive immune response, which is a refined, targeted response to a specific antigen. The first time we encounter a virus, some of our B cells become plasma cells, but others transform into memory B cells. The second time you’re exposed to the same pathogen, these memory cells quickly transform into plasma cells that produce large amounts of antigen-specific antibodies to fight the infection.

The first time someone is infected by a specific pathogen, it normally takes a few weeks to manufacture antigen-specific antibodies. But if we are re-exposed to the same pathogen, the production of antigen-specific antibodies is rapid, usually within the first day. This is why we’re so dependent on vaccines to protect us from a lot of pathogens. Vaccines usually contain pieces of the pathogen that can stimulate our immune systems to manufacture antigen-specific antibodies and produce memory cells. So if we are exposed to this pathogen again, we are already prepared to respond very quickly.

TA: If we have antibodies, does this mean we will always be protected?

Fogle: This novel coronavirus is new to the human population – we have never been exposed to it before – so there are many unknowns about how we respond to it. Across any population, there is a high degree of individual variability in our antibody responses to a pathogen in the amount, type and quality of antibodies that we make.

Some people make many high quality antibodies that are very good at recognizing the relevant antigen and binding to it. If this happens, the virus is rapidly bound by antibodies and eliminated before it can even cause an infection.

Other people make antibodies, but they’re not as effective at binding the pathogen. In this situation, the antibodies only provide partial protection: they slow the virus down but the virus can still cause some degree of infection. These individuals usually exhibit some symptoms and shed the virus for a longer period of time.

There are also some people who either produce very little or very poor quality antibodies. In this case, although these people produce antibodies, the immunity is not very effective so they can experience prolonged infection with more severe symptoms. They are also likely to be re-infected at a later point in time. This is one of the big unknowns with this new coronavirus: What percentage of the population falls into this category?

TA: Do antibodies always form after an infection?

Fogle: We generally expect antibodies to form following infection, but there are certain cases where this might not occur.

Les adaptive immune system, which is what we have been talking about so far, is only one part of our immune response. We also have another type of immune system known as the innate immune system. The innate immune system is our frontline defense, the first system to respond to a new infection. This includes cells such as neutrophils, macrophages and dendritic cells. Unlike the adaptive immune system, which includes antigen-specific antibodies that take time to develop, the innate immune system responds to antigens very quickly but in a non-specific way. It attacks anything that “looks” foreign to the body, like components of a bacterial cell wall, or viral RNA and DNA. Quite often, the innate immune response will take care of an infection before the adaptive immune system even has a chance to start manufacturing antibodies.

The adaptive immune system involves more than just B cells, plasma cells and antibodies – it also includes T cells. T cells are another population of white blood cells that can develop into memory cells, just as B cells can. They can also differentiate into specialized cells that kill virus-infected cells. The functions of T cells and B cells are different. B cells develop into plasma cells that produce antibodies (T cells do not) T cells directly kill virus-infected cells (B cells do not). Sometimes individuals with a very vigorous T cell immune response will be protected from a pathogen even though they produce low amounts of antibody. The T cell immune response is much more difficult to measure than the antibody response and is usually only evaluated in specialized research settings.

T cells are not antibodies – but they are important. T cells are another type of white blood cell that work alongside B cells to fight infections. The “T” stands for thymus, which is where the cells develop.

TA: Why do we need an adaptive immune response?

Fogle: Our adaptive immune response is important because once developed, it is highly specific for the pathogen and provides us with immunologic memory. This serves two purposes.

First, it helps build herd immunity. If enough people in a population have immunologic memory, the second wave of infection typically occurs in smaller clusters instead of spreading like wildfire and overwhelming the population (and thus our hospitals). This is why social distancing is so important right now – it’s limiting the spread of disease and helping to ensure that our hospitals are not overwhelmed.

Secondly, our adaptive immune system protects us as we age. Our immunologic memory can last for a very long time. People in their 80s or 90s still maintain immunologic memory to pathogens and vaccines that they were exposed to as children, such as influenza or the measles vaccine.

