Le système immunitaire : comment ton corps combat les microbes et s'en souvient

Un corps sous surveillance permanente

Chaque respiration, chaque bouchée et chaque objet que tu touches t'apportent des microbes. La plupart sont inoffensifs, beaucoup sont même utiles, mais certains sont des agents pathogènes : virus, bactéries, champignons et parasites capables de provoquer des maladies. Si nous ne sommes pas malades en permanence, c'est grâce au système immunitaire, un réseau d'organes, de cellules et de molécules qui protège l'organisme contre les maladies.

La mission du système immunitaire est remarquablement variée. Il doit repérer des envahisseurs aussi différents qu'un minuscule virus et un ver parasite bien des fois plus grand qu'une cellule humaine. Il s'occupe aussi des propres cellules du corps lorsqu'elles deviennent cancéreuses, et des corps étrangers comme une écharde de bois. Surtout, il doit distinguer tout cela des tissus sains de l'organisme, afin d'attaquer ce qui est dangereux et de laisser le reste tranquille.

Chez l'être humain et chez de nombreux autres animaux, le système immunitaire comporte deux grandes parties. Le système immunitaire inné réagit vite, avec une réponse toute prête face à de vastes catégories de menaces. Le système immunitaire adaptatif met plus de temps à démarrer, mais il produit une réponse sur mesure contre chaque envahisseur précis et se souvient de ceux qu'il a déjà rencontrés. Tous deux s'appuient sur des cellules et des molécules spécialisées et travaillent constamment ensemble.

La première ligne de défense : les barrières

Le moyen le plus simple d'éviter une infection est d'empêcher les microbes d'entrer. Le corps est entouré de barrières physiques, chimiques et biologiques qui font exactement cela.

• La peau est un rempart solide et imperméable. Sa couche externe est faite de cellules mortes qui se détachent sans cesse en emportant des microbes, et sa surface est légèrement acide, ce que beaucoup de bactéries n'aiment pas.
• Les muqueuses tapissent le nez, la bouche, les voies respiratoires et l'intestin. Le mucus collant piège les particules et, dans les voies respiratoires, de minuscules structures semblables à des poils, les cils, le font remonter pour qu'il soit avalé ou expulsé par la toux.
• Les défenses chimiques comprennent l'acide puissant de l'estomac, qui tue de nombreux microbes avalés, et des enzymes comme le lysozyme présent dans les larmes et la salive, qui peut dégrader la paroi de certaines bactéries.
• Les microbes amis qui vivent sur la peau et dans l'intestin occupent l'espace et consomment les nutriments, ce qui rend plus difficile l'installation des espèces nuisibles.

Des réflexes comme la toux et l'éternuement, et même l'effet de rinçage de l'urine, aident aussi à se débarrasser des visiteurs indésirables. Lorsqu'un pathogène franchit ces barrières, par exemple par une coupure, la ligne de défense suivante prend le relais.

L'immunité innée : rapide et prête

Le système immunitaire inné est l'équipe d'intervention rapide du corps. Il est présent dès la naissance, agit en quelques minutes ou quelques heures et réagit à peu près de la même façon chaque fois qu'il rencontre un type de menace donné.

Reconnaître le danger

Les cellules de l'immunité innée portent des récepteurs qui reconnaissent des motifs moléculaires communs à de grands groupes de microbes mais absents de nos propres cellules, comme des éléments de la paroi des bactéries ou certaines formes de matériel génétique viral. Les plus connus de ces capteurs sont les récepteurs de type Toll. Les cellules peuvent aussi détecter des signaux émis par des cellules du corps endommagées ou mourantes, ce qui les avertit qu'un problème survient avant même qu'un microbe soit identifié.

Des cellules qui mangent les envahisseurs

Certains globules blancs sont des phagocytes, d'après des mots grecs signifiant « cellules qui mangent ». Ils englobent les microbes et les débris, puis les détruisent à l'intérieur de la cellule. Les neutrophiles, le type de globule blanc le plus courant dans le sang humain, accourent en grand nombre vers les zones infectées. Les macrophages sont plus gros et vivent plus longtemps ; ils nettoient les cellules mortes et envoient des signaux chimiques qui appellent d'autres défenseurs. Les cellules dendritiques avalent elles aussi des envahisseurs, mais leur tâche la plus importante est d'en apporter des fragments aux ganglions lymphatiques et de les présenter au système immunitaire adaptatif.

Une autre cellule innée, la cellule tueuse naturelle (NK), ne mange pas les microbes. Elle contrôle plutôt les propres cellules du corps et détruit celles qui paraissent anormales, comme les cellules infectées par des virus ou certaines cellules tumorales.

Inflammation et fièvre

Lorsqu'un tissu est blessé ou infecté, les cellules immunitaires libèrent des messagers chimiques qui déclenchent une inflammation. Les vaisseaux sanguins se dilatent et deviennent plus perméables, si bien que davantage de sang, de liquide et de cellules de défense atteignent la zone. Cela produit les signes classiques connus depuis l'Antiquité : rougeur, chaleur, gonflement et douleur. Aussi désagréable soit-elle, l'inflammation montre que la défense fonctionne.

