L inspecteur A. Déenne mène l enquête!

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1 L inspecteur A. Déenne mène l enquête! Le carnet d enquête une visite proactive de l exposition MicroZoo Guide des enseignants de la deuxième et troisième année du deuxième cycle du secondaire, 4 e et 5 e secondaire 531, boul. des Prairies Téléphone : (450) Laval (Québec) H7V 1B7 Télécopieur : (450) musee-afrappier@iaf.inrs.ca Musée Armand-Frappier, Centre d interprétation des biosciences 2

2 Présentation, mise en situation, questionnaire et corrigé du carnet d enquête L ajout de l activité complémentaire Carnet d enquête à la visite de l exposition MicroZoo permet à l élève de jouer un rôle actif. Cette activité a été conçue spécialement pour les élèves du deuxième cycle, 4e et 5e secondaires, qui rechercheront dans l exposition des indices leur permettant de résoudre une énigme à teneur «microbiologique». Activité de préparation Il est fortement recommandé de lire ou de faire lire la mise en situation aux étudiants qui visiteront le Musée. Les étudiants retrouveront cette mise en situation, et un espace pour écrire leur hypothèse, dans le carnet d enquête qui leur sera distribué lors de la visite au Musée. Voici un tableau résumant les étapes à suivre avant, pendant et après la visite de l exposition MicroZoo. Ce sont en fait les étapes de la démarche scientifique qui sont appliquées à l activité complémentaire du carnet d enquête L Inspecteur A. Déenne mène l enquête! Étapes de la démarche scientifique Observation ou mise en situation Problème ou interrogation Formulation d une hypothèse Expérimentation ou collecte de données Traitements des données ou des résultats obtenus Conclusion Lieu de réalisation de l étape dans le cadre de l activité complémentaire du carnet d enquête Préparation en classe Préparation en classe et lors de la visite au Musée Lors de la visite au Musée Lors du retour en classe Mise en situation La Dre Alvir Champrobacter, éminente microbiologiste de l Institut, travaille à l amélioration d un procédé de traitement des sols contaminés par des hydrocarbures. L idée de la Dre Champrobacter consiste à aérer le sol contaminé avec de l air chaud et humide (40 C), alimentant les bactéries en oxygène et extrayant du même coup les hydrocarbures dits légers. La Dre Champrobacter étudie la bactérie Pseudomonas aeruginosa qu elle a isolée du sol contaminé et qu elle a affectueusement rebaptisée Mona-1. Placée dans les conditions qui lui sont favorables pour vivre, Mona-1, qui est une bactérie aérobie, dégrade les hydrocarbures qui lui servent de nourriture, à une température optimale de 15 C. Dans le but d augmenter la vitesse de nettoyage des sols, Dre Champrobacter a eu l idée de modifier génétiquement Mona-1 afin qu elle soit capable de dégrader les hydrocarbures à une température plus élevée. La nouvelle bactérie, appelée Mona-2, a reçu des gènes provenant d une bactérie extrémophile vivant à une température optimale de 40 C. Les gènes reçus par Mona-2 devraient lui permettre de dégrader les hydrocarbures à une température de 40 C. Hélas, lorsque la Dre Champrobacter teste les capacités de sa toute nouvelle Mona-2, celle-ci ne dégrade pas les hydrocarbures, ni à 15 C, ni à 40 C et en plus, meurt en présence d oxygène. Dre Champrobacter se demande ce qui a bien pu arriver pour expliquer un tel résultat. À toi de jouer inspecteur A. Déenne! Une bonne connaissance des microorganismes te permettra de résoudre l énigme entourant Mona-2. Avec ton carnet d enquête, parcours l exposition MicroZoo et ne néglige aucun indice Hypothèse Selon toi, que s est-il passé avec Mona-2? Inscris ici une hypothèse qui te semble plausible. L hypothèse émise sera par la suite confirmée ou infirmée grâce aux informations recueillies au cours de l enquête. Musée Armand-Frappier, Centre d interprétation des biosciences 2

