Recherche scientifique COVID-19 : dépasser la pensée simple pour aider les élèves à comprendre un monde qui ne l'est pas

Introduction

Avec la rentrée, de nombreux enseignants de biologie seront confrontés aux questions des élèves. Jump-To-Science a sélectionné quelques publications récentes qui aideront chacun-e à trouver  dans l'état actuel de la recherche les réponses à donner aux élèves en fonction de leur niveau et de leur style pédagogique.
Quelques extraits et résumés feront gagner du temps mais visent plutôt à donner envie d'en lire plus.    encourage à lire l'original plutôt que la vulgarisation et facilite l'accès à la littérature scientifique, car c'est là que la science se construit. 

Cette publication JTS abord les principes communs et la diversité des réponses immunitaires dans le cas du COVID-19, les mécanismes et les différentes formes de vaccination envisagées, l'immunité collective et le facteur R ainsi les séquelles ou effets à moyen terme sur des patients "guéris". Des pistes pour approfondir et quelques réflexions pédagogiques terminent la publication.

Pour approfondir les applications en classe : la formation continue SEM 10708 le  4 novembre | La biologie numérique : des opportunités pour mieux apprendre, notamment pour des aspects difficiles pour les élèves

Penser binaire ne permet pas de comprendre et renforce les angoisses 

De nombreux post sur les réseaux sociaux se sont fait un plaisir de mettre en évidence des paradoxes dans  la communication à propos du COVID-19. Des paradoxes concernant les progrès dans la compréhension du mécanisme d'action du Virus SARS-Cov2, ou dans la manière dont nos autorités le gèrent.  Un exemple avec Tintin suggère que si on évite l'infection en se confinant on ne devient pas immunisé.  J'avoue avoir bien ri en le lisant, mais ce message peut être anxiogène, car il met en évidence des incertitudes et l’absence de contrôle sur sa vie. Cf.  JTS mars 2020
Le paradoxe se résout si on sort de la pensée binaire et simpliste. En effet ce texte de Tintin sous-entend que :

• a) on serait immunisé (complètement) ou pas du tout;
  
• b) on deviendrait immunisé (complètement et durablement) si on l'attrape (quel que soit son âge et sa santé, et la gravité que prend le cours de la maladie),
  
• c) le risque d'attraper la maladie serait un phénomène individuel (l'immunité dans ce texte).
  

Jump-To-Science (JTS) présente quelques publications scientifiques qui montrent que la réalité ( pardon ce que la science qui avance vite sur ces questions sait à ce moment-ci) (et encore plus précisément ce que JTS a été capable d'en sélectionner pour vous) est plus complexe

JTS ne traitera pas les choix médicaux qui transforment ces subtils équilibres épidémiologiques en messages de prévention simples et prescriptifs, ni les phénomènes psychologiques et sociaux qui déforment ces messages, ni les équilibres politiques que nos autorités tentent de trouver pour prendre leurs décisions.

Les perspectives de vaccin … 

Pour dépasser la pensée simpliste a) on serait immunisé (complètement) ou pas du tout;  JTS vous propose des extraits d'une news dans Nature (Ledford, H. (2020)"What the immune response to the coronavirus says about the prospects for a vaccine"  (Les membres Jump-To-Science peuvent obtenir ces articles…).

Ledford, H. (2020) indique que "L'immunité à long terme peut varier selon le type et également le degré de réponse. Les développeurs de vaccins espèrent souvent susciter ce que l’on appelle l’immunité stérilisante, une réponse, généralement médiée par des anticorps, qui peut rapidement empêcher un virus de gagner du terrain dans le corps. Mais tous les vaccins ou infections ne provoquent pas les anticorps neutralisants nécessaires à cette stérilisation. Le VIH, par exemple, induit rarement des anticorps neutralisants, ce qui a compliqué les efforts de développement de vaccins contre lui.
Les signes à ce jour pour le SRAS-CoV-2 sont encourageants. Plusieurs équipes de chercheurs ont rapidement isolé des anticorps neutralisants de personnes infectées par le virus; la plupart pourraient monter une telle réponse anticorps dans les jours suivant le test positif. Et plusieurs candidats de vaccins contre le SRAS-CoV-2 provoquent une forte réponse d'anticorps, signe positif que les vaccins pourraient générer une immunité." Ledford, H. (2020) Notre traduction    encourage le lecteur à aller vérifier dans l’article d’origine :  ici

