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>