3 Questions au rez-de-chaussée 1.1 : Tous les micro-organismes ne vivent pas dans les mêmes conditions. Certains vivent dans des environnements très acides; on les appelle les acidophiles. D autres vivent littéralement dans des bouilloires. On appelle extrémophiles les micro-organismes qui vivent dans les conditions extrêmes. Methanopyrus kandleri est une extrémophile vivant dans les fonds marins. Q : À quelle température vit Methanopyrus kandleri? Qu est-ce qu elle a de particulier? R : Vit à des températures extrêmes allant jusqu à 110 C. Elle meurt en présence d oxygène. 1.2 : Mona-1, une bactérie aérobie, a été isolée d un sol contaminé par des hydrocarbures issus du pétrole. Q : D après toi, Mona-1 a-t-elle été isolée d un sol de surface ou d un puits creusé très profondément dans le sol? R : Elle a été plus probablement isolée d un sol de surface puisqu elle est aérobie donc a besoin d oxygène pour vivre. 1.3 : Afin de vérifier l efficacité de Mona-1 à oxyder les hydrocarbures qui contiennent beaucoup d atomes de carbone, ce qui est aussi le cas de la matière organique du sol et du sucre, une technicienne du laboratoire de la Dre Champrobacter mesure la quantité de gaz produite par la respiration des bactéries avant et après avoir brassé la terre. Q : Quel gaz est produit lors de la respiration aérobie de ces microorganismes? À partir de quel composé? R : Le CO 2, comme dans la respiration cellulaire humaine; les hydrocarbures qui contiennent du carbone. (Dans le cycle du carbone.) 1.4 : Lors de son arrivée au laboratoire, la technicienne était peu expérimentée. Un vendredi après-midi, elle a oublié de fermer les couvercles des plats de Pétri dans lesquels elle cultive Mona-1. (Dans les plats de Pétri, il y a une source de nourriture pour les microorganismes que l on appelle une gélose.) Q : D après toi, qu est-ce que ça peut bien faire de ne pas fermer le couvercle des plats de Pétri? R : Les micro-organismes présents dans l air se déposent sur les géloses, on dit qu ils les contaminent, se développent grâce à la nourriture disponible et empêchent souvent de bien voir la croissance du micro-organisme préalablement cultivé et qui nous intéresse. 1.5 : Une des bonnes pratiques dans un laboratoire de microbiologie des sols consiste à se laver les mains souvent et à désinfecter les surfaces de travail et les lavabos. La technicienne est responsable de cette tâche importante. Q : Pourquoi désinfecter les surfaces de travail et les lavabos du laboratoire? Dans la pharmacie, identifie un produit qui peut être utilisé à cette fin. R : Pour éviter de contaminer le matériel qu on y dépose et se protéger contre des infections potentielles, l eau de Javel (Javex). (Dans la Pharmacie.) 1.6 : Tu es invité à visiter le laboratoire de la Dre Champrobacter. Elle utilise souvent les services de microscopie électronique de l Institut et t emmène voir à quoi ressemble cet instrument. Elle te montre une photo d une cellule de souris. Dans le texte accompagnant cette image, on identifie des organites intracellulaires appelés mitochondries. Q : À quoi servent ces organites? R : Ce sont les organites intracellulaires responsables de la génération d énergie (ATP) lors de la respiration aérobie. 1.7 : Tu sais maintenant que le sol contient une grande quantité de micro-organismes. Si la très grande majorité d entre eux sont utiles, voire même essentiels à notre survie, certains peuvent infecter les humains et les rendre malades. Clostridium tetani est l une de ces bactéries. Musée Armand-Frappier, Centre d interprétation des biosciences 3

4 Q : Quel est le nom de la maladie engendrée par cette bactérie et comment peut-on l attraper? R : Le tétanos, cette bactérie qui vit principalement dans la terre pénètre dans l organisme par une lésion de la peau (coupure ou éraflure). 1.8 : Lorsqu elle était petite, en jouant dans le jardin, Alvir Champrobacter a été infectée par Clostridium tetani. À l hôpital, les analyses de sang ont démontré que son système immunitaire ne combattait pas efficacement l infection. On lui a administré immédiatement de fortes doses d antibiotiques. Q : Qu est-ce qui aurait pu protéger adéquatement Alvir Champrobacter contre cette infection? R : Le vaccin antitétanique. Le vaccin est un micro-organisme affaibli, atténué ou mort que l on injecte dans l organisme afin qu il développe un système de défense sans engendrer la maladie. Questions à l étage 2.1 : Dre Alvir Champrobacter est une amatrice de pique-nique au bord de la rivière! Pain frais, fromages et bière sont au menu. De plus, elle aime bien boire une bonne bière fraîche lors des chaudes journées d été lorsqu elle revient de l Institut à bicyclette. Q : Qu ont en commun tous les produits alimentaires énumérés plus haut? R : Tous ont été fabriqués par des micro-organismes. (Dans la section de la nappe champêtre.) 2.2 : Afin de souhaiter la bienvenue à la nouvelle technicienne, Dre Champrobacter organise une dégustation de vins et de fromages au Musée. Il y a un beau Camembert et un immense Roquefort que tous ont envie de goûter tellement ils ont l air appétissant Q : Peux-tu nommer les micro-organismes qui servent à affiner le Camembert et le Roquefort? R : Les moisissures Penicillium camemberti et roqueforti. 2.3 : Regarde l exemple de génie génétique qui traite des plantes génétiquement modifiées. Q : Peux-tu mettre en ordre les étapes de la transformation génétique? a) Régénération de la plante entière à partir de la cellule transformée pour ainsi conférer au fraisier une résistance au froid. b) Transfert des gènes désirés (gène de résistance au froid) dans le génome végétal d un fraisier. c) Recherche de la caractéristique souhaitée chez un être vivant (ex. gène de résistance au froid en provenance d un poisson de l Alaska). R : c, b et a (Panneau des plantes génétiquement modifiées) 2.4 : Une fois qu elle a reçu ses nouveaux gènes, Mona-2 doit produire les protéines impliquées qui lui permettront de vivre à une température de 40 C. Q : Peux-tu expliquer comment Mona-2 fabrique ces protéines? R : L ADN qu on lui a donné contient les informations nécessaires pour les fabriquer. L ADN est d abord transcrit en ARN, puis l ARN est traduit en acides aminés. Les produits résultant de l agencement des acides aminés selon ce code spécifique seront les protéines responsables de l oxydation des hydrocarbures (et les protéines qui lui permettront de vivre à 40 o C). 2.5 : Des collègues de la Dre Champrobacter ont isolé une bactérie qui dégrade le PCP. Elle s appelle Desulfitobacterium frappieri en l honneur d Armand Frappier, fondateur de l Institut qui porte son nom. Q : Est-ce une bonne idée de mettre cette bactérie avec Mona-1 afin de l aider à dégrader les hydrocarbures? Pourquoi? R : Non. Parce que Desulfitobacterium frappieri est une bactérie qui dégrade le PCP en condition anaérobie (absence d oxygène) alors que Mona-1 a besoin d oxygène pour vivre et oxyder, donc dégrader, les hydrocarbures. (Sur la chambre anaérobie.) Musée Armand-Frappier, Centre d interprétation des biosciences 4