Plus loin elle nuance la pensée simpliste b) on deviendrait immunisé (complètement et durablement) si on l'attrape (quel que soit son âge et sa santé, et la gravité que prend le cours de la maladie),

"Les réponses aux anticorps avaient tendance à être les plus élevées chez les personnes atteintes de l'infection la plus grave. Ceux qui ont des infections légères - c'est-à-dire la plupart des personnes qui ont eu le COVID-19 - ont parfois produit de petites quantités d'anticorps neutralisants. Ce fonctionnement est souvent observé avec les virus: plus les infections sont longues et graves sont plus les malades sont susceptibles de produire des réponses fortes et durables. C'est l'une des raisons pour lesquelles les coronavirus du rhume commun ne donnent parfois pas une immunité durable." Ledford, H. (2020) Notre traduction

A propos de la durée de cette immunité elle montre qu'il n'y a pas de réponse binaire : "Ensuite, il y a la question de la durée de vie des anticorps. Lorsque les chercheurs ont suivi les patients atteints de COVID-19 au fil du temps, ils ont constaté que la quantité d'anticorps atteignait un pic dans les jours suivant l'apparition des symptômes, puis commençait à diminuer. Chez certains participants à l'étude, les anticorps étaient pratiquement indétectables en trois mois environ. " Ledford, H. (2020) Notre traduction 

"De nombreux médias ont présenté cela comme une perte d'immunité, affirmant que cela compliquerait les efforts de vaccination. De nombreux immunologues ont cependant trouvé cette déclaration un peu prématurée. Les données ont montré une réponse parfaitement normale à une infection virale, explique Luis Barreiro de l'Université de Chicago dans l'Illinois, qui étudie l'évolution des réponses immunitaires aux agents pathogènes. Lorsqu'un virus attaque, il stimule la prolifération de lymphocytes B qui produisent des anticorps capables de reconnaître des morceaux du virus [épitopes]. Mais une fois que l'infection a disparu, les niveaux d'anticorps diminuent généralement. «Il y a beaucoup de peur là-bas», déclare Miles Carroll, un spécialiste des maladies infectieuses de Public Health England à Porton Down, au Royaume-Uni. «Mais je pense, dans l’ensemble, que c’est une réponse immunitaire assez robuste.» Ledford, H. (2020) Notre traduction   encourage le lecteur à aller vérifier dans l’article d’origine :  ici

Comment un virus déclenche une réaction immunitaire et comment vacciner

La réponse humorale à court terme (primaire) et à long terme (secondaire) repose sur les cellules B mémoire 

Pour déterminer à quel point ce déclin pourrait être significatif, les chercheurs doivent encore savoir combien d'anticorps il faut pour réussir à bloquer le SRAS-CoV-2. «Même de petites quantités d'anticorps peuvent encore être protectrices», déclare Mala Maini, immunologiste virale à l'University College London.  Ils doivent également suivre les taux d'anticorps plus longtemps, pour savoir s'ils se maintiennent finalement à une faible concentration - comme cela est courant dans les infections virales - ou s'ils continuent à diminuer rapidement.  Ledford, H. (2020) Notre traduction

Même si les niveaux d'anticorps tombent à des niveaux extrêmement bas, le système immunitaire a souvent un autre mode d'action. Les cellules B mémoire s'attardent dans la moelle osseuse jusqu'à ce qu'un virus revienne, lorsqu'elles prennent une nouvelle identité de plasmocytes producteurs d'anticorps. Les données  actuelles sur le rôle des cellules B mémoire dans la lutte contre le COVID-19 sont incomplètes - ces cellules sont plus difficiles à localiser et à compter que les anticorps - mais jusqu'à présent, les données suggèrent qu'elles prolifèrent, dit Marcus Buggert, immunologiste à l'Institut Karolinska à Stockholm. Une étude récente, qui n'a pas encore été examinée par des pairs, a trouvé des cellules B mémoire capables de produire des anticorps neutralisants qui reconnaissent le SRAS-CoV-2 chez des personnes qui s'étaient rétablies d'un COVID-19 modéré. Ledford, H. (2020) Notre traduction

