Microorganismes et santé

Partie 2 Microorganismes et santé

 

Chapitre 1 Agents pathogènes et maladies

TP 5 Les agents pathogènes

Introduction :

Dans notre environnement d’innombrables microbes sont présents. On désigne ainsi des êtres vivants très divers, microscopiques et unicellulaires. Seuls certains d’entre eux sont capables de déclencher des maladies et sont qualifiés de pathogènes.

Problématique :

Quelles sont les caractéristiques des différents groupes d’agents pathogènes ?

Réflexions sur la résolution des problématiques :

  • Peut-être qu’il existe plusieurs catégories d’agents pathogènes ?

Actions réalisées :

Nous allons observer différents agents pathogènes et les maladies qu’ils provoquent.

Résultats obtenus :

Document 1 : Les eucaryotes unicellulaires.

Euc

Certains êtres vivants eucaryotes sont constitués d’une seule cellule. Nous en avons déjà étudié quelques-uns comme les levures ou les euglènes. Certains doivent se développer à l’intérieur d’un autre organisme. S’ils lui portent préjudice, ce sont alors des parasites responsables de maladies

 

Ci-contre : Microphotographie de levures Candida albicans (une boule bleue = une levure), eucaryote responsable de mycoses.

 

Document 2 : Les bactéries.

Bac

Une bactérie est constituée d’une cellule simple, sans noyau ni organite. Leur génome est au contact direct du cytoplasme. Les bactéries se développent dans des milieux très variés, avec lesquels elles échangent matière et énergie, comme toutes les cellules vivantes. Certaines bactéries sont des parasites qui vivent aux dépens de leur hôte où elles prolifèrent et peuvent libérer des toxines pathogènes.

 

Ci-contre : Microphotographie de Vibrio cholerae, bactérie responsable du choléra.

 

Document 3 : Les virus.

Vir

Les virus sont des organisations simples de molécules de nature organique. Ils sont constitués en général d’une coque protéique appelée capside qui renferme le génome viral constitué d’ADN ou d’ARN et diverses autres protéines. Chaque virus possède une capside spécifique.

Le virus ne possède aucune activité métabolique propre. Il a toujours besoin d’une cellule d’être vivant pour lui servir d’hôte. Après s’y être introduit, il détourne le métabolisme et les structures cellulaires pour se reproduire. Ainsi, la cellule parasitée devient une véritable « usine » à nouveaux virus puis finit par mourir, libérant ainsi les virus nouvellement fabriqués.

 

Ci-contre : Microphotographie de virus bactériophage.

 

A partir de ces documents, établissez les caractéristiques des 3 différents types d’agents pathogènes sous forme de tableau organisé.

Conseils :

  • Organisez votre tableau en catégories (structure, taille, composants, mode de vie, maladies provoquées…).
  • Expliquer comment ils exercent une action pathogène.
  • Trouvez des exemples de maladies provoquées chez l’homme par ces différents agents.

Document 4 : La situation actuelle.

Les principaux antibiotiques ont pour mode d’action de bloquer le métabolisme des cellules. Après avoir présenté rapidement la maladie qui nous force à rester chez nous actuellement (agent pathogène, symptômes, origine supposée…), expliquez pourquoi les antibiotiques ne peuvent pas avoir d’action importante sur le covid 19.

 

Eucaryotes unicellulaires

Bactéries

Virus

Structure

Cellule eucaryote

Cellule procaryote

Protéines + matériel génétique

Taille

10 à 100 μm

1 à 10 μm

10 à 100 nm

Constituants

Membrane, cytoplasme, noyau, ADN chromosomique, protéines, (paroi)

Paroi, membrane, ADN circulaire, protéine, plasmide(s)

Protéines, ADN ou ARN

Mode de vie

Vie libre ou parasitaire

Vie libre ou parasitaire

Parasite cellulaire

Métabolisme

Oui, autotrophe ou hétérotrophe

Oui, autotrophe ou hétérotrophe

Non

Exemples de pathologie induite

Paludisme, toxoplasmose, maladie du sommeil, candidose

Tétanos, tuberculose, peste, anthrax

Grippe, varicelle, ebola, variole

Mode d’action pathogène

Parasitisme des cellules ou  des tissus

Parasitisme des cellules, production de toxines

Parasitisme des cellules et détournement de la machinerie cellulaire.

Moyens de lutte

Poisons cellulaires (colchicine, antifongiques)

Antibiotiques, antitoxines

Antiviraux, vaccination

 

Introduction

Le monde est actuellement confronté à une pandémie causée par un virus. Afin de lutter efficacement, certaines mesures ont été prises et des recherches de traitement sont menées dans de nombreux laboratoires. Après avoir présenté la maladie, nous verrons les raisons de l’inefficacité des antibiotiques dans le cadre de la lutte contre le covid 19.

