Niveau 

Seconde/Corps humain et santé/microorganismes et santé

 Notions à construire 

Composition en microorganismes et diversité du microbiote = indicateurs de santé

Evolution du microbiote en fonction de différents facteurs = Traitement aux antibiotiques 

 Corrélation entre composition du microbiote et pathologies

Démarche

Démarche d’investigation clinique d’un patient atteint de diarrhée 

Deux axes :

* identifier via une base de données génétiques et des séquençages obtenus suite à des prélèvements des selles la bactérie responsable de la pathologie 

* proposer un traitement antibiotique approprié : ouverture sur les conséquences de ce traitement sur le microbiote 

Situtation Problème

Un patient, après un séjour à l’hôpital souffre de diarrhée aigue.

 Le gastro-entérologue propose d’effectuer un prélèvement de selles pour analyse du microbiote par séquençage afin d’identifier la cause de la diarrhée et d’administrer le traitement adéquat.

Activités possibles

Etude bioinformatique de quelques bactéries du microbiote d’un patient malade

1 ) A partir du document de référence, de la base de données bioinformatiques et des séquences issues du prélèvement du patient, déterminer la cause de sa pathologie

2) Identification de la bactérie responsable grâce aux séquences ADN 

Etapes à suivre :

a. Aller sur le site de banque de données génétiques https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi?PROGRAM=blastn&PAGE_TYPE=BlastSearch&LINK_LOC=blastho me# 

b. Entrer une par une les séquences fournies par l’enseignant (séquences mises en réseau)  voir ci-dessous.

c. Lancer le moteur de recherche  Cliquer sur « blast » 

d. Identifier la bactérie

Exemples de séquences bactériennes (gène de référence 16S) pour cette activité

NB : les élèves n’ont que les séquences numérotées issues du laboratoire d’analyse, seul l’enseignant a le nom de l’espèce bactérienne correspondant à la séquence donnée pour correction.

Entrer la séquence 1 (Lactobacillus acidophilus)

Seq1

CCTTTCTAAGGAAGCGAAGGATATGGAGAGTAGAAATACTAAGAGAAGTATCCAGAGCAAGCGGAAGCAC
ACTAAGAAACTTTGTTTAGTTTTGAGGGTAGTACCTCAAAAGAGTTAGTACATTGAAAACTGAATATAAT
CCAAGCAAAAAACCGAGACAATCAAAGAGAACAGATTGTAGAGCGACCGAGAAGAGAATTCTTGGGTAAG
GTCAAGTAGAAAAGGGCGCACGGTGAATGCCTAGGCACTAACAGCCGATGAAGGACGTGACGAACTACGA
AAAGCTTCGGGGAGCGGTAAGTACGCAGTGATCCGGAGATGTCCGAATGGGGGAACCCAATGCAGCGATG
CATTATTGGTTGATGAATAGATAGTCAATCAAAGGAAGACGCAGTGAACTGAAACATCTAAGTAGCTGCA
GGAAGAGAAAGAAAAATCGATTTCCTTAGTAGCGGCGAGCGAAGAGGAAAGAGCCCAAACCAAGTGATTT
ATCATTTGGGGTTGTAGGACTGCAAAGTGGTAGCGTAAGCGATAGTTGAATTATCTGGGAAGGTAAGCCA
GAGAGGGTGAGAGCCCCGTAAGCGAAATTGCGAGCGCGCCTAGCAGAATCCTGAGTAGGCCGGGACACGA
GGAATCCCGGTTGAAGCCGCGAGGACCATCT