5 Conclusion À la lumière de l enquête que tu viens de mener, quelle est la conclusion à laquelle tu arrives à propos de Mona-2 et pourquoi? Avais-tu élaboré la bonne hypothèse de départ? À la prochaine, inspecteur A. Déenne! Solution La bactérie Mona-1 est capable de dégrader les hydrocarbures grâce à son métabolisme aérobie. En respirant de l oxygène, elle tire son énergie vitale des hydrocarbures. Elle peut ainsi se multiplier. Cette bactérie a été modifiée par l apport de gènes plus nombreux que ce qui était souhaité par la Dre Champrobacter. Les gènes de résistance à l augmentation de la température provenant de la bactérie donneuse devaient être tout près des gènes de sensibilité à l oxygène ce qui fait que les deux caractères ont été transférés puis exprimés par Mona-2. Mona-2 ne supportant plus la présence d oxygène, elle ne sera plus capable d oxyder les hydrocarbures et ne survivra pas dans son nouvel environnement. Le génie génétique est un domaine complexe et le travail avec des outils moléculaires requiert une grande connaissance des interactions entre les différentes parties du génome d un organisme. Il n est pas toujours simple de retirer des portions déterminées de génome sans entraîner des portions non désirées. Musée Armand-Frappier, Centre d interprétation des biosciences 5

6 Mise en situation La Dre Alvir Champrobacter, éminente microbiologiste de l Institut, travaille à l amélioration d un procédé de traitement des sols contaminés par des hydrocarbures. L idée de la Dre Champrobacter consiste à aérer le sol contaminé avec de l air chaud et humide (40 C), alimentant les bactéries en oxygène et extrayant du même coup les hydrocarbures dits légers. La Dre Champrobacter étudie la bactérie Pseudomonas aeruginosa qu elle a isolée du sol contaminé et qu elle a affectueusement rebaptisée Mona-1. Placée dans les conditions qui lui sont favorables pour vivre, Mona-1, qui est une bactérie aérobie, dégrade les hydrocarbures qui lui servent de nourriture, à une température optimale de 15 C. Dans le but d augmenter la vitesse de nettoyage des sols, Dre Champrobacter a eu l idée de modifier génétiquement Mona-1 afin qu elle soit capable de dégrader les hydrocarbures à une température plus élevée. La nouvelle bactérie, appelée Mona-2, a reçu des gènes provenant d une bactérie extrémophile vivant à une température optimale de 40 C. Les gènes reçus par Mona-2 devraient lui permettre de dégrader les hydrocarbures à une température de 40 C. Hélas, lorsque la Dre Champrobacter teste les capacités de sa toute nouvelle Mona-2, celle-ci ne dégrade pas les hydrocarbures, ni à 15 C, ni à 40 C et en plus, meurt en présence d oxygène. Dre Champrobacter se demande ce qui a bien pu arriver pour expliquer un tel résultat. À toi de jouer inspecteur A. Déenne! Une bonne connaissance des micro-organismes te permettra de résoudre l énigme entourant Mona-2. Avec ton carnet d enquête, parcours l exposition MicroZoo et ne néglige aucun indice Hypothèse Selon toi, que s est-il passé avec Mona-2? Inscris ici une hypothèse qui te semble plausible. L hypothèse émise sera par la suite confirmée ou infirmée grâce aux informations recueillies au cours de l enquête. Musée Armand-Frappier, Centre d interprétation des biosciences