Paragraphe 1

En novembre 2019 est apparue une maladie dont les symptômes étaient des difficultés respiratoires, de la fièvre et des céphalées intenses. Quelques recherches ont permis de découvrir l’agent infectieux responsable de ces troubles. Le SARS-CoV-2 est un virus appartenant à la famille des coronavirus qui sont des virus à capside et à ARN ce qui en fait des rétrovirus. Ils sont de grande taille, dépassant les 100 nm, et leur nom est dû à des protubérances émergeant de la capside pour former une sorte de couronne protéique. Ces protubérances permettent au virion de se lier avec les protéines membranaires des cellules et d’entrer à l’intérieur de la cellule. Une fois à l’intérieur, il se reproduit et de nouveaux virions sont libérés dans l’organisme lors de la mort de la cellule hôte. La mort de nombreuses cellules entraîne des difficultés respiratoires et une inflammation importante. Dans les cas les plus graves, la pneumopathie est si importante qu’elle déclenche un syndrome de détresse respiratoire aiguë.

La lutte contre ce virus est un enjeu mondial mais l’emploi des antibiotiques est impossible dans ce cas.

Paragraphe 2

En effet, les antibiotiques sont des substances dont le mode d’action est d’empêcher le métabolisme de la cellule procaryote. Ainsi, en bloquant la synthèse des protéines par exemple, les antibiotiques empêchent la reproduction des bactéries ou provoquent leur destruction en endommageant leur paroi ou leur membrane. Les antibiotiques sont en revanche inefficaces sur les cellules eucaryotes ou  sur les virus. Or, le SARS-CoV-2 est un virus qui infecte des cellules eucaryote. On ne peut donc pas le détruire avec les antibiotique sous sa forme virale libre car il n’a pas de métabolisme, et on ne peut pas non plus utiliser les antibiotiques pour détruire les cellules infectées car elles sont eucaryotes.

Conclusion

La lutte contre la pandémie de covid 19 passera donc par la découverte d’un vaccin permettant à notre système immunitaire de se débarrasser lui-même du virus et des cellules infectées et/ou par la découverte d’un traitement qui amoindrira les effets de la pneumopathie engendrée par les attaques du virus.

Glossaire :

Capside : Enveloppe, constituée majoritairement de protéines, qui enveloppe et protège le matériel génétique des virus.

Céphalées : maux de tête.

Inflammation : Réaction immunitaire innée qui permet de lutter contre une agression de l’organisme. (Gonflement, chaleur, rougeur, douleur)

Pandémie : épidémie affectant à grande échelle une population ou un territoire.

Rétrovirus : virus possédant de l’ARN comme matériel génétique. Cet ARN doit être transcrit en ADN par la cellule puis retranscrit en ARNm et enfin traduit sous forme de protéines. Ces étapes supplémentaires favorisent l’apparition de mutations.

Virion : particule virale

Chapitre 2 une maladie à transmission directe : Le SIDA

Tp6 sidaTp6 sida (230.87 Ko)

Introduction :

Le VIH (virus de l’immunodéficience humaine) est, comme tous les virus, un parasite qui doit s’introduire dans une cellule pour s’y reproduire. Il est à l’origine du SIDA (syndrome d’immunodéficience acquise), maladie mortelle qui se manifeste par un effondrement des défenses immunitaires. 

Problématique :

Comment le VIH peut-il être à l’origine de l’épidémie de SIDA?

Réflexions sur la résolution des problématiques :

  • Peut-être que le VIH s'attaque à des cellules particulières ?

Actions réalisées :

Nous allons etudier le mode d'action du VIH.

Analyse de documents.

Introduction:

Le SIDA est une maladie mortelle qui se caractérise par un effondrement progressif des défenses immunitaires, ce qui conduit à une impossibilité pour l'organisme de se défendre contre les agressions. Nous cherchons à comprendre comment le VIH est à l'origine de cette épidémie et comment nous pouvons nous en prémunir. nous parviendrons à résoudre cette problématique par une analyse rigoureuse des documents qui nous sont présentés.

Le premier document est un schéma qui nous présente le mode d'action du VIH. On observe que le VIH se fixe à des recepteurs CD4 des lymphocytes T4 humains pour pénetrer la cellule. Une fois à l'intérieur, il utilise la machinerie cellulaire pour se multiplier et libérer de nouveaux virus qui iront infecter d'autres cellules. A terme, la cellule infectée est détruite.

Le document 2 est un tableau nous présentant les modes de transmission du virus VIH. Les individus sont infectés après contact direct avec des fluides de personnes contaminées. Le plus grand nombre de contaminations est observé lors de rapports sexuels non protégés. L'épidémie concerne environ 37 000 000 de personnes dans le monde dont 9 000 000 qui ne savent pas qu'ils sont contaminés.