Our capacity to generate immunologic memory is greatest from childhood into late adolescence because the bone marrow, where B cells mature, and the thymus, where T cells mature, are most efficient and productive at younger ages. As we advance into adulthood, these production systems decline and we gradually lose our ability to generate a vigorous adaptive immune response to new pathogens, particularly in later stages of life.

This is what we’re really worried about with this COVID-19 virus. In general, our elderly population has effective immunologic memory to things that they were exposed to when they were younger, but because this is a new virus, elderly people might have a difficult time generating an adaptive antiviral immune response. This is often compounded by other underlying diseases that weaken the adaptive immune responses.

Our adaptive immune response generates immunologic memory, which can protect us from pathogens throughout our lifetimes. However, our ability to form adaptive immune responses against new pathogens declines as we age.

TA: Does this mean we can’t generate new antibodies against new infections when we’re older?

Fogle: Pas exactement. As we get older, the immune response isn’t absent, it’s just diminished. By the time you’re in your 80s or 90s, you’re less efficient at generating immunity to newly encountered pathogens than during childhood or as a young adult. The adaptive immune response also exhibits a high degree of variability between individuals. Some people in their 80s and 90s still have an excellent adaptive immune response to new things, but many do not.

TA: Why can’t we rely entirely on our innate immune response when we lose our ability to generate an adaptive immune response?

Fogle: This is one of the big unknowns with COVID-19. In general, we think the innate immune response remains fairly intact throughout life, even in elderly individuals. The problem is, if we have a very poor adaptive immune response, our innate immune response has to overcompensate to make up for it. This is known as immune dysregulation and may be one of the reasons we observe more severe infections in older patients.

TA: Is this related to why some coexisting conditions worsen the effects of an infection?

Fogle: We know that, in general, chronic diseases tend to suppress our immune systems because different parts of our body are not functioning efficiently and together. The immune system is a complex network of lymph nodes, the spleen, bone marrow and other organs. The system needs a proper functioning environment to generate an effective response. This is why people with underlying chronic disease often have some loss of innate and adaptive immunity and therefore are at greater risk for developing a more severe infection.

TA: Not all antibodies last forever. Why does immunologic memory sometimes fade?

Fogle: We still don’t know how, why and for how long immunologic memory lasts for every infectious disease. Immunologic memory is probably one of the most complicated things we study in immunology. What we do know for most pathogens and vaccines is that, especially from childhood to adolescence, if we are exposed to something multiple times, we generate robust and long-term immunity.

But as we age, although we may develop some adaptive immunity, the memory doesn’t seem to last as long. This probably has to do with the age at which we’re exposed to the pathogen and how good the pathogen is at inducing immunity. It is also linked to how many times we are exposed to or vaccinated against a pathogen. We generally generate our maximal number of memory cells with three to five exposures, meaning that being exposed more than three to five times will not further increase the overall number of memory cells.

TA: Why is it important to understand more about COVID-19 antibodies?

Fogle: Antibodies can tell us who has been exposed to a pathogen and potentially what protection they might have against a re-infection. As we discussed above, there are many unknowns with this new coronavirus. We need to know more about how we as individuals and a population are responding to the virus, particularly whether immunity to the virus is mediated by antibodies, T cells or both. Armed with this information, we will be better able to design safe and effective vaccines and to predict outcomes for individuals who become infected.


Immune response to infection

When a pathogenic (disease-causing) microorganism invades the body for the first time, the clinical (observable) response may range from nothing at all, through various degrees of nonspecific reactions, to specific infectious disease. Immunologically, however, there is always a response, the purpose of which is defense. If the defense is completely successful, there is no obvious bodily reaction if it is partially successful, the affected person exhibits symptoms but recovers from an infectious disease if unsuccessful, the person may be overwhelmed by the infectious process and die.

