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 Bilan / Microbiote humain et santé

Mots clefs : symbiose ; hôte et microbiote ; unicité et diversité du microbiote ; habitudes alimentaires et évolution du microbiote ; microbiote maternel et construction de la symbiose hôte-microbiote ; compétition entre microbes.

Connaissances :

Le microbiote humain représente l’ensemble des microorganismes qui vit sur et dans le corps humain. Le microbiote se met en place dès la naissance et évolue en fonction de différents facteurs comme l’alimentation (présence de fibres) ou les traitements antibiotiques. Le microbiote intestinal a un rôle indispensable dans l’immunité et dans la digestion. Certaines bactéries ont des propriétés anti-inflammatoires. Les interactions entre hôte et microbiote jouent un rôle essentiel pour le maintien de la santé et du bien-être de l’hôte. La composition en microorganismes et la diversité du microbiote sont des indicateurs de santé. Certains microorganismes normalement bénins du microbiote peuvent devenir pathogènes pour l’organisme notamment en cas d’affaiblissement du système immunitaire. Les travaux sur le microbiote établissent des corrélations entre des compositions du microbiote et des pathologies. La modulation du microbiote ouvre des pistes de traitement dans certains cas de maladies.

Bilan / Agents pathogènes et maladies vectorielles

Mots clefs : pathogène, vecteur, réservoir à pathogène, cycle évolutif, épidémie/endémie, modes de transmission, traitements, prophylaxie, vaccins, porteur sain.

Connaissances :

Certaines maladies causées par des agents pathogènes sont transmises directement entre êtres humains ou par le biais d’animaux tels que les insectes (maladies vectorielles). Les agents pathogènes (virus, certaines bactéries ou certains eucaryotes) vivent aux dépens d’un autre organisme, appelé hôte (devenu leur milieu biologique), tout en lui portant préjudice (les symptômes). La propagation du pathogène se fait par changement d’hôte. Il exige soit un contact entre hôtes, soit un vecteur biologique qui est alors l’agent transmetteur indispensable du pathogène (il assure la maturation et/ou la multiplication du pathogène). Le réservoir de pathogènes peut être humain ou animal (malade ou non). La propagation peut être plus ou moins rapide et provoquer une épidémie (principalement avec des virus). La connaissance de la propagation du pathogène (voire, s’il y en a un, du vecteur) permet d’envisager les luttes individuelles et collectives. Les comportements individuels et collectifs permettent de limiter la propagation (gestes de protection, mesures d’hygiène, vaccination, ...). Le changement climatique peut étendre la transmission de certains pathogènes en dehors de leurs zones historiques.

2/ Equilibre du microbiote

https://www.lelivrescolaire.fr/page/6095155

La bactérie Clostridium difficile observée au MEB (image colorisée), est responsable de colites entraînant des douleurs abdominales et des diarrhées qui peuvent être mortelles dans 5 % des cas. Près d’un demi-million de cas ont été diagnostiqués en 2017 aux États-Unis. Cette infection survient généralement après un traitement antibiotique, surtout en milieu hospitalier, ou chez des personnes qui ont un système immunitaire affaibli. 4 % de la population sont des porteurs sains de la bactérie, c’est-à-dire qu’ils présentent la bactérie sans symptômes associés.

Candida albicans est une levure (champignon microscopique) naturellement présente dans la bouche des êtres humains. Généralement inoffensive, elle est cependant à l’origine de candidoses, des maladies se manifestant par des taches blanches douloureuses sur la langue ou le palais. Ces maladies surviennent après un traitement antibiotique prolongé ou chez des personnes avec un système immunitaire affaibli, comme les personnes atteintes du sida.

Chez deux volontaires ayant consommé le même repas, la quantité de C. albicans varie en fonction de la fréquence du brossage de dents.

Association de microorganismes	Conséquences
Candida albicans + Streptococcus oralis	Candidose, inflammation des tissus
Candida albicans + Streptococcus mutans	Apparition précoce de caries dans l’enfance
Candida albicans + Fusobacterium nucleatum	Coexistence sans effets néfastes sur la santé

Près d’un enfant sur deux souffre de caries, une dégradation des dents causée par certaines bactéries.

Effet de l’alimentation sur la modification du microbiote intestinal.

Des individus végétariens ou ayant un régime riche en produits d’origine animal ont changé de type d’alimentation pendant 4 jours. Ils reprennent ensuite leur alimentation habituelle. La diversité microbienne est augmentée après un changement de régime alimentaire.

rôle du microbiote dans la nutrition.