Les phases de la maladies sont présentées dans le graphique du document 3. On y observe trois phases distinctes:

La primo infection est la phase initiale, juste après la contamination. Elle est souvent discrète, tout au plus peut on observer quelques rares symptomes comme une fièvre ou des courbatures. On observe cependant que la charge virale est importante, ce qui rend les personnes infectées très contagieuses. L'organisme réagit et le nombre d'anticorps circulant est important. Tout se passe comme si l'infection était jugulée. L'individu entre alors dans la deuxième phase.

La phase asymptomatique est caractérisée par une baisse progressive des LT4 et un plateau des anticorps circulant et de la charge virale. L'individu ne présente aucun symptôme. Cette phase peut être relativement longue et durer plusieurs années.

Le SIDA est dit déclaré lors de la troisième phase de la maladie. On observe une chute du nombre de lymphocytes T4, des anticorps circulants et une augmentation importante de la charge virale. L'individu présente alors des symptomes importants, et des maladies dites opportunistes s'installent et finissent par provoquer la mort.

Les moyens de prévention et de lutte contre la maladie sont présentés dans le document 4.

La prévention consiste en une communication importante visant à informer la population à propos du VIH. 80% des contaminations se produisant lors de rapports sexuels non protégés, il est important de promouvoir l'utilisation des préservatifs. Les populations à risque comme les toxicomanes doivent éviter les échanges de seringues. En cas de doute, il existe des tests qui permettent de savoir si l'on est porteur du virus.

Ainsi, le VIH est à l'origine de l'épidémie de SIDA en s'attaquant aux lymphocytes 4 qui sont des cellules responsables de la défense immunitaire. En leur absence, le corps ne peut plus se défendre et des maladies opportunites peuvent proliférer et être à l'origine du décès. Comme nous ne disposons pas encore de moyens de lutte contre la maladie, l'essentiel des politiques sanitaires visent à empécher la propagation du virus dans la population en utilisant des tests et en promouvant des moyens de protections efficaces (préservatifs, programme de distribution de seringues stériles).

Chapitre 3 Un exemple de maladie vectorielle: le paludisme

Tp7 paludismeTp7 paludisme (310.83 Ko)

Introduction :

Le paludisme est la première maladie parasitaire au monde. Elle est responsable de plus de 400 000 morts par an, principalement des enfants de moins de 5 ans. On estime que 40% de la population mondiale y est exposée, dans des zones géographiques particulières.

Problématique :

Comment expliquer l’importance de cette maladie dans certaines zones géographiques de la planète?

Objectifs :

Analyser des documents, comparer, raisonner.

Document 1 : Le paludisme et son agent pathogène.

L’agent pathogène du paludisme est un microorganisme unicellulaire du genre Plasmodium. Son milieu de vie principal est le globule rouge dans lequel il se développe et qu’il finit par détruire.

La maladie commence par une fièvre accompagnée ou non de céphalées, de douleurs musculaires, d’un affaiblissement, de vomissements et de diarrhées, de toux. Ces symptômes se présentent 8 à 30 jours après la contamination.

Elle se poursuit par des cycles alternant fièvre, tremblements avec sueurs froides et transpiration intense. Chaque phase coïncide avec la multiplication des parasites et l’éclatement des globules rouges, ce qui conduit à une anémie. Certaines formes de paludisme sont mortelles en absence de traitement.

Dans les régions où le paludisme est hautement endémique, une partie de la population est constituée de porteurs sains.

Les principaux vecteurs de l’agent pathogène sont des moustiques appartenant au genre anophèle.

 

Le paludisme (Plasmodium falciparum, Protozoaires) : hématies polyparasitées par Plasmodium falciparum. Microscopie optique, coloration au MGG (May Gründval Giemsa).

Plasmopod1

 

 

Source : Laboratoire de Parasitologie de l'Institut de Médecine Tropicale - - Thierry Fusai

 

 

Document 2 : Le cycle de reproduction du parasite et ses hôtes.

 

Cycle de plasmodium falciparum la transmission du parasite de lanophele seffectue au

 

Document 3 : Les populations particulièrement exposées au paludisme.

Selon l’OMS, en 2017, près de la moitié de la population mondiale est exposée au risque de contracter le paludisme. On recense 219 millions de personnes atteintes et 435 000 décès. L’Afrique subsaharienne est principalement touchée (92% des décès).

Certains groupes d’individus sont plus exposés à la maladie : Les nourrissons, les enfants, les femmes enceintes, les personnes infectées par le VIH, les migrants et les voyageurs non immunisés.

Paludisme carte 2017

 

 

Document 4 : Les moyens de lutte.

