Grippe aviaire, TPE

Grippe aviaire

Problématique	- Les grandes pandémies grippales du XX° siècle. - Les virus de la grippe =>Y a-t-il un risque de pandémie? Avec quelles conséquences sur la population humaine?
Les modes de transmission du virus favoriseraient-ils une pandémie?	1) La transmission du virus chez les animaux. 2) La transmission de l'animal à l'homme. 3) La transmission d'homme à homme, probabilité d'une pandémie
Modélisation d'épidémies	1) Le modèle mathématique de REED et FROST. 2) Le modèle mécanique de REED et FROST.
Conclusion
Annexes	- Petit lexique (les * renvoient à ce lexique) - Tableau des phases pandémiques de l'OMS - photos de la construction de notre maquette

Les grandes pandémies grippales du XX° siècle.
Ayant observé une médiatisation très importante des méfaits de la grippe aviaire, nous avons réalisé que, malgré la gravité de ce virus, nous ne connaissions pas réellement le danger que représente la "peste aviaire".

DEFINITIONS UTILES :

GRIPPE: La grippe est une variété d'infection virale contagieuse qui se manifeste surtout au niveau du système respiratoire et qui présente des symptômes tels que la gorge douloureuse et une fatigue générale.

VIRUS: Particule microscopique infectieuse possédant un seul type d'acide nucléique * (ADN ou ARN) qui ne peut se multiplier qu'en pénétrant dans une cellule et en utilisant sa " machinerie cellulaire ". Les virus sont en général des germes pathogènes *, vaste famille de micro-organismes responsables d'infection. Une des caractéristiques des virus est qu'ils ne peuvent se multiplier qu'à l'extérieur des cellules…

EPIDEMIE ou PANDEMIE: Une épidémie est l'apparition simultanée de plusieurs cas d'une maladie transmissible dans une zone géographique donnée. Lorsqu'une épidémie est grave et s'étend rapidement au monde entier, elle prend le nom de pandémie.

Au cours du XX° siècle, nous avons relevé trois grandes pandémies grippales. La plus tristement célèbre est la " grippe espagnole " de 1918 à 1919; elle infecta 50% de la population mondiale et tua entre 40 et 50 millions de personnes selon les estimations de l'époque.
La pandémie de 1957, la "grippe asiatique", et celle de 1968 à 1969, la "grippe de Hong Kong", entraînèrent une mortalité importante dans le monde d'environ 6 millions personnes.

(Voir en annexe le tableau des phases pandémiques de l'organisation mondiale de la santé)

Les virus de la grippe:
a) virus très variable:
On observe trois groupes de virus, les virus de type A et B évoluent sans cesse alors que celui de type C est relativement stable. Les virus de la grippe sont variables selon deux mécanismes distincts :

=> Les glissements antigéniques* : les modifications du virus sont mineures, les gènes des protéines de surface vont subir des mutations. L'immunité acquise par une grippe contractée précédemment protégera contre le nouveau variant qui sera suffisament similaire. Mais l'accumulation de ces modifications entraîne une différence antigénique qui aboutit à une moindre reconnaissance du nouveau virus par les systèmes immunitaires qui ont rencontré le virus précédent dans le passé.
=> Les cassures ou sauts antigéniques : ce deuxième phénomène peut être à l'origine de pandémies. Il va en effet donner naissance à un nouveau virus très différent de celui qui existait déjà, par changements radicaux de la structure d'un ou deux antigènes de surface (hémagglutinine et/ou neuraminidase). Ce virus hybride*, appelé "réassortant", va se répendre rapidement car l'immunité préexistante et le vaccin préparé avec les souches précédentes n'en protègent pas. C'est la pandémie.

b) A quoi ressemblent ces virus? Comment se multiplient-ils?
Ces virus sont des sphères microscopiques avec un aspect d'oursin. Les virus de types A et B portent deux protéines "de surface" qui jouent un rôle central dans le mécanisme d'infection: l'hémagglutinine (H) et la neuraminidase (N). Les virus de type C, ne portent qu'une protéine qui regroupe les fonctions de l'hémagglutinine et de la neuraminidase. Le nom de H5N1 vient de la composition de ces deux molécules.

