TP-TD 3 : La révolution microbiote

Introduction : Si le microbiote était presque totalement ignoré il y a quelque temps, il représente un des plus prolifiques axes de recherche actuel. On le pensait homogène, ennuyeux et même dangereux, il semble que les dernières études prouvent son rôle vital pour la santé…

Problème : Qu’est ce que le microbiote et de quoi se compose-t-il ? Quels sont les endroits du corps colonisés et est-il le même chez tous ? Quel est son rôle ? Comment nous permet-il de comprendre certaines maladies ? 

Objectifs : 

  • Observer des micro-organismes symbiotiques avec l’être humain et en appréhender sa répartition et son nombre
  • Comprendre les apports bénéfiques des microorganismes
  • Envisager des applications thérapeutiques 
  • Savoir ménager et entretenir son microbiote
  • Compétences travaillées dans le TP (grille à la fin)

I- Les micro-organismes de notre organisme : 

A- observation du microbiote

1- D’après le texte suivant, comment Elie Metchnikov a pu démontrer l’existence du microbiote et qu’entend-on par rôle bénéfique  ?

Document 1 : les premières études du microbiote.

L’étude de notre microbiote intestinal remonte au début du 20ème siècle. Alors que Pasteur s’est intéressé aux bactéries pathogènes, l’un de ses élèves, Elie Metchnikov, décide quelques années plus tard d’étudier les propriétés des bactéries présentes dans nos intestins. Il met ainsi en évidence les effets bénéfiques des ferments lactiques (apportés par les laits fermentés et les yaourts) sur cette flore et sur notre organisme en général. Suite à ces travaux, il évoque l’idée que ces bactéries, loin d’être pathogènes, jouent sans doute un rôle essentiel à notre bien-être.

2- Protocole : Sur les traces de Metchnikov : Observer au microscope optique et à l’objectif 40 ou 60 un microbiote humain. Prenez une photo que vous légenderez proprement. Comparez ce microbiote à un microbiote de ruminant. 

Quelles sont les différences visibles ?

3- Grâce au microscope électronique, qu’est il possible de mettre en évidence ?

Document 2 : Etude de 2 organismes du microbiote pulmonaire

D’après  https://phototheque.pasteur.fr

Interaction Aspergillus fumigatus (champignon) et Pseudomonas aeruginosa (bactérie pulmonaire) observée en microscopie électronique à balayage. La bactérie se fixe le long du mycélium et émet des filaments augmentant son adhésion.

B- Diversité des microbiotes : une signature ?

1- D’après les documents 1 et 2 de votre livre p 272, présentez rapidement la diversité du microbiote humain et formulez des hypothèses expliquant l’origine de cette diversité. 

2- Des études récentes montrent que le nombre de microbiote intestinal a été surestimé. Sachant que le poids des microbiote est en moyenne de 450g au niveau du colon et que la proportion de bactéries par gramme de matière fécale a été mesurée à 9,2 x1010, quelle est la quantité totale de bactéries dans le colon ? Le nombre de cellules humaines est estimée en moyenne à 26×1012 cellules. Quel est le ratio bactéries/cellules humaines ?

3- D’après le document 3, comment le microbiote s’installe-t-il ? Et quels sont les paramètres qui influent sur la diversité du nourrisson ?

 Document 3 : Variation du microbiote intestinal humain : (a) au cours des 838 premiers jours ; (b) Au cours de la vie et paramètres environnementaux / du mode de vie qui l’influencent

d’après Spot, Koren & Ley http://edu.mnhn.fr

4- Comparez les paramètres de diversification du microbiote chez le nourrisson, aux autres stades de la vie d’un individu (similitudes et différences) ?

5- D’après le document 2 de votre livre p272, peut-on envisager d’identifier des personnes par leur microbiote. 

6- Après une recherche appropriée sur internet, définissez le terme entérotype ainsi que les 3 types qui sont ciblés dans la définition. 

  • Cette définition peut-elle s’appliquer au document 2 de votre livre ?

II- Le rôle du microbiote : 

A- Etude d’une expérience sur le microbiote intestinal

1- D’après les documents 1 à 3 de votre livre p 274, quelles sont les hypothèses émises par les chercheurs ?

2- Etudiez chaque document (1, 2 et 3 p 274) et analysez les résultats selon la méthode donnée (je vois que … Or je sais que… Donc je conclus que…).

3- Sachant que les outils moléculaires du vivant sont essentiellement des protéines, quel lien pouvez vous faire avec l’étude des histogrammes du document 4 suivant et l’expérience précédente (on considère ici que la plus grande part du microbiote est représentée par les bactéries).

Document 4 : production de protéines suivant différents types de bactéries.

B- Une simulation pour comprendre le rôle du microbiote sur notre immunité

1- A l’aide des documents 4 et 5 de votre livre p 275, et du graphique du document 5 ci-dessous, analysez les résultats et émettez une hypothèse sur le rôle du microbiote dans notre immunité.

Document 5 : Effet de la prise d’antibiotique au niveau intestinal chez un individu atteint d’une infection située en dehors du tube digestif. 

2- Protocole de simulation :  

Modèle de simulation proposé par P. Cosentino :  https://www.pedagogie.ac-nice.fr/svt/productions/edumodeles/algo/index.htm?modele=microbiote2bact

a- Modèle A : Microbiote d’un individu sain. 

b- Modèle B : Microbiote avec reproduction de l’effet antibiotique : nombre  de bactéries non pathogènes au démarrage à 0

C- Modèle C : transplantation fécale : nombre de bactéries non pathogènes au démarrage à 10

Pourquoi parle-t-on d’effet barrière du microbiote ?

C- Des rôles multiples du microbiote

Cet effet barrière n’est pas la seule action du microbiote sur notre immunité. La sécrétion de métabolites par les microorganismes symbiotiques permet aussi de renforcer notre immunité en la stimulant. 

Dans une publication du BMJ (British Medical Journal), différents rôles du microbiote sont détaillés : 

Documents 6 : différents rôles du microbiote intestinal

Flèche en pointillé : paramètre influençant le microbiote (rouge négativement ; bleu positivement)
Flèche en trait continu : effets du microbiote sur l’organisme (rouge = négatif ; bleu = positif)

1- Qu’apporte le document 6 quant à la qualité de notre microbiote sur notre santé ?

2- En conclusion et d’après vous, pensez vous que l’utilisation de produits bactéricides sur notre peau soit appropriée ? (si le temps, ouverture sur débat)

Travail à réaliser à la maison

Compléter la frise chronologique en ce qui concerne les découvreurs et ce qu’ils ont découvert sur les microbiotes. Votre étiquette doit être courte. Exemple :

Effectuer une petite recherche sur les découvreurs suivants, puis placez son étiquette dans la frise chronologique.

premier catalogue des gênes du microbiote 

notion de probiotique (déjà placée)

Joel Doré 

Jeffrey Gordon

Ellie Metchnikoff 

Antoine Van Leeuwenboek 

Théodore Escherich