Le paludisme étant une maladie vectorielle, on peut envisager la lutte contre la maladie selon plusieurs plans :

  • La lutte contre le vecteur

Le plasmodium est obligé de passer chez l’anophèle pour accomplir son cycle de vie, ce qui donne une opportunité de lutter non pas contre le microorganisme lui-même, ce qui est compliqué, mais contre le moustique.

Le moyen le plus simple est donc de se débarrasser de l’anophèle, ou au moins de réduire sa population. Ainsi, en détruisant ou en réduisant son habitat, la population d’anophèle sera moindre et exercera une pression de prédation moins forte sur les populations humaines. De nombreux programmes d’assèchement des zones humides stagnantes sont en cours dans de nombreuses zones touchées par le paludisme. On procède également à de vastes épandages de produits insecticides comme le DDT, à l’introduction d’espèces prédatrices de l’anophèle et de ses larves et au largage de moustiques mâles stériles.

Parallèlement, on peut également faire en sorte que le moustique ne puisse plus se nourrir sur les humains. L’utilisation de répulsifs, de moustiquaires et d’insecticides prévient un grand nombre de piqûres.

  • La lutte contre le parasite

Le deuxième stade de la lutte est le développement de moyens de guérison des individus infectés. Certaines substances comme la quinine et ses dérivés peuvent être utilisés en préventif (empêcher la contamination) et en curatif (détruire le parasite).

Enfin, plusieurs programmes d’études visent à une vaccination pour apprendre à l’organisme à lutter contre le parasite (campagne Mosquirix). Cependant, la protection ne vise que les jeunes enfants et semblent dans l’immédiat partielle.

Glossaire :

Anémie : baisse importante du nombre de cellules sanguines

Céphalées : maux de tête

Endémique : présence importante dans un périmètre géographique limité

Porteurs sains : individus ne présentant pas de symptômes mais qui peuvent transmettre la maladie

A partir de ces documents, expliquer comment se propage l’agent pathogène, expliquer le caractère endémique de la maladie et comment on peut s’en protéger.

Introduction:

Alien: l'un des films les plus marquant de sa génération, dans lequel un parasite extraterrestre fait des ravages dans un vaisseau spatial. Une survivante seulement sur la dizaine de personnes présentes. Mais ce parasite fait bien pâle figure auprès du Plasmodium falciparum, organisme bien réel celui là et qui provoque le paludisme. Le paludisme est la première maladie parasitaire au monde. Elle est responsable de plus de 400 000 morts par an, principalement des enfants de moins de 5 ans. On estime que 40% de la population mondiale y est exposée, dans des zones géographiques particulières. Nous chercherons à comprendre comment ce parasite peut provoquer cette maladie et ravager certaines parties du monde. Après avoir présenté la maladie et élucidé le mode de vie de son agent, nous expliquerons les raisons de sa présence dans certaines parties du globe et les moyens de lutte.

Premier paragraphe : Le paludisme : Origine et symptômes.

Le paludisme est une maladie qui provoque des crises de fièvres accompagnées de tremblement, de maux de tête et de douleurs musculaires. Elle est provoquée par un organisme unicellulaire, le Plasmodium falciparum. Il pénètre dans l'organisme à la faveur d'une piqûre de moustique du genre anophèle. Comme de nombreux parasites, le Plasmodium possède un cycle de vie complèxe qui nécessite plusieurs hôtes. Après la piqûre, le plasmodium voyage dans le sang pour atteindre le foie. Dans cet organe, le parasite se multiplie et se transforme. Cette métamorphose lui permet de sortir des cellules du foie et d'aller à l'intérieur des globules rouges où il peut à nouveau se multiplier et entraîner l'éclatement des globules rouges. C'est d'ailleurs cet éclatement qui provoque la plupart des symptômes de la maladie. Les parasites ne seront capables de se reproduire qu'après le passage par les globules rouges.

La reproduction sexuée ne peut pas se faire dans l'organisme humain. Elle se produit chez l'anophèle. Pour celà, le moustique doit piquer un être humain infecté. Les parasites vont alors se reproduire dans les voies digestives du moustique. Les nouveaux parasites peuvent alors migrer vers les glandes salivaires du moustiques où elles attendront que le moustique pique un autre individu pour recommencer ce cycle. Ainsi, de piqûres en piqûres, une grande partie de la population peut être parasitée.

Deuxième paragraphe : La corrélation climat, économie.

En observant une carte des populations principalement touchées par la malaria (autre nom du paludisme), on remarque que cette maladie est essentiellement présente dans des régions ou le climat est chaud et humide. Or ce climat est celui qui convient le mieux aux moustiques du genre Anophèle. En effet, au dessous de 18°C, le moustique ne peut plus se reproduire. Nous l'avons vu, le moustique est une étape indispensable au développement de Plasmodium. C'est l'enchaînement des hôtes qui permet à la maladie de se répandre. Beaucoup de pays se trouvant dans ces zones connaissent des difficultés économiques. Il y existe donc de nombreuses concentrations de personnes qui ne peuvent pas se doter de protections contre les moustiques, ce qui accroît la prévalence des contaminations par le Plasmodium.