Des souris axéniques reçoivent le microbiote d’individus soit obèses (Ob), soit minces (Mi). Les souris sont ensuite élevées en groupes, soit homogènes soit mixtes (on parle alors de coélevage). Les souris se nourrissent des excréments présents dans la cage, ce qui permet des transferts de microbiote.

Il existe des souris si propres et si soignées que, de leur vie, elles n’ont jamais vu un microbe. Ce sont les souris axéniques, dépourvues de microbiote car nées par césarienne, animaux de laboratoire élevés « en bulles », dans des conditions stériles. La vie n’est pas facile pour elles. Cette absence de bactéries les rend particulièrement sensibles aux pathogènes, aux allergies, au stress. Des travaux ont montré chez elles des troubles de croissance par rapport à leurs congénères habitées par des bactéries. Ces animaux font cependant l’objet de nombreuses expérimentations pour l’étude du microbiote. Ils permettent par exemple d’étudier l’effet des transferts de microbiotes, ou encore, de caractériser les effets sur la santé des différentes souches bactériennes.

	Souris axénique sans traitement	Souris axénique + Bacteroides fragilis inoculées dans l’intestin
Rate et ganglions	Petit et mal formés	Normaux
Lymphocytes dans la rate et l’intestin	Déficit global	Normaux
Anticorps dans l’intestin et le sang	Déficit total ou partiel	Normaux

Expérience 1 : transfert du microbiote intestinal d’un couple de femmes jumelles, l’une obèse, l’autre mince, dans l’intestin de souris axéniques soumises ensuite à la même alimentation. On a constaté des différences entre les microbiotes de personnes obèses et de personnes minces. Résultat : la souris contenant du microbiote de femme obèse est devenue elle-même obèse alors que la souris contenant du microbiote de femme mince est restée mince.

Expérience 2 : cohabitation des 2 souris, celle devenue obèse avec l’autre restée mince, dans une même cage. On précise que les souris sont coprophages, c’est-à-dire qu’elles mangent leurs crottes. Résultat : les deux souris sont minces.

Effet de traitements antibiotiques puis du transfert de microbiote intestinal sur une infection à C. difficile.

L’infection des souris est mesurée par le nombre de bactéries présentes dans leurs excréments. Les souris ont subi deux traitements antibiotiques par la vancomycine (van) puis une transplantation de microbiote intestinal de souris saines.

=> Un transfert de microbiote intestinal sur une infection à C. difficile est plus efficace qu’un traitement antibiotique

Effet des bactéries Faecalibacterium prausnitzii sur des inflammations intestinales.

Des souris présentant des symptômes similaires à la maladie de Crohn reçoivent ou non une administration de bactéries intestinales présentes chez des personnes saines et absentes chez les patients atteints de la maladie de Crohn.

=> Les souris ayant reçu une injection de bactérie ont une inflammation intestinale divisée par 2

Proportion de souris atteintes d’un diabète de type 1 chez des souris prédisposées génétiquement.

=> en milieu stérile il y a deux fois plus de souris diabétiques

Résistance de S. aureus à un antibiotique en milieu hospitalier.

Le lavage des mains effectif représenterait moins de 50 % de ce qui est recommandé en milieu hospitalier et serait à l’origine d’infections nosocomiales, notamment dues à S. aureus. Du grec ancien νοσοκομεῖον, nosokomeîon (hôpital, infirmerie), dérivé de νόσος, maladie, et ϰομεῖν, soigner, est qualifiée de nosocomiale une infection contractée dans un établissement de soins. Un nouveau protocole de lavage des mains peut réduire de 10 % le taux d’infections nosocomiales

L’eczéma, ou dermatite atopique, est une maladie inflammatoire chronique entraînant rougeurs et démangeaisons.

Les patients ont souvent une prédisposition génétique à l’eczéma, renforcée par des paramètres de l’environnement.

Comparaison de quelques groupes de bactéries du microbiote intestinal chez des patients sujets ou non à l’eczéma (étude sur 132 sujets sud-coréens) : Les microorganismes présents à la surface de la peau pourraient être impliqués dans le phénomène.

Effets des microorganismes ou d’un traitement placebo sur l’eczéma.

Le score SCORAD est une méthode utilisée en médecine pour estimer l’ampleur de l’eczéma d’un patient. Les bactéries utilisées sont naturellement présentes dans la bouche ou dans l’intestin chez de nombreux humains.