Nos élèves d'OS apprennent que l'infection ou la vaccination stimulent de la même manière complexe ( cf Janeway et figure 2) des lymphocytes B du système immunitaire pour produire des Anticorps (Ac) dans les 6-7 jours qui suivent l'infection, mais aussi des cellules B-mémoires qui peuvent se transformer en plasmocytes produisant de fortes quantités d'AC (réponse secondaire).  Une baisse des Ac une fois l'infection surmontée pourrait donc être normale. Notez bien dans la figure 2 que les Ac sont tout de même  10-100x plus abondants après. On voit aussi que lors d'un nouveau contact avec le pathogène, la réponse secondaire produit beaucoup plus d'Ac (de plus ils varient et sont sélectionnés pour mieux s'adapter aux épitopes du virus).    cf janeway 

Figure 2 : la concentration d'Ac on voit  l'abondance des Ac baisse après l'infection mais reste tout de même 10-100x (échelle logarithmique) plus abondants qu'avant l'infection.
Source  Janeway , et al 2001.  Librement accessible On-line

De plus l'intensité de la réaction secondaire peut dépendre de la dose initiale comme le montre (Janeway 2011)

Compte tenu de ces inconnues, la virologue Katie Doores du King’s College de Londres, auteure principale de l’une des études sur les anticorps, affirme que la couverture médiatique négative de son travail l’a prise au dépourvu. "Tout le monde semble s'être exclamé " Argh! ", Dit-elle. "Mais nous ne savons pas quel niveau d'anticorps est nécessaire pour la protection."   Ledford, H. (2020) Notre traduction   encourage le lecteur à aller vérifier dans l’article d’origine :  ici

Comment ces mécanismes naturels pourraient-ils être stimulés  pour vacciner?

La manière dont le virus  est traité par le système immunitaire et  les différentes approches pour produire un vaccin sont très clairement illustrées dans un News Feature de Nature 

•     Callaway, E. (2020). The race for coronavirus vaccines : A graphical guide. Nature, 580(7805), 576‑577. https://doi.org/10.1038/d41586-020-01221-y    (Les membres Jump-To-Science peuvent obtenir ces articles…).

Les diverses approches pour stimuler ces défenses naturelles à l'avance ( Vacciner) y sont bien décrites et illustrées (figure ci-contre et fig 3 ci-dessous :  encourage le lecteur à aller vérifier dans l’article d’origine :  ici

     

Fig 3 : Les différentes manières de stimuler les défenses naturelles du système immunitaire pour vaciner [img]. Source :Callaway, E. (2020)

Et l'immunité cellulaire ?

Nos élèves d'OS savent que des  Lymphocytes T (Janeway, 2011) sont aussi sélectionnés et activés par les fragments de pathogènes (épitopes) et détruisent souvent les cellules infectés par des virus (ou cancéreuses).

De plus, l'immunité ne repose pas entièrement sur les anticorps. Les cellules T pourraient être capables de reconnaître les cellules infectées par le virus et de les détruire, limitant ainsi la propagation du virus dans l’organisme. Comme les lymphocytes B à mémoire, les lymphocytes T sont plus compliqués à mesurer que les anticorps, mais des études jusqu'à présent suggèrent qu'ils interviennent lors d'une infection par le SRAS-CoV-2. Une étude récente a enquêté sur les réponses immunitaires de 36 personnes en convalescence du COVID-19 et a trouvé des cellules T qui reconnaissent le coronavirus dans chacune d'entre elles. «Cela ressemble à un virus très stimulant pour les cellules T», déclare l’immunologue Danny Altmann de l’Imperial College de Londres. «La plupart des gens ont de très bonnes réponses des lymphocytes T.» Ledford, H. (2020) Notre traduction  encourage le lecteur à aller vérifier dans l’article d’origine :  ici

Et l’immunité collective ?