Le paludisme étant une maladie vectorielle, la lutte peut être plurimodale. On peut affronter le microorganisme directement en traitant les individus infectés avec des dérivés de la quinine (comme la désormais célèbre chloroquine), une molécule extraite du quinquina, un arbre originaire des Andes. Il existe également des traitements dits prophyllaxiques qui empèchent le développement du parasite en cas de piqûre.

On peut également choisir de lutter contre le moustique en faisant disparaître ses lieux de reproduction (assèchement des zones d'eaux stagnantes, utilisation d'insecticides ou de prédateurs naturels) ou bien en empéchant les piqûres (utilisation de répulsifs et de moustiquaires). La mise en place de ces procédés a permis à certains pays de limiter fortement, voire de faire disparaître la maladie.

Conclusion :

Les maladies vectorielles, comme le paludisme, sont dues à des microorganismes qui ne peuvent contaminer directement l'organisme mais doivent passer par l'intermédiaire de vecteurs. Ce mode de vie permet d'organiser une lutte plurimodale afin de freiner, voire faire disparaître ces maladies.

Chapitre 4 : Le microbiote humain : diversité

Tp8 diversite du microbioteTp8 diversite du microbiote (374.82 Ko)

Introduction: A la fin du XIXème siècle, on découvre l’existence de bactéries logées dans l’intestin humain. Depuis, une grande diversité de microorganismes a été mise en évidence dans et sur notre corps. Ces micro-organismes constituent le microbiote humain.

Problématique : Quelles sont les caractéristiques des micro-organismes que nous abritons?

Objectifs : Analyser des documents, comparer, raisonner.

Document 1 : Observations microscopiques d’échantillons prélevés sur un corps humain.

Le microbiote à la surface et à l’intérieur du corps humain est composé de plus de 90% de bactéries. Le reste est constitué d’archées, de virus et d’acariens. Les microphotographies ci-dessous représentent des échantillons prélevés à la surface et dans un corps humain.

Peau : Demodex folliculorum

Demodex folliculorum sem

Intestin : Escherichia coli

Escherichiacoli niaid

Vagin : Candida albicans

Candida2

Document 2 : La diversité des bactéries du microbiote humain.

En étudiant le microbiote humain, on a pu répertorier plus de 1000 espèces différentes de bactéries appartenant à de nombreux groupes différents tels que les actinobactéries, les bactéroïdètes, les firmicutes, les fusobactéries et les protéobactéries. Ces groupes sont plus ou moins représentés dans les différents sites corporels. Chacun de ces sites possède des caractéristiques physico-chimiques différentes.

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Document 3 : Quelques chiffres.

 

 

 

Organisme humain

 

 

Microbiote humain

 

Nombre moyen de cellules

 

 

3 000 109

 

39 000 109

 

Nombre de gènes

 

 

20 000 à 30 000

 

54 000

 

Masse moyenne

 

 

77 Kg

 

1 à 2 Kg

?

Document 4 : L’acquisition du microbiote.

La colonisation de l’intestin par les micro-organismes débute in utéro dès la gestation par l’intermédiaire du placenta. Les bactéries commensales et certains anticorps peuvent traverser la barrière placentaire et s’établir dans l’intestin du nouveau-né comme l’ont montré certaines études à partir de l’analyse du méconium (Jiménez E , Marín ML , Martín R , et al. Is meconium from healthy newborns actually sterile? Res Microbiol 2008; 159 : 187-93.). Ces recherches sont déterminantes car on pensait jusqu’à maintenant que le fœtus évoluait dans un milieu stérile. Elle se poursuit à la naissance au contact du microbiote vaginal, cutané et fécal de la mère selon le mode d’accouchement.

Les premières bactéries colonisant l’intestin, dites aérobies, consomment le dioxygène présent dans le tube digestif. Lorsqu’il est épuisé, après 3 à 7 jours, elles sont remplacées progressivement par d’autres bactéries anaérobies ne proliférant qu’en absence de dioxygène. Les caractéristiques distinctives du microbiote de chaque bébé sont acquises en quelques semaines à quelques mois et son mode de nutrition (lait maternel ou non) est un facteur important. Pendant cette période, on observe une forte variabilité dans la composition du microbiote. Ensuite, la composition du microbiote varie peu jusqu’à la vieillesse, où elle est progressivement modifiée.

