V VIDYALAYA · Soutien scolaire
SVTTerminaleCorps humain et santeExercices + corrigé

Vaccination — Exercices

Des mécanismes moléculaires aux calculs d'immunité collective. Corrigé en fin de document.
⏱ ~35 min✎ Calculatrice autorisée (exercices 3 et 5)
1Identifier le type de vaccin/ 4 pts
Pour chaque description ci-dessous, indiquer le type de vaccin (vivant atténué / inactivé / sous-unitaire / ARNm / vecteur viral) et justifier en une phrase.
  1. Le vaccin contre l'hépatite B contient la protéine de surface HBsAg produite par une levure recombinante et purifiée, associée à de l'hydroxyde d'aluminium.
  2. Le vaccin ROR contient les virus de la rougeole, des oreillons et de la rubéole, affaiblis par de très nombreux passages en cellules animales.
  3. Le vaccin Comirnaty contient une molécule d'acide nucléique simple brin encapsulée dans des nanoparticules lipidiques, codant la protéine Spike du SARS-CoV-2.
  4. Le vaccin Imovax Polio est préparé à partir de poliovirus traités par le formol, incapables de se répliquer.
2Analyser une réponse sérologique/ 6 pts

Un individu reçoit une primo-vaccination à $t = 0$, puis un rappel à $t = 4$ semaines. Le titre en IgG anti-antigène A (en unités arbitraires) est mesuré :

  • De $t = 0$ à $t = 7$ j : titre nul.
  • À $t = 14$ j : titre $= 50$ UA.
  • À $t = 28$ j (avant rappel) : titre $= 30$ UA.
  • À $t = 32$ j (4 j après rappel) : titre $= 400$ UA.
  • À $t = 60$ j : titre $= 800$ UA (plateau).

Le seuil protecteur est fixé à 200 UA.

  1. Expliquer pourquoi le titre en anticorps est nul entre $t = 0$ et $t = 7$ j.
  2. Quelles cellules produisent les IgG mesurés à $t = 14$ j ? Décrire leur origine cellulaire.
  3. Calculer le rapport des titres maximaux (réponse secondaire / réponse primaire) et comparer les délais d'apparition. Nommer les cellules responsables de la rapidité de la réponse secondaire.
  4. L'individu est-il protégé après la primo-vaccination seule ? Justifier et expliquer l'intérêt du rappel.
3Calculer le seuil d'immunité collective/ 4 pts
Le taux de reproduction de base $R_0$ de la rougeole est de 15 et celui de la grippe saisonnière est de 2,5. On donne $p_c = 1 - \dfrac{1}{R_0}$.
  1. Calculer $p_c$ pour la rougeole. Exprimer le résultat sous forme de fraction puis en pourcentage.
  2. Calculer $p_c$ pour la grippe saisonnière.
  3. Interpréter la différence entre ces deux valeurs. Pourquoi la rougeole est-elle difficile à éradiquer par la vaccination ?
4Mécanisme d'un vaccin à ARNm/ 6 pts
Le vaccin Comirnaty (Pfizer-BioNTech) contre la COVID-19 contient un ARNm encapsulé dans des nanoparticules lipidiques (NPL), codant la protéine Spike du SARS-CoV-2.
  1. Décrire, étape par étape, comment ce vaccin conduit à la production d'anticorps anti-Spike dans l'organisme.
  2. Expliquer pourquoi ce vaccin ne peut pas modifier le génome humain. Préciser à quel niveau cellulaire l'ARNm est traduit.
  3. En quoi la technologie ARNm offre-t-elle un avantage lors de l'émergence d'un nouveau variant, par rapport aux vaccins sous-unitaires classiques ?
5Immunité collective et personnes non vaccinables/ 5 pts

Dans un pays, la couverture vaccinale contre la rougeole est de 85 %. La population comprend 3 % d'immunodéprimés (contre-indication au ROR) et 2 % de nourrissons trop jeunes pour être vaccinés. On donne $R_0 = 15$ et $p_c \approx 93{,}3\%$ pour la rougeole.

