Les rôles du microbiote humain

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MODELISER LE MICROBIOTE

Pour comprendre ses rôles dans le cas d'une inflammation de l'intestin

INTRODUCTION

TRAVAIL

DEFI 1

DEFI 2

DEFI 3

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DEFI 1

La compétition

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INTRODUCTION

Microbiote et inflammation

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DEFI 5

La consommation de fibres

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TRAVAIL

DEFI 4

Les antibiotiques

Objectifs et production à rendre

Base de O. License (lycée Richelieu) modifée par M. Sprengnether (lycée Léonard de Vinci)

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INTRODUCTION

ACCUEIL

INTRODUCTION

TRAVAIL

DEFI 1

DEFI 2

DEFI 3

De nombreuses pathologies sont liées à une inflammation de l’intestin et semblent provoquées par un déséquilibre du microbiote (= dysbiose) entre bactéries pro-inflammatoires et bactéries anti-inflammatoires. Par exemple, certaines crises de diarrhées aiguës correspondent à une inflammation transitoire de l’intestin. Grâce à un modèle numérique, nous allons étudier dans cette activité l'influence de certains facteurs de l’environnement qui peuvent modifier l’équilibre du microbiote et impacter les différents rôles de celui-ci.

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TRAVAIL

ACCUEIL

INTRODUCTION

TRAVAIL

DEFI 1

DEFI 2

DEFI 3

PRODCUTION A RENDRE

TRAVAIL A REALISER

• Votre production numérique présentera le détail de chaque modèle complété (exporter un résumé) et des captures d’écrans du logiciel pour argumenter vos réponses.
• Envoyez votre travail à la professeure sur e-lyco pour recevoir en retour le code pour ouvrir le cadena.

• Formez 3 équipes (une de 6 élèves et deux de 5 élèves) et relevez l'un des trois défis proposés afin d'étudier le lien entre l'équilibre du microbiote et l'inflammation de l'intestin.• Vous réaliserez un modèle numérique du microbiote à l'aide du logiciel Edu’Modèles.

Date du début de l'inventaire du microbiote humain...

Introduire le mot de passe

Date du début de l'inventaire du microbiote humain...

Introduire le mot de passe

Date du début de l'inventaire du microbiote humain...

Introduire le mot de passe

1. Complétez le pré-modèle 1 pour rendre compte de l’action des bactéries anti-inflammatoires sur Clostridium difficile (information scientifique n°3) en rajoutant les agents et règles nécessaires. → Création d'un nouvel agent "Bactéricide" à courte durée de vie (environ 10 tours). → Création de deux règles associées ("Action des bactéricides" sur Clostridium difficile et "Synthèse des bactéricides" par les bactéries anti-inflammatoires ). 2. Utilisez/interprétez les résultats de votre modèle pour valider l’hypothèse des microbiologistes.

Zones : rose = lumière de l’intestin blanche = paroi intestinale + « reste » du corps humain Agents : Résidu alimentaire : aliment en cours de digestion Bactérie anti-inflammatoire Bactéricide : molécule fabriquée par les bactéries anti-inflammatoires et limitant le développement des bactéries pro-inflammatoires Clostridium difficile : exemple de bactérie pro-inflammatoire Toxine inflammatoire : molécule inflammatoire fabriquée par Clostridium difficile Cellule immunitaire : globule blanc localisé dans la paroi intestinale Molécule de l’inflammation : sécrétée par les cellules immunitaires de la paroi intestinale Règles : Alimentation : génère les nutriments arrivant dans l'intestin Multiplication bactéries : multiplication des bactéries anti-inflammatoires du microbiote Multiplication Clostridium : multiplication des Clostridium difficile Synthèse toxines : libération des toxines inflammatoires par Clostridium difficile Inflammation : sécrétion par les cellules immunitaires des molécules activant l'inflammation Synthèse bactéricide : libération des molécules bactéricides par les bactéries anti-inflammatoires Action bactéricide : destruction de Clostridium difficile par les molécules bactéricides

J'ai réussi si : • Mon modèle traduit l'action de l'antibiotique sur les bactéries anti-inflammatoires. • Mes simulations permettent d'argumenter le lien entre la prise de l'antibiotique, l'effectif de Clostridium difficile et l'inflammation. Quelques conseils à respecter pour que mon modèle fonctionne... Ne pas toucher aux agents et règles existantes du pré-modèle. Choisir pour les règles de comportement, des probabilités de réaction à chaque tour inférieures à 5 %. Choisir une durée de vie pour l'antibiotique équivalente à celle des bactéries. Ne pas utiliser plus d'antibiotiques qu'il y a de bactéries dans l'environnement de travail.