Glossaire :

Aérobie : métabolisme nécessitant du dioxygène

Anaérobie : métabolisme pour lequel le dioxygène est toxique

Archées : Clade (groupe) de micro-organismes présentant des caractères dérivés uniques

Bactéries commensales : bactéries établissant des échanges nutritionnels avec leur hôte

Fécal : Qui se rapporte aux fèces (excréments)

Méconium : premières selles du nouveau-né

Questions :

Document 1 : Identifiez trois grands groupes d’êtres vivants constituant notre microbiote.

Les trois grands groupes d'êtres vivants qui constituent notre mcrobiotes sont les Bactéries (90%), les Archées et les Arthropodes (Acariens). On peut également citer les Eumycètes (champignons) et les virus.

Document 2 : Résumez vos observations sur la diversité des groupes de bactéries en fonction du site corporel et proposez une explication à cette diversité.

On peut observer 5 grands groupes de bactéries différentes présentes en proportions différentes dans les principaux sites corporels hébergeant le microbiote: 

  • Les Actinobactéria qui sont majoritaires dans l'intestin grêle, les cavités nasales et la peau, minoritaires dans le vagin et absentes de la cavité buccale
  • Les Firmicutes qui sont majoritaires dans le vagin et la cavité buccale et qui représentent environ 25% des flores de la peau, de l'intestin grêle et des cavités nasales.
  • Les Protéobactéries qui sont surtout présentes au niveau de la cavité buccale et de la peau et qui sont plus rares dans l'intestin grêle, les cavités nasales et le vagin.
  • Les Bacteroidetes qui représentent environ un quart des bactéries buccales et qui sont peu représentées sur les autres sites corporels.
  • Les Fusobactéria sont présentes au niveau de la bouche, de la peau et du vagin mais absentes dans les cavité nasales et dans l'intestin grêle.

Cette répartion des bactéries peut s'expliquer par les différences de conditions physico-chimiques qui règnent dans les différents sites corporels. Ainsi, température, pH et hygrométrie ne sont pas les mêmes au niveau de la peau et du vagin par exemple. La peau est un milieu plutôt sec, possédant un pH faiblement acide (pH=5.5) et une température modérée (30°C). Le vagin est un milieu plus humide, plus acide (4.5) à une température plus importante (37°C). Ces différences peuvent expliquer que certains groupes soient plus représentés que d'autres en fonction du site corporel.

Document 3 : Calculez la proportion du microbiote par rapport au nombre de cellules et de gènes humains, puis par rapport à la masse moyenne d’un être humain.

  • Proportion des cellules du microbiote par rapport au nombre de cellules humaines :

Nombre de cellules du microbiote humain : 39 000.109

Nombre de cellules de l'organisme humain : 3 000.109

Rapport : 39 000.109 / 3 000.109 = 13

Il y a donc 13 fois plus de cellules constituant le microbiote que de cellules humaines au sein d'un organisme. En d'autres termes, les cellules humaines représentent 7.15 % de l'ensemble formé par l'être humain et son microbiote

  • Proportion des gènes du microbiote par rapport aux gènes humains :

Nombre de gènes du microbiote humain : 54 000

Nombre de gènes d'un organisme humain : 20 000 à 30 000

Rapport : 54 000/ 30 000=1.8 ; 54 000/ 20 000=2.7 ; soit de 1.8 à 2.7 fois plus de gènes du microbiote. En d'autres termes, les gènes humain représentent entre 27% et 35% du génome de l'ensemble être humain + microbiote.

  • Proportion de la masse du microbiote par rapport à la masse d'un être humain.

Masse du microbiote : 1 à 2 kg

Masse moyenne d'un organisme humain : 77 kg

Rapport : 1/(77+1) *100 = 1,28% ; 2/ (77+2)*100 = 2.53% 

Le microbiote humain, bien que ne constituant que 1% à 2% de la masse totale d'un être humain, représente 98% des cellules et 75% des gènes.

Document 4 : Indiquez comment évolue la composition du microbiote intestinal au cours de la vie et les facteurs qui influencent sa mise en place.

Au cours de la vie, le microbiote intestinal connaît une évolution importante. Tout débute lors de la période foetale. Les bactéries du microbiote maternel colonisent progressivement le tube digestif du foetus. Elles sont rejointes par les bactéries avec lesquelles le nouveau-né entre en contact lors de l'accouchement. Ces bactéries jouent un rôle important dans la digestion lors de la première semaine car elles consomment le dioxygène présent, puis sont progressivement remplacées par des bactéries capables de se développer en absence de dioxygène. Cette période voit la plus forte variabilité du microbiote intestinal. Progressivement, le microbiote se stabilise et sa composition ne sera que peu modifiée au cours de la vie jusqu'à la vieillesse où elle sera lentement modifiée.