The two responses—the clinical and the immunologic—can be illustrated by the natural history of the disease poliomyelitis. When the virus of this disease enters the body for the first time, it multiplies in the throat and in the intestinal tract. In some people, it gets no farther virus is shed to the outside from the throat and the bowel for a few weeks, and then the shedding ceases and the infection is over. The host, however, has responded and has developed circulating antibodies to a type of poliovirus. These antibodies are specific antipoliovirus proteins in the blood and body fluids that subsequently prevent disease should the poliovirus again be encountered. In addition, the infected individual develops an antipoliovirus response in a subset of white blood cells known as T cells. Antipoliovirus T cells persist throughout the individual’s lifetime.

In other people, the same process occurs but some virus also gets into the bloodstream, where it circulates for a short time before being eliminated. In a few individuals, the virus passes from the bloodstream into the central nervous system, where it circulates for a short time before being eliminated. Finally, in some individuals, the virus passes from the bloodstream into the central nervous system, where it may enter and destroy some of the nerve cells that control movement in the body and so cause paralysis. Such paralysis is the least-common result of infection with poliomyelitis virus most infected persons have no symptoms at all. Those whose bloodstream contains virus often have a mild illness, consisting of no more than malaise, slight headache, and possibly a sore throat. This so-called minor illness of poliomyelitis is unlikely to be recognized except by those in close contact with someone later paralyzed by the disease.

If the nervous system becomes invaded by the virus, the infected person has a severe headache and other symptoms suggesting meningitis. Such persons are acutely ill, but most recover their normal health after about one week. Only a few of those with this type of infection have paralysis. Of all the people infected with poliomyelitis virus, not more than 1 in 100, possibly as few as 1 in 1,000, has paralysis, though paralysis is the dominant feature of the fully developed clinical picture of poliomyelitis. This poliomyelitis is actually an uncommon complication of poliovirus infection.

This wide range of response to the poliomyelitis virus is characteristic of most infections, though the proportions may vary. Influenza virus, for example, may cause symptoms ranging from a mild cold to a feverish illness, severe laryngitis (inflammation of the larynx, or voice box) or bronchitis, or an overwhelming and fatal pneumonia. The proportions of a population with these differing outcomes may vary from one epidemic to another. There is perhaps more uniformity of pattern in the operation of the defense mechanisms of the body, called the immune response.


Des articles

Seattle-area research organizations team up for a deep dive into patients’ immune responses to the novel coronavirus results could contribute to vaccine development and new treatments

August 13, 2020

Palak Genge, a research associate at the Allen Institute for Immunology, works with COVID-19 patient blood samples in the lab.

Nearly eight months into the worst public health crisis of our lifetimes, and scientists are still grappling with one of the most basic questions about COVID-19: Why do some people infected with the novel coronavirus die, while others recover with few symptoms &mdash or even no symptoms at all?

&ldquoTo capture the complete scientific story of this pandemic, we need to study the biology of all infections, not just the most severe.&rdquo &mdash Tom Bumol, Ph.D., Executive Vice President and Director of the Allen Institute for Immunology.

A new study underway in Seattle aims to answer that &mdash and related questions &mdash by tracking the details of individuals&rsquo immune responses as they are infected with, and recover from, SARS-CoV-2. Headquartered at Fred Hutchinson Cancer Research Center, the study is enrolling Seattle-area adults newly infected with the novel coronavirus. Research teams at Fred Hutch and the Allen Institute for Immunology, a division of the Allen Institute, are delving into the molecular and cellular details of how these patients&rsquo immune systems are responding to the virus, both shortly after infection and in the weeks and months following.

A deep dive into COVID-19 immunology

Researchers around the world have pivoted to study the novel coronavirus, but most scientific studies to date have focused on severely ill patients. The new Seattle study will instead focus on people with mild-to-moderate symptoms.

&ldquoData have shown that the virus is far more widespread in the population than we initially thought,&rdquo said Tom Bumol, Ph.D., Executive Vice President and Director of the Allen Institute for Immunology. &ldquoTo capture the complete scientific story of this pandemic, we need to study the biology of all infections, not just the most severe.&rdquo

That complete picture could ultimately help shape communities&rsquo response to COVID-19. If scientists can understand the &ldquosuccessful&rdquo immune responses that accompany a mild or moderate case of the virus, and which aspects of those responses fail in severe illness, they might be able to better treat or prevent the more serious and deadly cases.