La pensée individualiste - si dominante dans notre société - et simpliste c) (le risque d'attraper la maladie serait un phénomène individuel) empêche de comprendre l'approche épidémiologique et l'importance des mesures de distanciation, les gestes barrière, etc. 
L'immunité collective fait référence à une situation où suffisamment de personnes dans une population sont immunisées pour être en mesure d'arrêter efficacement la propagation de la maladie. C'est un objectif central des campagnes de vaccination.

Adam (2020) indique qu'on vise à diminuer la probabilité qu'un individu atteint transmette à d'autres. Si cette  probabilité (nommée R) passe en dessous de 1 l'épidémie diminue et s'éteint.

En mars le R était élevé en Allemagne (Cf figure 4) puis les mesures de confinement, de distanciation sociale ont réussi à faire baisser cette valeur, pour un temps...
Fig 4 ci-contre : Le R assez bas au début a pu être réduit, et l'accroissement en juin reflète surtout un cluster d'infections régionales.  [img]Adam, D. (2020)

• Adam, D. (2020). A guide to R — the pandemic’s misunderstood metric. Nature, 583(7816), 346‑348. https://doi.org/10.1038/d41586-020-02009-w
  

Adam (2020) discute l'importance de ce R et aussi ses limites. Par exemple il montrent qu'un R calculé sur  tout un pays ne révèle pas la dynamique de la maladie, qui diffère selon les régions. De plus quand le nombre de cas est faible une flambée locale influence disproportionnellement R. encourage le lecteur à aller vérifier dans l’article d’origine :  ici

Conscients de cela les autorités ont évolué vers une gestion de plus en plus discriminante géographiquement. On le voit bien maintenant que des mesures sont prises selon les régions (urbaines ou rurales p. ex.), et qu'on discute des listes rouges déterminant depuis quelle région (plutôt que pays) on doit subir une quarantaine.  

Adam (2020) évoque aussi le biais qu'introduit le taux de tests : si on teste beaucoup on trouve plus de cas et le R semble plus élevé que dans les régions où on teste peu (alors qu'il est en fait plus près de la réalité).

Et en français ?

• Etat des lieux de l’immunité collective contre le coronavirus (RTS vidéo) https://www.rts.ch/video/la-1ere/l-eclairage-d-actualite/11554236-etat-des-lieux-de-limmunite-collective-contre-le-coronavirus-video.html

Faute de médicament efficace pour la plupart des cas, ni de vaccin, l'approche médicale, individuelle est limitée. L'approche épidémiologique - les gestes barrière, la distanciation sociale, les protections comme le masque, le traçage pour interrompre les chaines de transmission sont les principaux outils qui peuvent contrôler R.  

Comment le COVID-19 attaque l'organisme

Durant la maladie le virus semble attaquer de nombreux organes [img] et fort différemment selon les personnes, JTS a publié en avril une discussion des applications en classe sur la base de  

• Wadman, M., Couzin-Frankel, J., Kaiser, J., & Matacic, C. (2020, avril 17). How does coronavirus kill? Clinicians trace a ferocious rampage through the body, from brain to toes. Science | AAAS. https://www.sciencemag.org/news/2020/04/how-does-coronavirus-kill-clinicians-trace-ferocious-rampage-through-body-brain-toes
  

"Au début de la pandémie, les médecins ont appris que le SRAS-CoV-2, le virus qui cause le COVID-19, peut perturber un éventail impressionnant de tissus dans le corps. Comme une clé qui s’insère parfaitement dans une serrure, le SRAS-CoV-2 utilise une protéine  àsa surface pour se verrouiller sur les récepteurs ACE2 des cellules. Les poumons, le cœur, l’intestin, les reins, les vaisseaux sanguins et le système nerveux, entre autres tissus, expriment l’ACE2 à la surface de leurs cellules - et sont donc vulnérables au COVID-19. Le virus peut également provoquer une réaction inflammatoire dramatique, y compris dans le cerveau. Souvent, «le danger survient lorsque le corps réagit de manière disproportionnée à l'infection», explique Adrija Hajra, médecin à l'Albert Einstein College of Medicine de New York. Elle continue de s'occuper de ceux qui ont été infectés au printemps et sont toujours en convalescence. Couzin-Frankel, J., (2020) notre traduction    encourage le lecteur à aller vérifier dans l’article d’origine :  ici

Quand on est guéri, on est guéri, non ?