Chapitre 5 : Le microbiote humain : Intérêts pour la santé

Le microbiote humain : effets sur la digestion et l’immunité

Introduction : La découverte récente de la diversité du microbiote est un élément permettant d’entrevoir de nouvelles pistes de recherches pour la médecine. Ainsi, on a déterminé récemment qu’un déséquilibre du microbiote peut avoir des conséquences négatives sur la santé.

Problématique : Par quels mécanismes le microbiote influence-t-il l’état de santé d’un individu ?

Objectifs : Analyser des documents, comparer, raisonner.

Introduction : Le microbiote, un allié très précieux

Le microbiote est constitué des nombreux microorganismes qui ont pour biotope notre organisme. Les découvertes récentes de la médecine nous fournissent quelques éclaircissements sur les mécanismes qui permettent à ces microorganismes d'influencer notre état de santé. Nous verrons dans un premier temps comment notre digestion est optimisée par le microbiote, puis dans un second temps comment notre défense immunitaire contre les microorganismes pathogènes est secondée par ce même microbiote.

Premier paragraphe: Une aide à la digestion

Notre système digestif nous permet de récupérer des nutriments dans notre alimentation. Après intervention des enzymes digestifs, les aliments sont coupés en molécules simples, les nutriments, qui peuvent alors franchir la paroi des intestins et atteindre notre système sanguin. Cependant, des études récentes montrent que le processus de digestion est complété par les microorganismes constituant notre microbiote. Le document 1 est une étude menée chez le rat. On observe que des individus privés de microbiote consomment comparativement moins d'aliments que des rats normaux (10% d'aliments en moins), c'est à dire qu'ils ont moins d'appétit. De plus, ils présentent une quantité d'aliments non digérés plus importante dans leurs selles (presque deux fois plus, 87%), ce qui signifie que l'assimilation est moins bonne. On peut donc en conclure que les rats dépourvus de microbiote consomment moins d'aliments et les assimilent moins bien, que les rats qui possèdent un microbiote.

Document 1 : Etude du rôle du microbiote sur la digestion chez le rat.

On a comparé la prise alimentaire et les selles de rat dépourvus de microbiote (rats axéniques) à celles de rats possédant un microbiote normal. Les résultats sont fournis dans le tableau ci-dessous :

 

 

Aliments consommés

(Unités arbitraires)

 

Quantité d’aliments non digérés présents dans les selles.

(Unités arbitraires)

 

 

Rats témoins

 

 

100

 

100

 

Rats axéniques

 

 

90

 

187

 

Ces résultats sont confirmés par une deuxième étude, réalisée cette fois sur des souris et mesurant l'importance du microbiote dans l'acquisition de la masse graisseuse. Chez la souris, les naissances surviennent par portées , soit la naissance simultanée de 6 à 10 souriceaux. Les nouveaux-nés sont donc de petite taille et doivent, dans les premières semaines, acquérir une grande réserve de graisse corporelle. Le document 2 nous montre l'acquisition de la graisse corporelle chez les souris pendant les 8 premières semaines. On observe que le pourcentage de graisse corporelle chez les souris privées de microbiote est très faible (8%) comparativement aux souris témoin (12%). Les souris à qui on a donné un microbiote issu des souris témoin retrouvent un pourcentage de graisse corporelle voisin de celui des souris témoin(13%). On peut en déduire que l'absence du microbiote entraîne une malnutrition chez les souris, mais que cette dernière peut être enrayée en cas d'acquisition d'un microbiote.

Document 2 : Etude de l’effet du microbiote sur le stockage de la graisse corporelle chez la souris.

 

On a comparé le pourcentage de graisse corporelle chez des souris témoins (possédant un microbiote), des souris dépourvues de microbiote et des souris initialement dépourvues de microbiote mais à qui on a transféré le microbiote de souris témoins. Les résultats sont fournis dans le tableau ci-dessous :

 

 

Pourcentage de graisse corporelle chez des souris âgées de 8 à 10 semaines

 

 

Souris témoins

 

 

12%

 

Souris axéniques

 

 

8%

 

Souris axéniques à qui on a transféré le microbiote de souris témoins

 

 

 

13%

 

Pour comprendre les mécanismes qui permettent au microbiote d'optimiser notre digestion, le document 3 est un allié précieux. En effet, nous pouvons observer les différents rôles que joue le microbiote:

Il permet la synthèse de vitamines essentielles comme les vitamines K et B12.

Il stimule l'angiogénèse intestinale, c'est à dire le développement des vaisseaux sanguins qui irriguent le système digestif. Mieux irrigué, ce dernier assimile plus rapidement et plus efficacement les nutriments.

Il augmente le stockage des graisses, ce qui permet de mieux comprendre les observations faites dans le document 2

Il est responsable de la fermentation des fibres alimentaires. Il permet donc l'assimilation de glucides qui seraient normalement inutilisables par l'organisme.