Zones : rose = lumière de l’intestin blanche = paroi intestinale + « reste » du corps humain Agents : Résidu alimentaire : aliment en cours de digestion Bactérie anti-inflammatoire Bactéricide : molécule fabriquée par les bactéries anti-inflammatoires et limitant le développement des bactéries pro-inflammatoires Clostridium difficile : exemple de bactérie pro-inflammatoire Toxine inflammatoire : molécule inflammatoire fabriquée par Clostridium difficile Cellule immunitaire : globule blanc localisé dans la paroi intestinale Molécule de l’inflammation : sécrétée par les cellules immunitaires de la paroi intestinale Règles : Alimentation : génère les nutriments arrivant dans l'intestin Multiplication bactéries : multiplication des bactéries anti-inflammatoires du microbiote Multiplication Clostridium : multiplication des Clostridium difficile Synthèse toxines : libération des toxines inflammatoires par Clostridium difficile Inflammation : sécrétion par les cellules immunitaires des molécules activant l'inflammation Synthèse bactéricide : libération des molécules bactéricides par les bactéries anti-inflammatoires Action bactéricide : destruction de Clostridium difficile par les molécules bactéricides

J'ai réussi si... • Mon modèle traduit la synthèse du bactéricide par les bactéries anti-inflammatoires. • Mon modèle traduit l'action du bactéricide sur Clostridium difficile. • Mes simulations permettent de valider l'hypothèse des microbiologistes. Quelques conseils à respecter pour que mon modèle fonctionne... Ne pas toucher aux agents et règles existantes du pré-modèle. Choisir pour les règles de comportement, des probabilités de réaction à chaque tour inférieures à 5 %. Choisir une courte durée de vie pour la molécule bactéricide (une dizaine de tours environ). Limiter le nombre de bactéries placées au début à 200.

Zones : rose = lumière de l’intestin blanche = paroi intestinale + « reste » du corps humain Agents : Résidu alimentaire : aliment en cours de digestion Bactérie anti-inflammatoire Clostridium difficile : exemple de bactérie pro-inflammatoire Toxine inflammatoire : molécule inflammatoire fabriquée par Clostridium difficile Cellule immunitaire : globule blanc localisé dans la paroi intestinale Molécule de l’inflammation : sécrétée par les cellules immunitaires de la paroi intestinale Règles : Alimentation : génère les nutriments arrivant dans l'intestin Multiplication bactéries : multiplication des bactéries anti-inflammatoires du microbiote Multiplication Clostridium : multiplication des Clostridium difficile Synthèse toxines : libération des toxines inflammatoires par Clostridium difficile Inflammation : sécrétion par les cellules immunitaires des molécules activant l'inflammation

« Mangez au moins 5 fruits et légumes par jour » est l’une des recommandations de l’Organisation Mondiale de la Santé (OMS), reprise par le gouvernement français dans le cadre d’une campagne prophylactique du Programme National Nutrition Santé (PNNS). Ces aliments nous apportent, outre de nombreuses vitamines, les fibres qui sont essentielles à notre alimentation et permettent une bonne digestion des aliments et assimilation des nutriments.

Les microbiologistes émettent l’hypothèse que les différentes espèces de micro-organismes composant le microbiote intestinal humain, sont en compétition permanente pour leurs ressources alimentaires (c’est-à-dire les différents résidus alimentaires qui circulent dans la lumière de l’intestin = espace creux de l’intestin). C’est en partie grâce à cette compétition interspécifique, que les « bonnes » bactéries anti-inflammatoires, à l’effectif très largement majoritaire chez un sujet sain, arrivent à contenir la prolifération des bactéries pro-inflammatoires comme Clostridium difficile.

1. Complétez le pré-modèle 2 pour modéliser l’effet de la consommation de fibres sur les différentes bactéries du microbiote intestinal (information scientifique n°4), en rajoutant les agents et règles nécessaires. → Création d'un nouvel agent "Fibre" en même proportion de les résidus alimentaires. → Création de deux règles ("Alimentation en fibres" permettant l'apparition spontanée de fibres dans l'intestin et "Synthèse de bactéries anti-inflammatoires" à partir de fibres et de bactéries anti-inflammatoires = production de 2 bactéries anti-inflammatoires). 2. Utilisez/interprétez les résultats de votre modèle pour montrer que la consommation de fibres participe à réduire une inflammation chronique de l’intestin (dans une certaine mesure !).

J'ai réussi si... • Mon modèle traduit la prise d'un repas riche en fibres. • Mon modèle traduit l'utilisation des fibres par les bactéries anti-inflammatoires. • Mes simulations permettent d'argumenter le lien entre la prise d'un repas riche en fibres, l'effectif de Clostridium difficile et l'inflammation. Quelques conseils à respecter pour que mon modèle fonctionne... Ne pas toucher aux agents et règles existantes du pré-modèle. Se baser sur les règles de comportements déjà existantes pour créer les nouvelles. Conserver le nombre total de 100 entités "aliment" placées au démarrage, quelle que soit la part des fibres dans le repas.

Les antibiotiques tuent les bactéries responsables d’une infection, mais déclenchent aussi fréquemment des diarrhées chez les patients traités. Dans 15 à 25 % des cas, ces diarrhées sont causées par la bactérie Clostridium difficile et ne sont que transitoires. La prise répétée et rapprochée d’antibiotiques peut les aggraver.

1. Complétez le pré-modèle 2 pour modéliser l’effet d’un antibiotique sur les bactéries du microbiote intestinal (information scientifique n°2) en rajoutant les agents et règles nécessaires. → Création d'un nouvel agent "Antibiotique" à longue durée de vie (environ 200 tours) en grande quantité (environ 200).→ Création d'une nouvelle règle ("Action des antibiotiques" sur les bactéries anti-inflammatoires).2. Utilisez/interprétez les résultats de votre modèle pour montrer que la prise d’un antibiotique peut effectivement expliquer l’apparition de diarrhées suite à un déséquilibre transitoire du microbiote.