Identifier la bactérie

Séquence identique à 100% avec celle de Lactobacillus acidophilus

Entrer la séquence 2 (Bacteroides thetaiotaomicron) >Seq2

CTTTTACAATGAAGAGTTTGATCCTGGCTCAGGATGAACGCTAGCTACAGGCTTAACACATGCAAGTCGA GGGGCAGCATTTCAGTTTGCTTGCAAACTGGAGATGGCGACCGGCGCACGGGTGAGTAACACGTATCCAA CCTGCCGATAACTCGGGGATAGCCTTTCGAAAGAAAGATTAATACCCGATGGTATAATCAGACCGCATGG TCTTGTTATTAAAGAATTTCGGTTATCGATGGGGATGCGTTCCATTAGGCAGTTGGTGAGGTAACGGCTC ACCAAACCTTCGATGGATAGGGGTTCTGAGAGGAAGGTCCCCCACATTGGAACTGAGACACGGTCCAAAC TCCTACGGGAGGCAGCAGTGAGGAATATTGGTCAATGGGCGCAGGCCTGAACCAGCCAAGTAGCGTGAAG GATGACTGCCCTATGGGTTGTAAACTTCTTTTATATGGGAATAAAGTTTTCCACGTGTGGAATTTTGTAT GTACCATATGAATAAGGATCGGCTAACTCCGTGCCAGCAGCCGCGGTAATACGGAGGATCCGAGCGTTAT CCGGATTTATTGGGTTTAAAGGGAGCGTAGGTGGACAGTTAAGTCAGTTGTGAAAGTTTGCGGCTCAACC GTAAAATTGCAGTTGATACTGGCTGTCTTGAGTACAGTAGAGGTGGGCGGAATTCGTGGTGTAGCGGTGA AATGCTTAGATATCACGAAGAACTCCGATTGCGAAGGCAGCTCACTGGACTGCAACTGACACTGATGCTC GAAAGTGTGGGTATCAAACAGGATTAGATACCCTGGTAGTCCACACAGTAAACGATGAATACTCGCTGTT TGCGATATACAGTAAGCGGCCAAGCGAAAGCATTAAGTATTCCACCTGGGGAGTACGCCGGCAACGGGTG AAACTCAAAGGAATTGACGGGGGCCCGTACAAGCGGAGGAACATGTGGTTTAATTCGATGATACGCGAGG AACCTTACCCGGGCTTAAATTGCATTTGAATATATTGGAAACAGTATAGCCGTAAGGCAAATGTGAAGGT GCTGCATGGTTGTCGTCAGCTCGTGCCGTGAGGTGTCGGCTTAAGTGCCATAACGAGCGCAACCCTTATC TTTAGTTACTAACAGGTCATGCTGAGGACTCTAGAGAGACTGCCGTCGTAAGATGTGAGGAAGGTGGGGA TGACGTCAAATCAGCACGGCCCTTACGTCCGGGGCTACACACGTGTTACAATGGGGGGTACAGAAGGCAG CTACCTGGTGACAGGATGCTAATCCCAAAAGCCTCTCTCAGTTCGGATCGAAGTCTGCAACCCGACTTCG TCAAGCTGGATTCGCTAGTAATCGCGCATCAGCCATGGCGCGGTGAATACGTTCCCGGGCCTTGTACACA CCGCCCGTCAAGCCATGAAAGCCGGGGGTACCTGAAGTACGTAACCGCAAGGAGCGTCCTAGGGTAAAAC TGGTAATTGGGGC 

