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Thème La Terre, la vie et l’organisation du vivant

Publié le 9 oct. 2022

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Le  dimanche 9 octobre 2022

Modélisation de l’effet protecteur du microbiote face aux bactéries résistantes aux antibiotiques

Présentation d’une démarche montrant, par modélisation, que l’application d’un antibiotique à une population bactérienne favorise les bactéries résistantes, au dépend de la santé humaine.

  • Comparaison des modélisations d’évolution du microbiote avec et sans antibiotiques avec edu’modèle

    Comparaison des modélisations avec ou sans antibiotique.

     

    Niveau

    Première spécialité

    Compétences

    Connaissances

    L’application d’un antibiotique sur une population bactérienne sélectionne les mutants résistants à cet antibiotique, d’autant plus qu’il élimine les bactéries compétitrices sensible et permet donc leur développement numérique.

     

    Capacités

    Formuler et résoudre une question ou un problème scientifique.
    Concevoir et mettre en œuvre des stratégies de résolution. Observer, questionner, formuler une hypothèse, en déduire ses conséquences testables ou vérifiables, expérimenter, raisonner avec rigueur, modéliser, argumenter. Interpréter des résultats et en tirer des conclusions

    Comprendre le lien entre les phénomènes naturels et le langage mathématique.

    Identifier et choisir les outils et les techniques pour garder trace de ses recherches (à l’oral et à l’écrit).

    Utiliser des outils numériques.

    Utiliser des logiciels d’acquisition, de simulation et de traitement de données.

    Fonder ses choix de comportement responsable vis-à-vis de sa santé ou de l’environnement en prenant en compte des arguments scientifiques

     

    Démarche et description de l’activité

    Situation problème


    Découverte d’un article de France info (voir lien ci-dessous dans les ressources) : C'est quoi la "transplantation fécale", cette technique qui nous soignera peut-être tous demain ?

    Extrait de l’article :

    Le New England Journal of Medicine rapporte, en 2013, une étude clinique montrant que la transplantation fécale est efficace, dans plus de 90% des cas, pour soigner l'infection par la bactérie Clostridium difficile, qui provoque de graves diarrhées, des inflammations du système digestif et tue environ 14 000 Américains par an. Clostridium difficile, présente dans l’intestin comme des milliers d’autres, et en général inoffensive, a la particularité d’être très résistante aux antibiotiques, même les plus puissants, et de proliférer lorsque les autres bactéries sont affaiblies, par ces mêmes antibiotiques.

     

    L’article permet d’ouvrir la discussion sur les problèmes de santé déclenchés par l’utilisation excessive d’antibiotiques.

    La modélisation informatique avec edu’modèle permet aux élèves d’aborder une forme de programmation simple avec peu d’agents (nutriments, bactéries non pathogènes, bactéries pathogènes résistantes et antibiotiques) et des règles (comportements) faciles à programmer ou à comprendre (voir image ci-dessous), selon que l’on demande aux élèves de faire tourner le modèle ou d’intervenir sur les comportements des agents.

    Dans les deux cas le but est de montrer que l'on peut modéliser mathématiquement un fait de santé publique : la disparition des bactéries non pathogènes avec les antibiotiques entraîne la prolifération des bactéries pathogènes.

     

     

    Règle associée à l'effet des antibiotiques sur les bactéries non pathogènes 

    Modélisation, édu'modèle et esprit critique

    Sur l'article "Modèle modélisations en SVT" de J.Gérard IA IPR de SVT, sur le site de Rennes (voir lien dans les ressources en bas de page) on peut lire :

    "Il n’est donc pas raisonnable de faire croire aux élèves que le modèle puisse servir à démontrer une théorie scientifique, ce serait une argumentation circulaire sans fondement. Un autre danger serait de penser que le virtuel remplace de façon commode le réel et qu’il n’est nul besoin d’expérimenter sur le réel pour accéder à de nouvelles connaissances."

    En ayant conscience de la valeur du modèle proposé dans cet article on peut donc anticiper des erreurs de représentation que pourraient faire des élèves : le modèle ne permet pas d'apporter une preuve scientifique. C'est un modèle mathématique qui sert d'outil d'apprentissage en permettant de décrire et d'expliquer le réel aux élèves.

    La notion de preuve scientifique peut en revanche être reprise avec la suite de l'article sur la TMF qui apporte une information intéressante sur une expérimentation médicale interrompue sur un groupe de contrôle (groupe témoin) :

    Extrait de l'article :

    Mais la TMF est "tellement efficace que les chercheurs arrêtent l'étude plus vite que prévu, parce qu'ils jugent immoral de refuser la transplantation au groupe de contrôle", traité aux antibiotiques classiques, raconte The Atlantic

     

    Place de l’activité dans la progression du cours

     

    La partie du programme « variation génétique bactérienne et résistance aux antibiotiques » du thème Corps humain et santé peut suivre directement celle de « Mutation de l’ADN et variabilité génétique » du thème La Terre, la vie et l’organisation du vivant, pour montrer les effets des mutations sur notre environnement et notre santé.

    En abordant cette partie avant l’immunité on pourra ensuite passer à un niveau de modélisation plus complexe à travers l’étude des réactions immunitaires adaptatives de la partie « Le fonctionnement du système immunitaire humain ». Voir dans les ressources en bas de page le lien vers l'article sur la modélisation des réactions adaptatives.

     

    Cohérence verticale, microbiote et edu’modèle

    En seconde, l’étude du microbiote peut aussi amener une modélisation avec edu’modèle. Il peut être tentant d’appliquer la démarche dès la seconde mais les connaissances sur les effets des antibiotiques sont inscrites dans le programme de première spécialité. On pourra alors plutôt modéliser l’impact de la modification de la composition du microbiote par des mesures d’hygiènes trop fréquentes, sur la fonction immunitaire du microbiote. Voir par exemple la ressource ci-dessous sur le site de l'académie de Versailles

     

     

    Ressources

    C'est quoi la "transplantation fécale", cette technique qui nous soignera peut-être tous demain ? (francetvinfo.fr)

     

    Logiciel edu’modele


    Modèle,' modélisation en SVT, par J.Gérard, IA IPR de SVT sur le site académique de Rennes

    https://pedagogie.ac-rennes.fr/sites/pedagogie.ac-rennes.fr/IMG/pdf/modeles-modelisation-svt.pdf

     

    L'article du site sur la modélisation des réactions adaptatives :

    Sciences de la Vie et de la Terre, Aix - Marseille, Thème Le corps humain et la santé (ac-aix-marseille.fr)

     

    Modélisation sur le microbiote au niveau seconde avec le logiciel Netbiodyn

    Démontrer la fonction immunitaire du microbiote - Sciences de la vie et de la Terre (ac-versailles.fr)

     

    Dans l’onglet document : le modèle à télécharger et à extraire

     

    Nom de l'auteur et mail : Yann Maillard