La molécule H sert de clé pour entrer dans les cellules, c'est elle qui vient se fixer sur le récepteur de la cellule à infecter.
A l'intérieur de cette petite sphère se trouve enfermé le matériel génétique du virus: huit segments d'ARN pour les virus de type A et B et sept pour ceux de type C qui contiennent chacun l'information nécessaire pour produire une protéine virale différente. Ensuite le rôle de la molécule N est de "couper" les récepteurs à la surface de la cellule.

c) Virus de la grippe aviaire:
La grippe aviaire ou grippe du poulet, est une infection provoquée par des virus grippaux de type A, en particulier les sous-type H5, H7. Il s'agit d'une maladie animale qui touche principalement les oiseaux, en liberté ou en élevage. En général, très peu meurent de cette infection connue depuis plus d'un siècle. Sauf que le virus responsable évolue constamment et que le petit dernier, un mutant appelé H5N1, s'avère particulièrement agressif: quasiment tous les poulets et les dindes infectés y laissent leurs plumes!!!
Pour l'instant, cette épidémie animale (on parle d'épizootie) touche principalement l'Asie, surtout la Thaïlande, l'Indonésie, la Chine et le Vietnam. Le virus influenza aviaire peut éventuellement infecter d'autres espèces animales comme le porc ou d'autres mammifère.

Alors, y a-t-il un risque de pandémie de la grippe aviaire?
Et avec quelles conséquences sur la population humaine ?

LES MODES DE TRANSMISSION DU VIRUS.
1) La transmission du virus chez les animaux.
Le virus se transmet essentiellement par contamination aérienne (secrétions respiratoires) soit par contact direct, notamment avec les sécrétions respiratoires et les matières fécales des animaux malades, soit de façon indirecte par l'exposition à des matières contaminées (par l'intermédiaire de la nourriture, de l'eau, du matériel et de vêtements contaminés). Les espaces confinés favorisent la transmission du virus. Comment reconnaître la maladie dans un élevage de volailles ? Après une période d'incubation * de 3 à 5 jours, les signes suivants peuvent apparaître : diminution de l'appétit, réduction considérable de la production d'œufs et parfois leur tête gonfle (la mortalité peut atteindre de 90 à 100 %). Des tests à visée diagnostique existent ; ils permettent d'identifier le virus grippal sans pouvoir en préciser le type.

2) La transmission de l'animal à l'homme.
Ce virus est peu dangereux pour l'homme. Depuis son apparition en 1997, des millions de personnes en Asie ont été en contact avec des volailles infectées, mais seulement 130 sont tombés malades. Elles vivaient en contact étroit avec des volailles, par exemple des éleveurs ou des amateurs de combats de coqs. On pense aujourd'hui qu'elles ont contracté la maladie en respirant de minuscules gouttes expirées par l'animal malade en suspension dans l'air ou en respirant de la poussière de fientes que l'on trouve sur le corps, les plumes, le sol. Mais même dans ce cas, la transmission de la maladie par un oiseau reste exceptionnelle car si le virus H5N1 pénètre facilement dans les cellules d'oiseaux qui possèdent à leur surface beaucoup de récepteurs sur lesquels les hémagglutinines peuvent se fixer, en revanche les cellules humaines ont très peu de récepteur de ce type..

3) Probabilité de la transmission d'homme à homme donc d'une pandémie:
a) En cas de mutation naturelle :
En effet, le virus se multiplie par recopiage dans les cellules d'oiseaux, mais des erreurs surviennent, qui conduisent à l'apparition de virus mutants. C'est ainsi que l'un d'entre eux peut acquérir par hasard, au fil des générations, les outils pour entrer dans les cellules humaines afin de s'y multiplier sans difficulté. C'est comme cela que serait apparu le virus de la grippe espagnole.

b) En cas de saut antigénique :
Cela peut arriver si le virus aviaire réussit à infecter un homme atteint d'une grippe humaine ou un porc. Celui-ci est en effet génétiquement très proche de l'Homme et partage avec lui de nombreuses maladies. Les deux virus peuvent alors échanger leur matériel génétique et former un nouveau virus transmissible d'Homme à Homme.

c) Les cas possibles contamination :
Actuellement, le virus de la grippe aviaire peut contaminer l'homme en passant du poulet à l'homme (flèches bleues) comme cela s'est produit aux Pays-Bas et cet hiver dans une dizaine de pays asiatiques.
Mais il peut aussi être transmis en transitant par le porc. Les responsables de la santé craignent alors que ce virus n'y rencontre celui de la grippe humaine (flèche rouge) dans un porc qui servirait d'hôte intermédiaire.