Lancer le moteur de recherche

Identifier la bactérie

Séquence identique à 100% avec celle de Bacteroides thetaiotaomicron

Séquence 3

Entrer la séquence 3 (Clostridium difficile) >Seq3

CTGGGGTGAAGTCGTAACAAGGTAGCCGTATCGGAAGGTGCGGCTGGATCACCTCCTTTCTAAGGAGAAT TGCCTACTGTTTAATTTTGAAAGTTCTTTACGAACTTTATATATGGGGGTGTAGCTCAGTTGGGAGAGCA CTTGCCTTGCAAGCAAGGGGTCAGGAGTTCGACTCTCCTCATCTCCACCATTTAAGAGTATATTACTTAA ATCTTTGATTTACTTAGTAGCCTCTTACAATGCACTTATAGCTTAAATTTATACAAGCTTTGTGTGTTAG CACTTTAAGCAACAGAATAATCTTAGTGAATACGAAGGTTGTTCGTTGACGTGGTGCATTAGCACTTTTA AGCAACGGAATTTATTCGTTAGCGCCGTGCTTTAGCACTTTGAAAACTGCATATATATTTAGTGATATGA CATCTAATTTGTAATATATAAAGCTGATAACTTTTAAAAATTATCAAGTTGATAGACTTTAATCTATCAA ACCTTTTTAACTGGTCAAGTTATTAAGGGTGCAGGGCGGATGCCTTGGCACTA

Séquence identique à 100% avec celle de Clostridium difficile

Séquence 4

 >Seq4

Entrez la séquence 4 (Bacteroides caccae)

TGGCTCAGGATGAACGCTAGCTACAGGCTTAACACATGCAAGTCGAGGGGCATCAGTTTGGTTTGCTTGC AAACCAAAGCTGGCGACCGGCGCACGGGTGAGTAACACGTATCCAACCTACCTCATACTCGGGGATAGCC TTTCGAAAGAAAGATTAATATCCGATAGCATATATTTCCCGCATGGGTTTTATATTAAAGAAATTCGGTA TGAGATGGGGATGCGTTCCATTAGTTTGTTGGGGGGGTAACGGCCCACCAAGACTACGATGGATAGGGGT TCTGAGAGGAAGGTCCCCCACATTGGAACTGAGACACGGTCCAAACTCCTACGGGAGGCAGCAGTGAGGA ATATTGGTCAATGGACGCGAGTCTGAACCAGCCAAGTAGCGTGAAGGATGACTGCCCTATGGGTTGTAAA CTTCTTTTATATGGGAATAAAGTGGTCCACGTGTGGACTTTTGTATGTACCATATGAATAAGGATCGGCT AACTCCGTGCCAGCAGCCGCGGTAATACGGAGGATCCGAGCGTTATCCGGATTTATTGGGTTTAAAGGGA GCGTAGGCGGATTGTTAAGTCAGTTGTGAAAGTTTGCGGCTCAACCGTAAAATTGCAGTTGATACTGGCA GTCTTGAGTGCAGTAGAGGTGGGCGGAATTCGTGGTGTAGCGGTGAAATGCTTAGATATCACGAAGAACT CCGATTGCGAAGGCAGCTCACTGGAGTGTAACTGACGCTGATGCTCGAAAGTGTGGGTATCAAACAGGAT TAGATACCCTGGTAGTCCACACAGTAAACGATGAATACTCGCTGTTTGCGATATACAGTAAGCGGCCAAG CGAAAGCATTAAGTATTCCACCTGGGGAGTACGCCGGCAACGGTGAAACTCAAAGGAATTGACGGGGGCC CGCACAAGCGGAGGAACATGTGGTTTAATTCGATGATACGCGAGGAACCTTACCCGGGCTTAAATTGCAA ATGAATTATGGGGAAACCCATACGCCGCAAGGCATTTGTGAAGGTGCTGCATGGTTGTCGTCAGCTCGTG CCGTGAGGTGTCGGCTTAAGTGCCATAACGAGCGCAACCCTTATCTTCAGTTACTAACAGGTCATGCTGA GGACTCTGGAGAGACTGCCGTCGTAAGATGTGAGGAAGGTGGGGATGACGTCAAATCAGCACGGCCCTTA CGTCCGGGGCTACACACGTGTTACAATGGGGGGTACAGAAGGCCGCTACCTGGTGACAGGATGCCAATCC CAAAAACCTCTCTCAGTTCGGATCGAAGTCTGCAACCCGACTTCGTGAAGCTGGATTCGCTAGTAATCGC GCATCAGCCATGGCGCGGTGAATACGTTCCCGGGCCTTGTACACACCGCCCGTCAAGCCATGAAAGCCGG GGGTACCTGAAGTACGTAACCGCAAGGAGCGTCCTAGGGTAAAACTGGTAATTGGGGCTAAGTCGTAACA AGGTAACC