&ldquoWe don&rsquot yet know what a normal, healthy, effective response to this coronavirus looks like,&rdquo said Troy Torgerson, M.D., Ph.D., Director of Experimental Immunology at the Allen Institute for Immunology. &ldquoIf we can understand all of the moving parts that constitute a healthy immune response, that will be very informative for vaccine developers and researchers who are trying to develop better therapies &mdash especially in cases where the immune response itself contributes to COVID19 illness.&rdquo

Scientists and researchers at the Allen Institute for Immunology meet in the lab to discuss experimental procedures with COVID-19 patient blood samples.

The research team will use the newly established deep immune system profiling pipeline at the Allen Institute for Immunology, in collaboration with viral immunology experts at the Fred Hutch, to capture a detailed survey of patients&rsquo immune systems as close to infection as possible. The researchers will then follow the same patients, studying samples taken in the weeks and months after infection. Following the same patient over time will help the researchers zero in on the aspects of the immune response specific to the novel virus and that volunteer&rsquos unique outcome.

Samples studied through the Allen Institute for Immunology's adaptive pipeline, which is now being used to interrogate COVID-19.

They&rsquoll compare the data from patients with mild or moderate infections to samples from uninfected people and those with more severe infections, to understand which immune changes in people with mild infections could be considered successful, or beneficial, responses. They&rsquore planning to do these deep dives for about 50 patients with mild or moderate infections and are also hoping to follow the immune responses in some of those patients over the next few years, to better understand the long-term immune reactions to the virus &mdash including understanding how long natural immunity lasts. Understanding whether immunity to the virus wanes or is durable is an important unknown to address to help guide vaccine development &mdash more than 100 vaccine initiatives are currently underway around the world.

The Institute&rsquos immune-profiling pipeline was built to study any immune-related disease or condition, assessing and integrating several different types of scientific data gleaned from a single blood or tissue sample and comparing samples from the same person over weeks or months as their disease progresses, stabilizes or resolves. Along with medical data from the patients, the researchers also use emerging single-cell technologies that allow them to view the immune system through several lenses, capturing information about the types of immune cells present, their genetic and environmental states, and a corresponding set of immune proteins and other molecules present in the blood. The researchers will integrate these experimental data with medical data gathered from the patients to get a more complete picture of the biology of COVID-19.

Since the Allen Institute for Immunology&rsquos launch in December 2018, the researchers have been working to establish the pipeline and begin studies of the healthy human immune system as well as certain autoimmune diseases and cancers. It was an existing collaboration with Fred Hutch to study the blood cancer multiple myeloma that led to the COVID-19 collaboration. The SARS-CoV-2 study is led by Julie McElrath, M.D., Ph.D., Senior Vice President and Director of Fred Hutch&rsquos Vaccine and Infectious Disease Division. Other research teams at the Hutch are using the same patient samples to study particular cells or molecules known to be specifically induced by SARS-CoV-2 itself.

&ldquoFred Hutch has a long history of collaborating with other like-minded organizations to develop cures and therapies for both cancer and infectious diseases,&rdquo said McElrath, who also holds the Joel D. Meyers Endowed Chair at the Hutch. &ldquoWe&rsquore optimistic that the collective immune profiling expertise between Fred Hutch and the Allen Institute will lead to new discoveries and insights into the prevention and control of COVID-19.&rdquo


B-cell development and differentiation

Harry W. Schroeder Jr. , . Claudia Berek , in Clinical Immunology (Fourth Edition) , 2013