  1. Calculer le taux de reproduction effectif $R_c$ avec $p = 0{,}85$. La transmission est-elle maîtrisée ?
  2. Comparer $p = 85\%$ au seuil $p_c$. Conclure sur le risque épidémique.
  3. Expliquer pourquoi atteindre le seuil $p_c$ est indispensable pour protéger les immunodéprimés et les nourrissons.
Corrigé détaillé
1Identifier le type de vaccin
a) \(\text{Seule la protéine HBsAg est produite par génie génétique et purifiée : pas de pathogène entier.}\) \(\text{Vaccin sous-unitaire (protéine recombinante).}\)
b) \(\text{Virus entiers rendus non virulents par passages successifs en culture = atténuation.}\) \(\text{Vaccin vivant atténué.}\)
c) \(\text{Acide nucléique simple brin = ARNm ; encapsulé dans des NPL = technologie ARNm.}\) \(\text{Vaccin à ARNm.}\)
d) \(\text{Traitement au formol : virus tués, incapables de se répliquer = inactivation.}\) \(\text{Vaccin inactivé.}\)
2Analyser une réponse sérologique
Q1 \(\text{Après l'injection, les LB naïfs reconnaissent l'Ag, reçoivent le signal des LT4 et se différencient en plasmocytes : cette expansion clonale dure 5 à 10 j.}\) \(\text{Délai de prolifération clonale des LB et de leur différenciation en plasmocytes (5–10 j).}\)
Q2 \(\text{Les IgG sont sécrétées par les plasmocytes, issus des LB activés par double signal : reconnaissance de l'Ag via le BCR + interleukines sécrétées par les LT4 (eux-mêmes activés par les CPA).}\) \(\text{Plasmocytes, issus des LB activés par BCR + interleukines des LT4.}\)
Q3 \(\dfrac{800}{50} = 16 \quad \text{(16× plus intense)} \qquad \dfrac{14}{4} = 3{,}5 \quad \text{(3,5× plus rapide)}\) \(\text{Réponse secondaire 16 fois plus intense et 3,5 fois plus rapide. Cellules responsables : LB mémoire (et LT mémoire).}\)
Q4 \(t = 14\,\text{j} : 50\,\text{UA} \lt 200\,\text{UA} \Rightarrow \text{non protégé.} \quad t = 32\,\text{j} : 400\,\text{UA} \gt 200\,\text{UA} \Rightarrow \text{protégé.}\) \(\text{Sans rappel, le titre reste sous 200 UA : le rappel est indispensable pour franchir le seuil protecteur.}\)
3Seuil d'immunité collective
Rougeole \(p_c = 1 - \dfrac{1}{15} = \dfrac{14}{15}\) \(p_c \approx 93{,}3\%\)
Grippe \(p_c = 1 - \dfrac{1}{2{,}5} = 1 - 0{,}4 = 0{,}6\) \(p_c = 60\%\)
Interprétation \(R_0^{\text{rougeole}} = 15 \gg R_0^{\text{grippe}} = 2{,}5 \Rightarrow p_c^{\text{rougeole}} = 93{,}3\% \gg p_c^{\text{grippe}} = 60\%\) \(\text{Le } R_0 \text{ très élevé de la rougeole impose une couverture quasi-totale ; toute baisse de vaccination relance l'épidémie.}\)
4Mécanisme d'un vaccin à ARNm
Q1 \(\text{NPL fusionnent avec la membrane cellulaire} \to \text{ARNm libéré dans le cytoplasme} \to \text{ribosomes traduisent} \to \text{protéine Spike exposée} \to \text{CPA captent} \to \text{présentation LT4} \to \text{interleukines} \to \text{LB} \to \text{plasmocytes} \to \text{IgG anti-Spike.}\) \(\text{Traduction cytoplasmique de Spike → voie CPA/LT4/LB → production d'IgG anti-Spike.}\)
Q2 \(\text{L'ARNm reste dans le cytoplasme et est dégradé par les RNases en quelques jours. Il ne franchit pas la membrane nucléaire : aucune intégration à l'ADN chromosomique n'est possible.}\) \(\text{Traduction cytoplasmique uniquement ; l'ARNm ne pénètre pas dans le noyau → génome non modifié.}\)
Q3 \(\text{Vaccin sous-unitaire : produire et purifier la protéine recombinante nécessite plusieurs mois. Vaccin ARNm : il suffit de modifier la séquence codante, concevable en quelques semaines.}\) \(\text{Adaptation rapide (semaines) de la séquence ARNm aux nouveaux variants, contre des mois pour un vaccin protéique.}\)
5Immunité collective et personnes non vaccinables
Q1 \(R_c = R_0 \times (1 - p) = 15 \times (1 - 0{,}85) = 15 \times 0{,}15 = 2{,}25\) \(R_c = 2{,}25 \gt 1 \Rightarrow \text{transmission non maîtrisée.}\)
Q2 \(p_c \approx 93{,}3\% \gt p = 85\% \quad \Rightarrow \quad \Delta p = 8{,}3 \text{ points de déficit.}\) \(\text{La couverture est insuffisante : le seuil d'immunité collective n'est pas atteint, risque épidémique réel.}\)
Q3 \(\text{Immunodéprimés et nourrissons ne peuvent pas être vaccinés. Si } R_c \lt 1 \text{, la chaîne de transmission est brisée : ils ne rencontrent statistiquement pas le virus circulant.}\) \(\text{L'immunité de groupe protège indirectement ces personnes en supprimant la circulation du pathogène dans la population.}\)