Les deux virus pourraient s'y recombiner et donner naissance à un redoutable virus humanisé (flèches violettes) qui se propagerait rapidement d'homme à homme et pour lequel il n'existerait pas de vaccin.

MODÈLE MATHÉMATIQUE DES ÉPIDÉMIES :
1) Le modèle de REED et FROST.

En 1928, Wade Hampton FROST, professeur d'épidémiologie à l'université JOHNS HOPKINS, crée pour son enseignement un modèle de transmission des maladies infectieuses, en collaboration avec Lowell REED, professeur de bio statistique de la même université. Ce modèle a été enseigné pendant de longues années, sans publication, car Frost pensait qu'il s'agissait d'une contribution trop modeste pour le mériter. Ce n'est que récemment qu'une partie d'une conférence faite à Harvard le 2 Février 1928 a été retrouvée et diffusée.

Ce modèle est basé sur le Théorème du Seuil :
=> Les malades contagieux C sont des personnes qui hébergent le germe de la maladie, qui en souffrent, c'est à dire aptes à transmettre cette maladie aux sujets réceptifs ce qui forme les nouveaux cas NC.
=> Les réceptifs R sont des personnes aptes à contracter la maladie. Si vous n'avez jamais eu la variole, vous êtes apte à la contracter. Si vous l'avez déjà eue, vous ne l'êtes pas. Si vous avez été vacciné, vous n'êtes pas réceptif non plus.
=> Les sortis S sont morts ou guéris, pour un épidémiologiste c'est la même chose, ils ne sont plus en état de contaminer les autres ! Chaque semaine, il y aura des nouveaux sortis NS (nous allons supposer gentiment que ceux-ci sont des malades guéris).
=> Un facteur de contagiosité ß évalue la probabilité d'apparition de NC en fonction de R et C: NC=ßRC
=> Le taux de guérison g évalue la probabilité d'apparition de NS en fonction de C : NS=gC
=> Une épidémie se produit quand le nombre total de NC augmente de jour en jour en restant supérieur au nombre de S, soit NC>NS . Ceci équivaut à ßRC>gC que l'on peut simplifier en ßR>g : il est surprenant de constater que le développement de l'épidémie ne dépend pas du nombre des Contagieux !
=> Le seuil est atteint quand R>g/ß. Ce seuil est souvent improprement appelé le "taux de retrait relatif" ce qui non seulement ne veut pas dire grand chose, mais, par dessus le marché, est inexact car g est un taux, ß aussi, et un taux divisé par un taux est un nombre! Ce seuil est à pondérer en fonction de la nature de la maladie, de la population, de l'habitat, de l'environnement...

HAMER, REED et FROST ont utilisé leur modèle sur un intervalle de temps t qui correspond à la période d'incubation de la maladie étudiée: du début clinique d'un cas au début clinique du cas secondaire. A l'issu de chaque intervalle, une nouvelle génération de cas apparaît.

Réceptifs R

Contagieux C

Sortis S

Ils estiment toutefois que la formule NC=ßRC semble surestimer le nombre de NC. En effet, il y a d'autant plus de contacts qu'il y a de R et de C. Mais, si un seul R est en contact avec plusieurs C, il ne donne évidemment pas lieu à plusieurs nouveaux cas, mais à un seul.
La probabilité qu'un sujet réceptif ne soit pas contaminé par un contagieux est la réciproque de ß, 1-ß. S'il y a deux contagieux, la probabilité totale de ne pas être contaminé est le produit des deux probabilités élémentaires et ainsi de suite, de sorte que la probabilité pour un sujet réceptif quelconque de ne pas être contaminé au cours de la période de temps t est (1-ß)C et par conséquent la probabilité d'avoir au moins un contact infectant pour chaque réceptif est la réciproque de cette quantité soit 1-(1-ß)C
Donc, en considérant le total des R, le nombre de nouveaux cas doit être NC=1-(1-ß)CR

Calculons NC=1-(1-ß)CR pour une probabilité de contact de 0,02 :
génération	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
réceptifs	100	99	97	93	86	75	60	44	32	25	22	20	20	20
nouveaux cas	1	2	4	7	11	15	16	12	7	3	1	1	0	0

Nous observons que quand la probabilité de contact est faible (2%), le nombre de nouveaux cas maximum est de 16 à la sixième génération. Nous constatons aussi qu'à partir de la douzième génération, le nombre de 20 réceptifs reste stable.

