En Première spécialité SVT
Enquêter sur l’antibiorésistance bactérienne et modéliser sa progression
avec des bases de données et un logiciel de modélisation multi-agents (Édu’modèles)
Si les antibiotiques continuent de sauver des vies, de nombreuses bactéries sont aujourd’hui résistantes à certains d’entre eux. Une étude publiée dans The Lancet en février 2022, compilant les données de 23 agents pathogènes et 204 pays, fait état de l’inquiétante progression de l’antibiorésistance bactérienne, au point que la résistance aux antibiotiques a causé 1,27 million de décès dans le monde en 2019 (c’est-à-dire davantage que le SIDA ou le paludisme).
Cette étude scientifique du Lancet vient à point nommé pour proposer aux élèves l’utilisation de bases de données en ligne (ECDC et Géodes) et entreprendre la construction d’un modèle numérique (avec Édu’modèles) dans le but de retracer et d’expliquer la progression de l’antibiorésistance bactérienne en relation avec l’utilisation d’antibiotiques.
première Evolution Banque de données exemple d’activité support numérique
Mis à jour le mardi 27 juin 2023 , par
Professeur
- Anne FLORIMOND au lycée Richelieu à Rueil-Malmaison (92)
Caractéristiques de la séquence
| LIAISON AVEC LE PROGRAMME | |
|---|---|
| Niveau concerné | Première spécialité |
| Partie du programme : | Dans le sous-thème "Variation génétique bactérienne et résistance aux antibiotiques" du thème "Corps humain et santé" |
| PLACE DANS LA PROGRESSION |
|---|
| La séance vient à la suite d’une première séance où l’on aura montré que dans des populations de bactéries, comme dans toutes les populations cellulaires, des mutations spontanées surviennent et provoquent une variation génétique. Certaines de ces mutations ont pour effet de rendre les bactéries capables de désactiver les propriétés antibiotiques des molécules, ce qui rend ces bactéries mutantes résistantes aux antibiotiques. |
| MOTIVATION |
|---|
| S’il est rare que des élèves aient The Lancet sur leur table de chevet (!), s’emparer du constat que les bactéries résistantes aux antibiotiques ont participé au décès de plusieurs millions de personnes en 2019 (c’est ce que révèle l’étude parue dans cette revue) peut constituer une situation motivante pour initier une quête de données sur l’antibiorésistance bactérienne. Ensuite, on amène les élèves à recourir à une modélisation numérique pour expliquer la progression de l’antibiorésistance, puis à utiliser après-coup les données initialement collectées pour tester la validité de leur modèle. |
| PROBLEME A RESOUDRE |
|---|
On veut, en s’appuyant sur l’exemple de la bactérie Escherichia coli et de la résistance aux céphalosporines de 3ème génération, collecter des données sur l’antibiorésistance à cet antibiotique et tester l’hypothèse d’une sélection naturelle qui favorise les bactéries résistantes, pour rendre compte de la progression de l’antibiorésistance chez cette espèce. |
| NOTIONS, SAVOIR-FAIRE, COMPETENCES | |
|---|---|
| Notions | Extraits du Bulletin officiel spécial n°1 du 22 janvier 2019 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 sensibles et permet donc leur développement numérique. L’utilisation systématique de traitements antibiotiques en santé humaine comme en usage agronomique ou vétérinaire conduit à augmenter la fréquence des formes résistantes dans les populations naturelles de bactéries et aboutit à des formes simultanément résistantes à plusieurs antibiotiques. |
| Savoir-faire | Sélectionner des informations à partir du réel ou de documents. Communiquer dans un langage scientifiquement approprié : oral, écrit, graphique, numérique. |
| Compétences | Pratiquer des démarches scientifiques. Concevoir, créer, réaliser. Communiquer et utiliser le numérique. Utiliser des logiciels d’acquisition, de simulation et de traitement de données. |
| Cadre de référence des compétences numériques (CRCN) | |
|---|---|
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Déroulement de la séquence
| ACTIVITE | ||
|---|---|---|
| Durée : 2 heures | Coût : 0 euros | Sécurité : RAS |
| Outils numériques et ressources |
|---|
- Deux banques de données :
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Déroulement global de la séquence
Déroulement détaillé de la séquence
Des exemples de productions d’élèves
Concernant la production, j’avais souhaité que les élèves rendent compte de leur recherche sous la forme d’un diaporama, selon la trame suivante :
- une diapositive par étape (1, 2, 3) ;
- diapositive 2 : doit montrer le résumé du modèle (fichier texte obtenu avec la fonctionnalité "Exporter un résumé", en mettant en valeur les connaissances utilisées et l’hypothèse de la sélection naturelle ;
- dernière diapositive : doit conclure à propos de la validité du modèle numérique)].