Séquence identique à 100% avec celle de Bacteroides caccae

Séquence 5

Entrez la séquence 5 (Faecalibacterium prausnitzii) 

>Seq5

GATCCTGGCTCAGGCGAACGCTGGCGGCGCGCCTAACACATGCAAGTCGAACGAGCGAGAGAGAGCTTGC TTTCTCAAGCGAGTGGCGAACGGGTGAGTAACGCGTGAGGAACCTGCCTCAAAGAGGGGGACAACAGTTG GAAACGACTGCTAATACCGCATAAGCCCACGACCCGGCATCGGGTAGAGGGAAAAGGAGCAATCCGCTTT GAGATGGCCTCGCGTCCGATTAGCTAGTTGGTGAGGTAACGGCCCACCAAGGCGACGATCGGTAGCCGGA CTGAGAGGTTGAACGGCCACATTGGGACTGAGACACGGCCCAGACTCCTACGGGAGGCAGCAGTGGGGAA TATTGCACAATGGGGGAAACCCTGATGCAGCGACGCCGCGTGGAGGAAGAAGGTCTTCGGATTGTAAACT CCTGTTGTTGAGGAAGATAATGACGGTACTCAACAAGGAAGTGACGGCTAACTACGTGCCAGCAGCCGCG GTAAAACGTAGGTCACAAGCGTTGTCCGGAATTACTGGGTGTAAAGGGAGCGCAGGCGGGAAGGCAAGTT GGAAGTGAAATCCATGGGCTCAACCCATGAACTGCTTTCAAAACTGTTTTTCTTGAGTAGTGCAGAGGTA GGCGGAATTCCCGGTGTAGCGGTGGAATGCGTAGATATCGGGAGGAACACCAGTGGCGAAGGCGGCCTAC TGGGCACCAACTGACGCTGAGGCTCGAAAGTGTGGGTAGCAAACAGGATTAGATACCCTGGTAGTCCACA CTGTGGCCGATGTTTACTAGGTGTTGGAGGATTGACCCCTTCAGTGCCGCAGTTAACACAATAAGTAATC CACCTGGGGAGTACGACCGCAAGGTTGAAACTCAAAGGAATTGACGGGGGCCCGCACAAGCAGTGGAGTA TGTGGTTTAATTCGACGCAACGCGAAGAACCTTACCAAGTCTTGACATCCTGCGACGCACATAGAAATAT GTGTTTCCTTCGGGACGCAGAGACAGGTGGTGCATGGTTGTCGTCAGCTCGTGTCGTGAGATGTTGGGTT AAGTCCCGCAACGAGCGCAACCCTTATGGTCAGTTACTACGCAAGAGGACTCTGGCCAGACTGCCGTTGA CAAAACGGAGGAAGGTGGGGATGACGTCAAATCATCATGCCCTTTATGACTTGGGCTACACACGTACTAC AATGGCGTTAAACAAAGAGAAGCAAGACCGCGAGGTGGAGCAAAACTCAGAAACAACGTCCCAGTTCGGA CTGCAGGCTGCAACTCGCCTGCACGAAGTCGGAATTGCTAGTAATCGCAGATCAGCATGCTGCGGTGAAT ACGTTCCCGGGCCTTGTACACACCGCCCGTCACACCATGAGAGCCGGGGGGACCCGAAGTCGGTAGTCTA ACCGCAAGGAGGACGCCGCCGAAGGTAAAACTGGTGATTGGGGTGAAGTCGTAACAAGGTAC

Séquence identique à 100% avec celle de Faecalibacterium prausnitzii

4) Mise en relation des données bioinformatiques et du document de référence

Clostridium difficile est identifiée comme étrangère au microbiote intestinal humain sain 

C. difficile est responsable de la pathologie 

Raisonnement et nouvelle problématique

Comment traiter le patient infecté par C. difficile ? 