Calculons NC=1-(1-ß)CR pour une probabilité de contact de 0,04:
génération	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
réceptifs	100	99	95	81	45	11	3	2	2	2	2	2	2	2
nouveaux cas	1	4	14	36	35	8	1	0	0	0	0	0	0	0

Quand la probabilité de contact est moyenne (4%), le nombre de nouveaux cas maximum est de 36 à la troisième génération et à partir de la septième génération le nombre de 2 réceptifs reste stable.
Lorsque la probabilité de contact est élevée (10%), le nombre de nouveaux cas maximum est de 58 à la deuxième génération et c'est à partir de la quatrième génération qu'il n'y a plus de réceptif ni de contagieux donc il ne reste que des sortis...

2) Le modèle mécanique de Reed et Frost :
Ce modèle recherche l'ordre caché sous le désordre, en simulant une épidémie.
Le calcul des probabilités tenant compte de la variabilité introduite par le hasard, le modèle mécanique analogue de Reed et Frost est effectivement variable. Il s'agit d'une gouttière, dans laquelle on répand des billes qui se distribuent par conséquent en ligne. Ces billes ont été agitées dans un sac avant d'être placées dans la gouttière, elles ont donc des chances identiques de se rencontrer les unes les autres. Le contact adéquat est défini de la façon suivante: la population de billes est divisée en un grand nombre de blocs, et toute bille réceptive qui fait partie du même bloc qu'une bille contagieuse est contaminée. On peut donc faire varier la probabilité du contact adéquat en variant le nombre des blocs. Ceux-ci sont matérialisés par des billes jaunes, qui ne font pas partie de la population, elles ne font que séparer les blocs.

On met par exemple 100 billes vertes réceptives et une bille rouge contagieuse. A la première génération, on remplace les billes vertes du même bloc que la bille rouge (s'il y a des billes vertes dans ce bloc) par des billes rouges. On remplace la bille rouge par une bille blanche, immunisée. On prend note du nombre de billes vertes, rouges et blanches. Puis on mélange à nouveau le tout dans un sac et l'on étale les billes dans la gouttière, pour tirer au sort la génération suivante. Il y a donc maintenant vraiment un tirage au sort, et vraiment une variation. On recommence jusqu'à disparition de la dernière bille rouge.

Nous avons fait l'expérience mais en diminuant le nombre de billes pour que cela soit plus rapide.

Voici nos résultats :

Générations	1	2	3	4	5
réceptifs	31	27	17	6	0
contagieux	1	4	10	15	14
sortis	0	1	5	11	18

Avec ce que l'on a fait, on observe que, en prenant une probabilité de contact élevée (ici matérialisé par les 15 billes jaunes), au bout de 5 générations il n'y a plus de réceptifs. Donc, à la 6° génération il n'y aura plus de nouveaux cas. Et aussi il y a plus de sortis que de personnes contaminées. L'épidémie est finie.

CONCLUSION

Suite à nos recherches nous pouvons donner une réponse à notre problématique de départ, à savoir, s'il existe un risque de pandémie et dans quelles situations. Notre démonstration a montré que, si une cassure antigénique apparaît au niveau du virus, cela provoque une pandémie.
Ensuite, on s'est interrogé sur les conséquences de cette pandémie sur la population. On a ainsi démontré, dans notre dernière partie à l'aide d'un modèle mathématique, qu'une population entière ne sera jamais détruite car il existe un seuil d'épidémie. De plus le nombre de malades (nouveaux cas) dépend de la probabilité de contagion ß et du taux de guérison g.
Pour éviter que R>g/ß, donc pour éviter de franchir le seuil de déclenchement d'une épidémie, il y a la vaccination. Peu importe que le vaccin ne soit pas actif à 100%, peu importe qu'on ne puisse (on n'y arrive jamais) vacciner toute la population. Si on réussit à ramener le nombre de réceptifs en dessous du seuil, il n'y aura pas d'épidémie. "Contre une maladie contagieuse, le vaccin ne sert pas à protéger des individus mais à protéger une population". L'immunité collective ou de immunité de groupe est atteinte si l'on peut ramener le nombre de réceptifs au dessous du seuil, il n'y aura pas d'épidémie et même les personnes qui n'ont pas été vaccinées seront protégées. La vaccination présente, bien sûr, un intérêt individuel évident, mais, en plus, en matière de Santé Publique, la vaccination des uns protège tous les autres.