«Tout le monde parle d'une situation binaire, soit vous maîtrisez aisément la maladie et vous vous rétablissez rapidement, soit vous tombez vraiment malade et vous vous retrouvez aux soins intensifs», explique Athena Akrami, qui ne fait partie d'aucune des deux catégories. […] La liste des troubles persistants du COVID-19 est plus longue et plus variée que la plupart des médecins n'auraient pu l'imaginer. Les problèmes persistants comprennent la fatigue, un rythme cardiaque accéléré, un essoufflement, des articulations douloureuses, une pensée brumeuse, une perte persistante de l'odorat et des dommages au cœur, aux poumons, aux reins et au cerveau."Couzin-Frankel, J., (2020) notre traduction

• Couzin-Frankel, J., (2020, juillet 31). From ‘brain fog’ to heart damage, COVID-19’s lingering problems alarm scientists. Science | AAAS. https://www.sciencemag.org/news/2020/07/brain-fog-heart-damage-covid-19-s-lingering-problems-alarm-scientists   (Les membres Jump-To-Science peuvent obtenir ces articles…).

Certains patients atteints de COVID-19 présentent des symptômes et des complications durables tels que des lésions d'organes, et les chercheurs proposent des raisons pour certains d'entre eux (en bas). Les scientifiques essaient d'identifier ces symptômes, leur fréquence, leur durée, les personnes à risque et comment les traiter et les prévenir.

Fig 5 :Certains patients atteints de COVID-19 présentent des symptômes et des complications durables tels que des lésions d'organes, et les chercheurs proposent des raisons pour certains d'entre eux (en bas).

Explorer l'expression du gène ACE2 : une belle opportunité pour donner du sens aux cours ?

Une série d'activités possibles avec les élèves - par exemple pour explorer ACE2 et son expression dans nos cellules a été présentée dans la publication Jump-To-Science du 29 avril  elle fait partie du projet La biologie numérique : opportunités pour enseigner"  et donnera lieu à une   Formation continue SEM 10708 le  4 novembre

• La biologie numérique : des opportunités pour mieux apprendre, notamment pour des aspects difficiles pour les élèves
  

Faut-il dire la « vérité » scientifique complexe ou simplement aider les élèvesà réussir l’examen ?

Est-il possible de faire comprendre aux élèves que le monde n'est pas simple ?
Qu'on peut être partiellement immunisé contre un virus donné ?
Qu'une immunité partielle nous protègera un peu ou beaucoup mais qu'elle réduira probablement la gravité de la maladie potentielle  ?

Qu'il n'y aura sûrement pas un vaccin qui protège 100% des gens à 100%, que le vivant ne produit pas de toujours et de jamais…
et donc que lorsque les médias avides de sensations publieront le cas d'une personne vaccinée qui a quand même eu la maladie on pourra expliquer que c'est inévitable,…  
Mais que si beaucoup de gens sont largement protégés cela protège aussi les autres …

 La pire erreur que nous, les enseignants, commettons est de simplifier à l'extrême la plupart des idées que nous enseignons afin de les rendre plus facilement transmissibles aux apprenants. En plus de séparer les idées de leur contexte qui leur donne du sens, […]. Mais qu'apprennent-ils? Que les connaissances scolaires sont séparées de la réalité et que le monde serait un endroit fiable et simple. Mais le monde n'est pas un endroit fiable et simple, et les idées dépendent des contextes dans lesquels elles existent pour avoir un sens " Jonassen, D. H. (2003) p.8 notre traduction

Cependant Chevallard (1991) a montré que la transformation des savoirs de recherche en savoirs scolaires les simplifie de manière "inévitable et nécessaire".  Ainsi il faudra bien clarifier pour les élèves ce qui sera institutionnalisé dans la classe et ce qui sera exigé aux examens.