Condition / Date	Avant traitement	Après 3 mois de traitement	2 mois après arrêt du traitement
Traitement avec ingestion de Lactobacillus salivarius et Bifidobacterium breve	46,25	29,45	22,63
Traitement placebo (sans microorganismes)	45	40,21	38

Le traitement avec ingestion de bactéries fait diminuer l’eczéma de moitié.

La quantité de S.doré augmente pendant une crise d’eczéma en même temps que la diversité microbiologique diminue. Après une crise ou une prise d’antiinflammatoire la diveristé microbiologique augmente et la proportion de S. doré diminue.

Effet de quelques microorganismes chez des souris modèles.

Des lignées de souris pouvant facilement déclencher de l’eczéma sont soumises à un traitement antibiotique, puis à des dépôts sur la peau de solution contenant soit des bactéries Corynebacterium mastitis, soit C. bovis, soit S. aureus.

• Les interactions entre hôte et microbiote jouent un rôle essentiel pour le maintien de la santé et du bien-être de l’hôte.

• La composition en microorganismes et la diversité du microbiote sont des indicateurs de santé.

• Certains microorganismes normalement bénins du microbiote peuvent devenir pathogènes pour l’organisme notamment en cas d’affaiblissement du système immunitaire.

• Les travaux sur le microbiote établissent des corrélations entre des compositions du microbiote et des pathologies.

• La modulation du microbiote ouvre des pistes de traitement dans certains cas de maladies.

Mots clefs : pathogène, vecteur, réservoir à pathogène, cycle évolutif, épidémie/endémie, modes de transmission, traitements, prophylaxie, vaccins, porteur sain.

 prochainement QCM sur microbes

 

 

petit sondage biogéologique : avez vous déjà ... □ fait une rando en montagne ? □ une balade en forêt ?

□ escaladé les rochers ? □ grimpé dans un arbre ? □ nagé dans un lac ? □ ...

□ cueilli une fleur ? □ planté une plante ? □ capturé, □ élevé, □ tué un animal ? □ ...

□ utilisé un microscope ? □ des jumelles ? □ une loupe ? □ ...

au verso du sondage répondre à la question :

Qu’est-ce que la vie ? le vivant ?

écrire des mots, un texte, un dessin

4/ L’ORGANISATION FONCTIONNELLE DU VIVANT

Les niveaux d’organisation des êtres vivants pluricellulaires seront explorés.

La notion de cellule spécialisée, avec ses caractéristiques structurelles et métaboliques, est reliée à une expression génétique spécifique.

L’étude des échanges de matière et d’énergie entre les cellules constitue une première approche des relations existantes entre les cellules d’un organisme, entre les organismes et entre les êtres vivants et leur milieu.

L’étude des interactions entre les organismes s’étend à l’étude de la biodiversité à différentes échelles et du fonctionnement des écosystèmes.

Comment un organisme est-il organisé ?

4,1/ L’ORGANISME PLURICELLULAIRE, UN ENSEMBLE DE CELLULES SPÉCIALISÉES

4,1,1/ La cellule, unité structurale et fonctionnelle du vivant

1/ Echelle du vivant

Distinguer les différentes échelles du vivant (molécules, cellules, tissus, organes, organisme) en donnant l’ordre de grandeur de leur taille.

? prétest sur échelles : donner en m la valeur d’1 µm, 1 nm, 1 cm, 1 km, 12 500 km, 1,2x10^-2 dm

notez la réponse scientifiquement => puissances de dix

3,3/ Phylogénie de la lignée humaine

La paléoanthropologie construit un récit scientifique de nos origines à partir des archives fossiles. La phylogénie permet d’étudier les relations de parenté entre les espèces actuelles et fossiles d’Hominidés.

1/ Parenté des primates actuels

Analyser des matrices de comparaison de caractères morpho-anatomiques résultant d’innovations évolutives afin d’établir des liens de parenté et de construire un arbre phylogénétique.

Manuel p.224

découpez-classez les étiquettes

mai

logiciel phylogène : demo sur les primates (archontes) : noter matrice codée et arbre phylogénétique

1. ouvrir le logiciel phylogène ("ce PC" -> "ressources partagées" -> "raccourcis" -> "labo")

2. séléctionner la collection "Archontes", cliquer sur OK

3. comparer les espèces, pour chaque espèce vous disposez de données générales, biologiques ou anatomiques,

4. construire une matrice taxons/caractères (tableau de comparaison) en vous aidant des données fournies ("montrer les états") puis vérifier la matrice

5. polariser et coder les états de caractères (primitif=ancestral ou dérivés=évolué) dans la matrice

6. choisir le taxon "toupaïe" comme extragroupe et colorer les états primitifs suivant l'extragroupe