Voici des exemples de productions, réalisées par binômes :
Focus sur un outil : GÉODES
Géodes permet de visualiser sous forme de cartes, graphiques et tableaux des données statistiques dans la domaine de la santé. Pour que les élèves se familiarisent avec l’interface de Géodes avant la séance, il peut être intéressant des les diriger vers les deux ressources suivantes :
– Article : Santé publique France lance Géodes, un observatoire cartographique dynamique permettant d’accéder aux principaux indicateurs de santé
– [Vidéo (tutoriel de Géodes) à visionner jusqu’à t=3 minutes.
Avantages / Plus-values :
La représentation des données sous la forme de cartes comparatives est particulièrement attractive.
Points de vigilance :
Il faut veiller à ne pas confondre la corrélation (mise en évidence par la comparaison de deux cartes) entre un déterminant et une pathologie, et l’éventuelle causalité (qui reste, à ce stade, une hypothèse) qui les unit.
Analyse du dispositif
| Plus-values dégagées |
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|---|---|
| Difficultés rencontrées | Selon les élèves, ce fut un TP bien chargé et certains ont déclaré avoir manqué de temps pour restituer leur démarche de manière aussi détaillée qu’ils l’auraient souhaité.
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| Pistes d’amélioration | Prévoir des fichiers de secours correspondant aux différentes étapes de la modélisation. Par exemple :
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Un prolongement possible : vers un exercice type bac ?
Dans la logique du cycle terminal, il arrive que des sujets proposés à l’écrit du bac en Terminale reposent sur des notions vues en Première. Dans la banque d’annales de sujets de bac proposés sur le site SVT de l’académie de Besançon, l’un des sujets peut retenir notre attention pour l’exercice 1 qu’il propose. Sans prétendre mettre la charrue avant les bœufs, cet exercice fournit l’occasion de remobiliser ce qui a été vu lors de la séance tout en travaillant sur les attendus de l’épreuve écrite de spécialité au baccalauréat :
La résistance des bactéries aux antibiotiques est un problème majeur de santé publique. En milieu hospitalier notamment, la propagation de bactéries résistantes aux antibiotiques est responsable d’infections à l’origine de plusieurs dizaines de milliers de décès par an en Europe.
Expliquer la transmission de la résistance à un antibiotique dans des populations bactériennes et ce qui favorise l’augmentation de sa fréquence.
Vous rédigerez un texte argumenté. On attend que l’exposé soit étayé par des expériences, des observations, des exemples…
Document : Bactéries en cours de conjugaison
Il existe différents mécanismes de transfert d’ADN entre deux bactéries appartenant ou non à la même espèce. La conjugaison bactérienne est l’un de ces mécanismes. Lors de ce processus les deux bactéries établissent un « pont cytoplasmique », permettant le passage d’ADN d’une bactérie donneuse à une bactérie receveuse.
D’après Brinton, Jr.
Sur le plan méthodologique, on pourra profiter de cet exercice pour distinguer ce qui relève de notions et ce qui relève d’arguments s’y rapportant :
| Structuration de la réponse | Notions et idées essentielles | Arguments (expériences, observations, exemples) | |
| Dans un premier temps, on veut expliquer la transmission de la résistance à un antibiotique dans des populations bactériennes | Transfert de l’ADN d’une bactérie à ses descendantes lors des divisions cellulaires. Transfert de l’ADN d’une bactérie à une autre qui n’est pas descendante |
Observation du document sur la conjugaison bactérienne : lors de ce processus les deux bactéries établissent un « pont cytoplasmique », permettant le passage d’ADN d’une bactérie donneuse à une bactérie receveuse. Cette modalité permet le transfert d’un gène impliqué dans la résistance. | |
| Dans un second temps, on veut expliquer ce qui favorise l’augmentation de la fréquence de l’antibiorésistance | Intervention de la sélection naturelle :
|
Observations : Expérience : un modèle numérique qui inclut la sélection naturelle des bactéries résistantes et la contre-sélection des bactéries sensibles, et dans lequel la variable est l’utilisation ou non des antibiotiques, prédit des variations du taux de bactéries résistantes semblables aux variations effectivement observées. |
Une suggestion d’adaptation pour le programme d’enseignement scientifique de Terminale
Dans la partie 3.2 ("L’évolution comme grille de lecture du monde") du thème 3 ("Une histoire du vivant), l’un des savoir-faire requis est "Mobiliser des concepts évolutionnistes pour expliquer comment des populations microbiennes pourront à longue échéance ne plus être sensibles à un vaccin (ou un antibiotique)".
Pour atteindre cet objectif (en moins de 55 minutes !), on pourra proposer aux élèves le modèle déjà implémenté et une consigne du type : "Exploiter le modèle numérique fourni et réaliser les simulations adéquates pour montrer comment des populations bactériennes deviennent résistantes à un antibiotique".
REMERCIEMENTS à :
– Chloé Journo (Acces, groupe de travail "Microbes, immunité et vaccination") pour ses conseils et son recul à propos de la modélisation de la progression de l’antibiorésistance ;
– Arek Socha de Pixabay pour le prêt du logo de cet article.
Agenda
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