Suite à l'étude de la progression du virus en Turquie, les chercheurs ont maintenant la certitude que le virus H5N1 a muté. L'analyse du H5N1 retrouvé sur un des quatre enfants décédés dans la région de Van le prouve.
Selon le directeur du conseil de la recherche médicale britannique Colin Blake More, "cette mutation devrait faciliter la transmission du virus des oiseaux à l'homme". Si cette mutation rend le virus plus facile à attraper par l'homme, cela ne signifie pas qu'il puisse ensuite se propager d'homme à homme.
De ce point de vue, précise Maria Cheng, de l'Organisation mondiale de la santé, "nous n'avons aucune information suggérant que ce virus est devenu plus dangereux". (article Le Parisien)
Au fil du TPE, nous avons assisté à une progression du virus vers l'Europe provoquant de nombreux morts. Le jeudi 20 octobre 2005 il y avait, en Thaïlande 17 malades et 12 décès, au Cambodge 4 malades et 4 décès, en Indonésie 5 malades et 5 décès, au Viêt-nam 91 malades et 43 décès et à Hongkong 2 malades et 1 décès. A l'heure actuelle, la grippe aviaire s'est arrêtée aux portes de l'Ouest de la Turquie.
Arrivera-t-elle un jour en France ? Comment va-t-on lutter contre ce danger imminent si la vaccination se révèle impossible ?

ANNEXES

Mini-lexique :
Acide nucléique : c'est un constituant fondamental de la cellule vivante puisque c'est l'élément de base de construction de l'ADN, porteur des informations génétiques, et son messager l'ARN. L'ADN se trouve dans le noyau de la cellule, l'ARN porte ses modèles de construction des protéines dans le cytoplasme de cette cellule.
Antigène : c'est une protéine reconnue par nos globules blancs comme étrangère (protéines affichées sur l'extérieur de virus, bactérie ou cellule d'organe greffé !), pouvant déclencher la formation d'anticorps spécifiques.
Hybride : composé de deux ou plusieurs éléments de nature différentes.
Pathogène : qui cause une maladie.
Période d'incubation : c'est le temps qui s'écoule entre l'instant de la contagion et l'apparition des premiers symptômes d'une maladie.

Tableau des phases pandémiques de l'Organisation Mondiale de la Santé.

Phases pandémiques de l'OMS, description abrégée	Description
Phase 0, Niveau 0 de l'OMS Interpandémique	Aucune indication d'un nouveau sous-type de virus n'a été signalée.
Phase 0, Niveau 1 de l'OMS Identification d'un nouveau virus chez un humain	Détection d'un nouveau virus chez une personne. Peu ou pas d'immunité dans la population générale. Précurseur potentiel, mais pas inévitable, d'une pandémie
Phase 0, Niveau 2 de l'OMS Infection humaine confirmée	Confirmation que le nouveau virus a infecté deux personnes ou plus, indiquant que le virus est infectieux chez l'homme
Phase 0, Niveau 3 de l'OMS Transmission inter humaine confirmée	Le nouveau virus présente une transmission soutenue de personne à personne avec au moins une éclosion au cours d'au moins une période de deux semaines dans un pays ou l'identification du nouveau virus dans plusieurs pays.
Phase 1 de l'OMS Pandémie confirmée	Déclaration par l'OMS qu'une pandémie se produit lorsque le nouveau virus cause des taux exceptionnellement élevés de morbidité ou de mortalité dans de multiples régions géographiques étendues.
Phase 2 de l'OMS Éclosions dans de multiples régions géographiques	Propagation accrue du virus avec la déclaration d'éclosions dans de multiples régions géographiques, entraînant le premier pic de morbidité et de mortalité.
Phase 3 de l'OMS Fin de la première vague	Fin de la première vague à l'arrêt de l'activité grippale ou à sa réversion dans les régions initialement affectées.
Phase 4 de l'OMS Deuxième vague ou vagues ultérieures	Recrudescence des éclosions causée par le virus pandémique (dans les trois à neuf mois selon les pandémies précédentes) suivant la vague d'infection initiale ; peut affecter différents segments de la population.
Phase 5 de l'OMS Post pandémie/Rétablissement	Retour au cycle saisonnier "épidémique" avec un impact majeur de la maladie chez les personnes âgées et les enfants en bas âge.

Photos de la conception de notre maquette.

Peinture de l'extérieur du ... virus.	Élaboration des Neuraminidase, Hémagglutinines et les ions Chanels.
Peinture de l'intérieur.	Maquette terminée.