7. colorer les états dérivés avec une autre couleur, vérifier le codage

8. établir des parentés

9. organiser le tableau (classer la matrice) en déplaçant les colones et le lignes

10. choisir les taxons dans le tableau

11. relier les taxons pour construire l'arbre

12. afficher la longueur de l'abre ("choix") et modifier les branchements pour obtenir l'arbre le plus parcimonieux (longueur la plus courte : 7)

13. copier le tableau et l'arbre, coller dans un document, enregistrer avec Prénom, NOM, classe

14. envoyer par mail pour correction et note

Les Archonta (Archontes en français (en grec ancien ἄρχοντες / árkhontes, de ἄρχω / árkhô, « commander, être le chef ») ) étaient un taxon des mammifères placentaires aujourd'hui considéré comme désuet, il regroupait notamment les primates, les toupayes, les dermoptères et les chauves-souris. Depuis la fin du XXe siècle, ce clade est utilisé dans une définition plus restreinte qui en exclut les chauves-souris. Au vu de ce changement majeur, on lui préfère le terme de Euarchonta. 

pour télécharger le logiciel : https://acces.ens-lyon.fr/acces/thematiques/evolution/logiciels/phylogene

 

2/ Séquençage génomique et bioinformatique

Séquençage et bioinfo en Video INSERM 3’54 : https://youtu.be/TCnG7R50IlU

Le séquençage de l'ADN est inventé dans la deuxième moitié des années 1970. Deux méthodes sont développées indépendamment, l'une par l'équipe de Walter Gilbert, aux États-Unis, et l'autre par celle de Frederick Sanger (en 1977), au Royaume-Uni. Ces deux méthodes sont fondées sur des principes diamétralement opposés : l'approche de Sanger est une méthode par synthèse enzymatique sélective, tandis que celle de Maxam et Gilbert est une méthode par dégradation chimique sélective.

La méthode de Maxam et Gilbert nécessite des réactifs chimiques toxiques et reste limitée quant à la taille des fragments d'ADN qu'elle permet d'analyser (< 250 nucléotides). Moins facile à robotiser, son usage est devenu aujourd'hui confidentiel.

Au cours des 25 dernières années, la méthode de Sanger a été largement développée grâce à plusieurs avancées technologiques importantes :

• la mise au point de vecteurs de séquençage adaptés, comme le phage M13 développé par Joachim Messing au début des années 1980 ;

• le développement de la synthèse chimique automatisée des oligonucléotides qui sont utilisés comme amorces dans la synthèse ;

• l'introduction de traceurs fluorescents à la place des marqueurs radioactifs utilisés initialement. Ce progrès a permis de sortir le séquençage des pièces confinées nécessaires à l'usage de radio-isotopes ;

• l'adaptation de la technique PCR pour le séquençage ;

• l'utilisation de séquenceurs automatiques de gènes ;

• l'utilisation de l'électrophorèse capillaire pour la séparation et l'analyse.

Sanger method in video : https://youtu.be/-QIMkQ4E_wE

La génomique est une discipline de la biologie moderne. Elle étudie le fonctionnement d'un organisme, d'un organe, d'un cancer, etc. à l'échelle du génome, au lieu de se limiter à l'échelle d'un seul gène.
La génomique se divise en deux branches :

• La génomique structurale, qui se charge du séquençage du génome entier ;

• La génomique fonctionnelle, qui vise à déterminer la fonction et l'expression des gènes séquencés en caractérisant le transcriptome et le protéome.

La bio-informatique, ou bioinformatique, est un champ de recherche multi-disciplinaire de la biotechnologie où travaillent de concert biologistes, chimistes, médecins, informaticiens, mathématiciens, physiciens et bio-informaticiens, dans le but de résoudre un problème scientifique posé par la biologie. Plus généralement, la bio-informatique est l'application de la statistique et de l'informatique à la science biologique. Le spécialiste qui travaille à mi-chemin entre ces sciences et l'informatique est appelé bio-informaticien ou bionaute. Ce domaine s'étend de l'analyse du génome à la modélisation de l'évolution d'une population animale dans un environnement donné, en passant par la modélisation moléculaire, l'analyse d'image, l'assemblage de génome et la reconstruction d'arbres phylogénétiques (phylogénie). Cette discipline constitue la « biologie in silico », par analogie avec in vitro ou in vivo.

Le développement des techniques de séquençage de l’ADN et les progrès de la bioinformatique donnent directement accès au génôme de chaque individu comme à ceux de ses ascendants et descendants.