Plasma cell

Immunological memory of B lymphocytes is dependent on T helper lymphocytes. While primary B-cell responses start with secreted low affinity IgM antibodies after a lag-phase of 1–2 days and only gradually develop high affinity antibodies of other classes, secondary responses start faster and with high affinity antibodies of IgM and other classes. This protective humoral memory is provided by long-lived plasma cells. 35 These cells are generated in the secondary lymphoid organs and then migrate to the bone marrow or to a site affected by inflammation. In the bone marrow, plasma cells survive in highly specialized niches provided by the underlying reticular stromal cells. 36 Here they can live on for long periods without further activation and proliferation, but their maintenance is dependent on survival factors such as APRIL and IL-6. Eosinophils were shown to be the main providers of these cytokines and, when they are depleted, plasma cells rapidly go into apoptosis. 37

By continuously secreting antibodies, long-lived plasma cells provide the individual with long-term humoral protection. If the original antigen recurs at higher concentrations, free antigen can activate memory B cells and induce again differentiation into high affinity antibodies secreting effector plasma cells ( Fig. 7.6 ).


Here's how your body gains immunity to coronavirus

A s the daughter of an air force officer and a nurse, I am fascinated by defence systems. There is none more impressive than the human immune system, equipped as it is with a rich arsenal to defend against different types of pathogen. Viruses have evolved to trick, bypass and evade these defences. Our immune systems have, in turn, learned to recognise and deter these virus stealth tactics. In Covid-19, the enemy is a tiny piece of genetic material wearing a lipid coat and a protein crown.

So how is our immune system able to defend against viral infections, and how does this apply to Covid-19? The virus that causes Covid-19 is called severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (Sars-Cov-2), and was first detected in humans around five months ago. It is a coronavirus. “Corona”, in Latin, means crown. The virus is adorned with an outer layer of protein covered in spikes, like a crown. These spikes help the virus attach itself to target cells. The research community is fast learning about immunity to Covid-19, and we are also applying our knowledge of similar respiratory viruses to predict what to expect in this infection.

Think of a virus as a robot it cannot reproduce so it needs a factory of materials – proteins, lipids and nucleotides – to build copies of itself. The coat allows the virus to attach itself to the target cell’s membrane. The virus then fuses with the cell and releases a shopping list of instructions on how to build and assemble new viruses. This shopping list, the virus genome, is written in nucleotides (RNA). The first job of a virus that enters our bodies is to invade target cells so that it can comfortably remove its coat and deploy its RNA.

Once inside, the virus commandeers the cell and borrows cellular machinery to build more viruses before immune cells detect the intruders and raise the alarm. Antibody proteins that are able to stick to the virus-spike proteins, and prevent attachment to the target cells, are called neutralising antibodies: generating them is often the goal of protective vaccination.

Our infected cells make the ultimate sacrifice and invite their own destruction by displaying distress signals for T-cells, which swiftly detect and kill them. T-cells are cytotoxic – powerful serial killers that can recognise peptide fragments of virus displayed on the infected cell surface. When they do, they release a payload of toxic enzymes that kill the infected cell in a “kiss of death”. This strategic martyrdom is organised by the immune system to deprive the virus of its replication factories and can lead to the reduction of viral load in the patient. It takes several days for antiviral T-cells to expand and antibodies to be generated. Here’s the silver lining: memory cells ensure that if we encounter the same virus again, we can react immediately with pre-existing defences. Sars-Cov-2 is new to humanity so we have no protective immunological memory. Vaccines prepared using harmless parts of the virus can help us build protective memory.

The virus’s enemy superpower is spreading. The virus achieves this through “shedding” from infected patients. Sars-Cov-2 is expert at hopping from person to person, and in some people, it achieves a stealthy existence with mild or no symptoms. Once many copies of the virus are made, it needs to jump to another host. It hitches a ride on droplets that can be coughed or sneezed to a distance of up to two metres. Droplets can survive on surfaces for several hours enabling pick-up by a new host, or they can be directly inhaled if another person is in close proximity. Studies are emerging into animal hosts – so far the virus has been detected in a few ferrets, cats, tigers and dogs. No animal deaths have yet been reported, and we don’t know if animals can transmit back to humans.