Certains de ces messagers agissent aussi sur le cerveau et font monter la température du corps, ce qui provoque de la fièvre. Une température plus élevée peut ralentir la croissance de certains pathogènes et accélère certaines réactions immunitaires.

Le système du complément

Le sang contient également un groupe de protéines appelé système du complément. Une fois activées, elles déclenchent une réaction en chaîne qui recouvre les microbes pour que les phagocytes les saisissent plus facilement, attire les cellules immunitaires et peut même percer la membrane de certaines bactéries.

L'immunité adaptative : le corps apprend

C'est le système immunitaire adaptatif qui rend l'immunité vraiment personnelle. Ses acteurs principaux sont des globules blancs appelés lymphocytes, qui se divisent en deux grands types : les lymphocytes B et les lymphocytes T. Tous deux sont fabriqués dans la moelle osseuse. Les lymphocytes B y achèvent leur maturation, tandis que les lymphocytes T migrent vers le thymus, un petit organe situé dans la poitrine, pour terminer leur développement ; c'est de là que vient le « T ».

Chaque lymphocyte porte des récepteurs qui reconnaissent une forme moléculaire bien précise, appelée antigène. Comme les gènes de ces récepteurs sont découpés et réassemblés pendant le développement de chaque cellule, le corps dispose au final d'une immense variété de lymphocytes, chacun doté d'un récepteur différent. Ensemble, ils peuvent reconnaître une gamme gigantesque de formes, y compris des formes que le corps n'a jamais rencontrées. Quand un lymphocyte trouve son antigène, il se multiplie rapidement et forme une armée de cellules identiques, toutes dirigées contre la même cible. Ce processus s'appelle la sélection clonale.

Les lymphocytes circulent dans le sang et dans le système lymphatique, un réseau de vaisseaux et de centaines de petits ganglions lymphatiques en forme de haricot. La rate et les ganglions servent de lieux de rencontre où les lymphocytes peuvent croiser les antigènes apportés par les cellules dendritiques. C'est pourquoi les ganglions du cou peuvent gonfler et devenir sensibles lors d'un mal de gorge : les cellules immunitaires s'y multiplient.

Les lymphocytes B et les anticorps

Une fois activés, les lymphocytes B se transforment en plasmocytes qui libèrent de grandes quantités d'anticorps, des protéines en forme de Y qui circulent dans le sang et les autres liquides du corps. Les extrémités du Y s'emboîtent avec un antigène précis comme une clé dans une serrure. Les anticorps peuvent empêcher un virus d'entrer dans les cellules, agglutiner des bactéries, neutraliser des toxines et marquer les envahisseurs pour qu'ils soient détruits par les phagocytes et le système du complément. Les mammifères possèdent cinq grandes classes d'anticorps, appelées IgG, IgA, IgM, IgD et IgE, chacune adaptée à des tâches et à des endroits différents du corps.

Les lymphocytes T

Les lymphocytes T ne peuvent pas reconnaître les antigènes libres. Ils examinent plutôt des fragments de protéines présentés à la surface d'autres cellules par des molécules spéciales, le complexe majeur d'histocompatibilité (CMH). Les lymphocytes T auxiliaires jouent le rôle de coordinateurs : ils émettent des signaux qui activent les lymphocytes B, les macrophages et d'autres lymphocytes T. Les lymphocytes T cytotoxiques sont les tueurs : ils repèrent les cellules du corps infectées par des virus, ou certaines cellules cancéreuses, et leur ordonnent de s'autodétruire. D'autres lymphocytes T aident à apaiser la réponse immunitaire une fois la menace passée.

La mémoire immunitaire

Une fois l'infection vaincue, la plupart des lymphocytes qui s'étaient multipliés meurent, mais certains subsistent sous forme de cellules mémoire à longue durée de vie. Si le même pathogène revient, ces cellules réagissent beaucoup plus vite et plus fort que la première fois, et le détruisent souvent avant même l'apparition de symptômes. Voilà pourquoi on n'attrape généralement qu'une fois des maladies comme la varicelle. Lors d'une première rencontre avec un microbe, il faut en général plusieurs jours pour obtenir une réponse adaptative complète ; une deuxième rencontre peut être réglée bien plus rapidement.

Les vaccins : s'entraîner sans tomber malade

La vaccination exploite volontairement la mémoire immunitaire. Un vaccin met le système immunitaire en présence d'une version ou d'une partie inoffensive d'un pathogène, comme un microbe affaibli ou tué, une seule protéine ou les instructions génétiques pour en fabriquer une. Le corps produit des cellules mémoire sans avoir à subir la maladie.