La tension entre a) le besoin de « vérité » scolaire -  celle qui assure la bonne note – et b) une « vérité » scientifique - forcément provisoire et complexe, nuancée et au degré de certitude délimité par les méthodes qui ont produit ces savoirs (source) -  est un des enjeux les plus difficiles de l'éducation scientifique, sur lequel JTS reviendra.

Pour aller plus loin … 

Un résumé chronologique des principales étapes dans la compréhension du virus, de la maladie.

• Editorial | 19 August 2020 Progress report on the coronavirus pandemic
  In the first of a series of editorials, we look back at some of the key findings from scientists’ race to demystify SARS-CoV-2.

Des anticorps contre le virus (monoclonaux produits industriellement) pourraient soigner (mais seulement ceux qui ont les moyens ?) 

• News | 11 August 2020 Antibody therapies could be a bridge to a coronavirus vaccine — but will the world benefit? Monoclonal antibodies are complex and expensive to produce, meaning poor countries might be priced out. Heidi Ledford

Comment détecter tôt les patients dont la maladie évoluera de manière bénigne ou critique ?

• News & Views | 17 August 2020 COVID-19 poses a riddle for the immune system
  It is unclear why people’s immune response to the SARS-CoV-2 coronavirus varies so widely. Tracking patient responses over time sheds light on this issue, and has implications for efforts to predict disease severity. Stanley Perlman

Les espèces susceptibles de transmettre des maladies nouvelles abondent dans les milieux naturels transformés par l'homme.

• News & Views | 05 August 2020 Species that can make us ill thrive in human habitats Does the conversion of natural habitats to human use favour animals that harbour agents causing human disease? A global analysis of vertebrates provides an answer to this pressing question.Richard S. Ostfeld & Felicia Keesing

Comment des anticorps peuvent parfois faciliter l'entrée de certains virus au lieu d'en protéger (ADE)

• Perspective | 13 July 2020 A perspective on potential antibody-dependent enhancement of SARS-CoV-2
  The antibody-dependent enhancement of disease is reviewed, with an emphasis on implications for the prevention and treatment of SARS-CoV-2 infection. Ann M. Arvin, Katja Fink, […] & Herbert W. Virgin

Références:

• Adam, D. (2020). A guide to R — the pandemic’s misunderstood metric. Nature, 583(7816), 346‑348. https://doi.org/10.1038/d41586-020-02009-w
• Callaway, E. (2020). The race for coronavirus vaccines : A graphical guide. Nature, 580(7805), 576‑577. https://doi.org/10.1038/d41586-020-01221-y
• Chevallard, Y. (1991). La transposition didactique. Du savoir savant au savoir enseigné (2e éd. revue et augmentée, 1985 lre). La Pensée sauvage.
  
• Janeway CA, Travers P, Walport M, et al. (2012) Immunobiology: The Immune System in Health and Disease. 5th edition.  New York: Garland Science; 2001. On-line librement accessible
• Jonassen, D. H. (2003). Learning to Solve Problems with Technology : A Constructivist Perspective. Merrill Prentice Hall.
  
• Ledford, H. (2020). What the immune response to the coronavirus says about the prospects for a vaccine. Nature. https://doi.org/10.1038/d41586-020-02400-7
• Wadman, M., Couzin-Frankel, J., Kaiser, J., & Matacic, C. (2020, avril 17). How does coronavirus kill? Clinicians trace a ferocious rampage through the body, from brain to toes. Science | AAAS. https://www.sciencemag.org/news/2020/04/how-does-coronavirus-kill-clinicians-trace-ferocious-rampage-through-body-brain-toes
  
  

Mise à jour le 1 décembre : supprime un lien sur l'image de tintin qui a été retirée