Possibilité de donner des informations sur le principe de l’antibiogramme aux élèves 

Proposition d’une stratégie résolutive  Microbiote humain et santé3. Activités possibles

Protocole de l’antibiogramme : utiliser celui de l’ancienne 1eS avec produits de substitution pour les antibiotiques et gélose colorée pour la bactérie

C. difficile : bactérie à tester 

Antibiotiques à tester :

- vancomycine

- metronidazole

- thuricine CD

- penicilline 

Résultats obtenus

Aucune efficacité pour la pénicilline 

Efficacité maximale pour les trois autres antibiotiques

 Mise en relation des documents et de l’antibiogramme : proposer l’antibiotique adéquat parmi les quatre testés et justifier

Activité bioinformatique : TICE/Ra

 Perturbation du microbiote intestinal par une espèce bactérienne étrangère (possible lien avec la sous-partie « agent pathogène et maladie vectorielle » du même thème « corps humain et santé »).

Activité de laboratoire: Re/Ra

 L’antibiogramme et sa mise en relation avec le document (tableau 1) introduit la notion de changement de proportions des différentes bactéries dans le microbiote intestinal à cause des antibiotiques et son impact sur la santé. La Thuricine CD est la plus appropriée: biodiversité des bactéries mieux préservée donc moins de prévalence sur des impacts sur la santé et C. difficile traitée.

Autres pistes:

Observation de frottis de microbiote: grande diversité microbienne et proposer une autre stratégie de détermination des différentes espèces par le séquençage.

Greffe fécale pour traiter certains cas au C. difficile: importance de rétablir la biodiversité après le traitement antibiotique, importance de la diversité dans la compétition microbienne.

MAIS:

Où commander ces frottis ?

Que permet la règlementation sur la manipulation de ces échantillons en classe ?

Exemple historique : Escherichia coli Nissle 1917

Souche isolée par le Docteur Nissle pendant la 1e guerre mondiale à partir des selles d’un soldat allemand, qui, contrairement aux autres soldats ne développait pas de diarrhée.

Il a par la suite été montré que cette souche E. coli Nissle 1917 était un antagoniste de plusieurs souches bactériennes provoquant des dysenteries, telles que Shigella dysenteriae.

Souche actuellement commercialisée en Allemagne comme probiotique sous le nom de Mutaflor®.

Cette souche produit également un puissant anti-douleur qui est en cours d’études.

Sources:

https://blog.oup.com/2017/04/e-coli-strain-nissle-1917-timeline/3

https://presse.inserm.fr/une-bacterie-probiotique-produit-un-puissant-antidouleur/29912/

Limites du site internet utilisé pour l’activité bioinformatique

Base de données génétiques utilisée par des chercheurs : il convient donc de se limiter aux

fonctionnalités citées.

Les séquences fournies pour les espèces étudiées doivent rester conformes : les retrouver par soi-même sur le site demande une maitrise des données proposées par la banque.

Le site est en anglais mais abordable pour les élèves en restant sur le protocole.

Place dans le programme

L’ADN porteur d’informations sous forme de séquences de nucléotides aura du être traité au préalable.

Pour affiner le raisonnement, on peut également avoir traité au préalable l’aspect biodiversité génétique dans le thème « biodiversité : résultat et étape de l’évolution », sous-thème « les échelles de la biodiversité ».

Remerciements au laboratoire de l’INRA:

équipe probiHôte, MICALIS, domaine de Vilvert, 78352 Jouy-en-Josas.

A écouter:

Podcast, France Inter: le microbiote.

Emission « Grand bien vous fasse » du 14/01/2019.

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Document joint ici

auteur  vides-Pacheco Paulo <paulo.vides@ac-aix-marseille.fr>