On fait souvent remonter cette histoire au médecin anglais Edward Jenner. En 1796, il montra qu'une matière issue de la vaccine, ou variole de la vache, une maladie bénigne, pouvait protéger une personne contre la variole, l'une des maladies les plus meurtrières de l'histoire. Le mot « vaccin » vient du latin vacca, qui signifie vache. Près de deux siècles plus tard, une campagne de vaccination mondiale a permis à l'Organisation mondiale de la santé de déclarer la variole éradiquée en 1980 ; c'était la première maladie humaine à disparaître.

Les vaccins protègent aussi les personnes qui ne peuvent pas être vaccinées, comme les très jeunes bébés ou les personnes dont le système immunitaire est affaibli. Quand suffisamment de membres d'une communauté sont immunisés, un pathogène a du mal à se propager : c'est ce qu'on appelle l'immunité collective.

Quand le système immunitaire se trompe

Une défense aussi puissante doit être soigneusement contrôlée. Pendant le développement des lymphocytes, ceux qui réagissent fortement contre les molécules du corps lui-même sont pour la plupart éliminés ou désactivés : c'est la tolérance au soi. Les problèmes surviennent quand le système réagit trop, contre la mauvaise cible, ou pas assez.

• Les allergies apparaissent lorsque le système immunitaire réagit de façon excessive à des substances inoffensives comme le pollen, les acariens ou certains aliments. Les anticorps IgE poussent des cellules à libérer de l'histamine et d'autres substances qui provoquent éternuements, démangeaisons, gonflements ou, dans de rares cas graves, une réaction dangereuse appelée anaphylaxie.
• Les maladies auto-immunes surviennent quand le système immunitaire attaque les tissus du corps lui-même. Dans le diabète de type 1, par exemple, il détruit les cellules du pancréas qui produisent l'insuline ; dans la polyarthrite rhumatoïde, il s'en prend aux articulations.
• Les déficits immunitaires se produisent lorsqu'une partie du système immunitaire manque ou est affaiblie. Certaines personnes naissent avec ; d'autres les acquièrent. Le VIH, par exemple, infecte et détruit les lymphocytes T auxiliaires et, sans traitement, cela conduit au sida, où le corps ne parvient plus à bien combattre les infections.

Les médecins doivent aussi maîtriser le système immunitaire après une greffe d'organe. Comme le nouvel organe porte des molécules du CMH étrangères, les lymphocytes T du receveur risquent de l'attaquer ; les patients prennent donc des médicaments qui atténuent la réponse immunitaire.

Faits surprenants sur l'immunité

• Une étoile de mer et une épine. Le zoologiste Élie Metchnikoff a découvert la phagocytose dans les années 1880 en plantant de petites épines dans des larves d'étoile de mer transparentes et en observant des cellules mobiles se rassembler autour. Il a partagé le prix Nobel de physiologie ou médecine de 1908 avec Paul Ehrlich, qui étudiait les anticorps.
• L'immunité commence avant la naissance. Certains anticorps (IgG) traversent le placenta de la mère vers le bébé, et le lait maternel apporte des anticorps IgA qui protègent l'intestin du bébé. Cette protection empruntée ne dure que les premiers mois de la vie.
• Le thymus rétrécit avec l'âge. Il est le plus actif pendant l'enfance, puis diminue peu à peu et est remplacé par de la graisse après la puberté ; pourtant, les adultes conservent une grande réserve de lymphocytes T fabriqués plus tôt dans la vie.
• Même les bactéries ont un système immunitaire. De nombreuses bactéries conservent des fragments d'ADN viral et s'en servent pour reconnaître et découper ces virus s'ils attaquent de nouveau. Les scientifiques ont transformé ce système, appelé CRISPR, en un célèbre outil d'édition du génome.
• Tous les vertébrés n'utilisent pas d'anticorps. Les poissons sans mâchoire comme les lamproies possèdent un système immunitaire adaptatif fondé sur un type de récepteur complètement différent, ce qui montre que la nature a inventé l'immunité adaptative plus d'une fois.
• Combattre le cancer grâce à l'immunité. Les immunothérapies modernes desserrent les « freins » des lymphocytes T pour qu'ils puissent attaquer les tumeurs. James Allison et Tasuku Honjo ont reçu le prix Nobel de physiologie ou médecine 2018 pour les découvertes qui ont rendu ces traitements possibles.

Garder des défenses solides

Le système immunitaire fonctionne mieux quand le reste du corps est en bonne santé. Dormir suffisamment, manger équilibré avec assez de vitamines et de minéraux, rester actif physiquement et être à jour de ses vaccins recommandés le soutiennent. Des gestes simples comme se laver les mains réduisent en outre le nombre de microbes que le système immunitaire doit affronter.

De l'acide de l'estomac aux cellules mémoire capables de durer des décennies, le système immunitaire est une défense à plusieurs niveaux qui apprend sans cesse. Il reconnaît une variété presque illimitée de menaces, se souvient des combats passés et parvient pourtant, la plupart du temps, à laisser en paix les propres cellules du corps.