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Le microbiote intestinal

Modélisation numérique pour le collège (cycle 4)

préambule

Les scientifiques accordent beaucoup d'importance au microbiote, c'est-à-dire aux populations foisonnantes de microorganismes hébergés par notre organisme et vivant en harmonie avec ce dernier.

Dans cette activité, on propose aux élèves d'utiliser un modèle numérique de microbiote intestinal afin de déterminer quelques rôles physiologiques des communautés bactériennes du microbiote. 

 

Place de l'activité dans le programme

 

 Le programme lui-même :

Dans la partie "Le corps humain et la santé", il s'agit de traiter, en immunologie, les points suivants :

programme cycle 4

On peut associer à cela l'idée de "bienfaits du microbiome pour la fonction digestive", évoquée dans l'item : "Expliquer le devenir des aliments dans le tube digestif". 

 

Les accompagnements du programme :

Des ressources d'accompagnement du programme de sciences de la vie et de la Terre au cycle 4 sont publiées sur Eduscol. 

fleche_rouge.gif Télécharger le pdf de l'accompagnement pour la partie "Le corps humain et la santé"

[voir pages 10-11 pour le cadrage en immunulogie et page 8-9 pour le cadrage à propos de l'implication du microbiote dans la digestion].

Dans ces accompagnements, on relève les préconisations suivantes :

- Expliquer l’importance des micro-organismes dans les processus de digestion des aliments en nutriments et de leur absorption. On peut souligner l’importance des fonctions métaboliques du microbiote du colon (à travers la fermentation des substrats disponibles au niveau du colon).

- Un accent particulier sera mis pour montrer les bienfaits du microbiote sur le développement du répertoire immunitaire et donc la protection de l’organisme (idée de la nécessité du microbiote dès la naissance pour un système immunitaire efficace). L’étude pourra être reliée avec les notions abordées lors de la digestion.

Le premier point sera traité dans une démarche "à part" à venir :  Microbiote et fonction digestive (activités de type tâche complexe et/ou QCM).

 

 

Déroulement de l'activité exploitant un modèle numérique de microbiote intestinal 

 

Situation déclenchante et problématique :

 

"Il pèse entre un et cinq kilos, vit dans vos intestins et se nourrit de ce que vous avalez. Mais loin de vous être hostile, le microbiote est votre indispensable allié" (extrait de l'article "Microbiote : des bactéries qui nous veulent du bien", CNRS le journal, juillet 2014).

Depuis une dizaine d'années, de telles publications scientifiques abondent à propos de ce qu'on appelle le microbiote !

On veut vérifier que le microbiote est un allié pour notre organisme qui l'héberge.

 

 Ressources :

 

Informations scientifiques

 "Notre intestin est l’hôte d’un immense écosystème bactérien : on comptabiliserait 100 000 milliards de bactéries, soit dix fois plus que le nombre de cellules constituant le corps humain ! (...) Ces bactéries, nichées tout au long de notre tube digestif, sont l’interface clef de nos cellules intestinales avec l’aliment, mais également avec les antibiotiques et les pathogènes."

Source : INRA

http://www.inra.fr/Grand-public/Alimentation-et-sante/Tous-les-dossiers/Metagenome-intestinal 

Ressources numériques

Logiciel NetBioDyn et modèle microbiote_intestinal.nbd

Le modèle microbiote_intestinal.nbd simule la présence et le comportement des communautés bactériennes à l'intérieur de l'intestin. L'utilisateur peut introduire des bactéries pathogènes, introduire des médicaments (par exemple des antibiotiques), modifier la quantité de nutriments présents.

 fleche_rouge.gifVoir une description détaillée du modèle

Enoncé :

 

À partir de simulations réalisées avec le modèle numérique, démontrer quelques-unes des propriétés ci-dessous* :

(1) Les bactéries du microbiote intestinal se nourrissent de ce que nous mangeons.

(2) Les bactéries du microbiote intestinal nous protègent contre les bactéries pathogènes.

(3) Le microbiote intestinal peut être affecté par la prise d'antibiotiques.

*Formulation suggérant un travail possible par groupes, en ateliers 

 Focus technique : le logiciel NetBiodyn

  • kit hors-ligne
  • Didacticiel en mode simulation
  • lien vers vidéo ?

 

Aide à la résolution :

 

Propriétés à démontrer Conseils
(1)

 - Lancer une simulation pour une durée de 300 tics. Observer le comportement des populations bactériennes.

- À t = 300 tics, faire une pause et retirer une partie des nutriments présents dans l'intestin. Relancer la stimulation jusqu'à t = 1000 tics. 

- À partir des résultats obtenus, démontrer que les bactéries du microbiote intestinal utilisent les substances nutritives présentes dans notre intestin. 

(2)

- Lancer une simulation pour une durée de 300 tics. Observer le comportement des populations bactériennes.

 - À t = 300 tics, faire une pause et introduire 10 bactéries pathogènes dans la partie avant l'intestin. Relancee la simulation jusqu'à t = 600 tics. Observer le devenir des populations bactériennes.

 - Faire à nouveau cette simulation, mais après avoir retiré de l'intestin une partie des bactéries du microbiote.

- À partir du résultat obtenu, expliquer comment les bactéries du microbiote intestinal protègent l'organisme hôte contre les bactéries pathogènes.  

(3)

- Lancer une simulation pour une durée de 300 tics. Observer le comportement des populations bactériennes.

- À t = 300 tics, faire une pause et introduire 60 molécules d'antibiotiques dans l'intestin, sur toute sa longueur. Relancer la simulation jusqu'à t = 1200 tics.

- À partir des résultats obtenus, expliquer en quoi le microbiote intestinal peut être affecté par la prise d'antibiotiques. Nuancer le propos en observant ce qui se passe une fois que le traitement est arrêté.

fleche_rouge.gif  Voir des exemples de simulations

fleche_rouge.gif  Télécharger le pdf de l'énoncé de cette activité

fleche_rouge.gif Voir un point scientifique sur l'anté-immunité, en relation avec le point (2) de cette activité