Enfin, il modifie les relations nerveuses entre intestin et cerveau. Cet élément est peut-être le plus surprenant et fait l'objet de nombreuses études dont on attend les résultats actuellement (notamment quelques études liant aggravation de l'autisme et déséquilibre du microbiote intestinal).

Document 3 : Les rôles du microbiote intestinal.

Analyse microbiote 2

Parmi les glucides des aliments d’origine végétale, seuls le lactose, le saccharose et en partie l’amidon peuvent être décomposés par nos enzymes digestives (cf TP 4) qui sont au nombre d’une dizaine. Les autres glucides, comme la cellulose (qui est l’un des constituants de la paroi des cellules végétales cf TP 1), sont appelées fibres alimentaires. Elles sont digérées par les nombreuses enzymes (environ 57 000) produites par le microbiote. Ainsi, nous bénéficions des enzymes du microbiote qui, en retour, se voit accorder habitat et source de nourriture : on peut donc qualifier cette relation de symbiose (cf chapitre les écosystèmes).

On le voit, le microbiote intestinal, du fait de sa diversité, permet de rendre plus efficace notre système digestif. Les nombreux métabolismes représentés permettent la digestion de substances (fibres, vitamine B12, etc...) qui sont vouées à être éliminée sans aucune absorption en cas d'absence du microbiote. Le stockage des substances assimilées est optimisé et l'irrigation sanguine des intestins est plus développée.

Paragraphe 2: Le microbiote, un partenaire de notre immunité.

Nous l'avons vu lors des chapitres précédents, l'organisme est incessamment soumis à des agressions de microorganismes qui peuvent être pathogènes et déclencher des maladies. Or, posséder un microbiote bien équilibré semble avoir un rôle protecteur et nous aide à éviter de nombreuses pathologies. En reprenant le document 3, on peut observer que le microbiote nous procure une protection contre les microorganismes pathogènes. En effet, le microbiote déjà présent agit comme un film protecteur qui empêche l'installation de nouveaux microorganismes, comme nous le confirme le document 4. 

Document 4 : Vue en coupe de la paroi intestinale et des bactéries du microbiote intestinal.

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Nous sommes en permanence soumis à une grande quantité d’organismes microscopiques au niveau des zones en contact avec l’extérieur. C’est notamment le cas au niveau de nos muqueuses intestinales. De la même façon qu’un sol déjà recouvert de végétaux empêche l’installation de nouvelles plantes, le microbiote intestinal empêche la colonisation du tube digestif par des microorganismes pathogènes. Les bactéries entrent en compétition pour les ressources nutritives. De plus, certaines bactéries de notre microbiote sécrètent des substances toxiques pour les bactéries pathogènes, produisant, en somme, un antibiotique in situ.

Enfin, le microbiote stimule le système immunitaire en le forçant à produire des lymphocytes, les cellules responsables de la défense immunitaire acquise. En effet, le document 5 nous donne le résultat du comptage des lymphocytes dans divers organes lymphatiques, c'est à dire responsables de la défense immunitaire. On observe systématiquement un nombre plus important de lymphocytes chez les souris possédant un microbiote que chez les souris qui n'en possèdent pas. On peut donc en déduire que le microbiote stimule la production des lymphocytes, ce qui permet une réponse immunitaire plus rapide et plus importante en cas de survenue d'éléments pathogènes.

Document 5 : Effet du microbiote sur le système immunitaire.

Microbioteimmuno

La rate, les ganglions lymphatiques et les plaques de Peyer (situées dans l’intestin grêle) sont des structures impliquées dans l’immunité. Ils contiennent de nombreuses cellules immunitaires, dont des lymphocytes. Pour évaluer l’impact du microbiote sur ces structures, des chercheurs ont comptabilisé le nombre total de cellules qui les constitue et le nombre de lymphocytes qu’ils contiennent chez des souris témoins et chez des souris axéniques.

Conclusion : Le microbiote, un partenaire symbiotique essentiel

Le microbiote semble donc essentiel pour le maintien en bonne santé d'un individu. Les exemples que nous venons de traiter montrent, sans aucune ambiguïté, que la possession d'un microbiote équilibré permet d'éviter certaines pathologies, de se défendre contre d'autre et d'optimiser notre absorption de substances nutritives. Gageons que les découvertes futures permettront d'en savoir plus sur les relations symbiotiques qui nous lient à ce partenaire surprenant.

Glossaire :

AGCC : Acide gras à chaîne courte (graisse corporelle)

Angiogénèse : stimulation de la croissance des vaisseaux sanguins

Axénique : se dit d’un sujet dépourvu de microbiote

In situ : sur place

Lymphocytes: globule blanc du système immunitaire acquis

Muqueuses : Tissus perméables qui tapissent les organes en contact avec l’extérieur.

Selles : Excréments

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Date de dernière mise à jour : 18/05/2020

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