Risque infectieux et protection de l organisme 1 La menace microbienne Comment définir les microbes? Activité 1 Les micro-organismes qui nous entourent Q1. Observer la préparation du bacille de Koch ou bactérie responsable de la tuberculose. Re Réaliser ensuite un dessin d'observation de cette préparation. C Différents types de microorganismes sont présentés ci-dessous. Amibe dysentérique (x 1000) être vivant unicellulaire Champignon du citron (x 1000) provoque le pourrissement du fruit Colibacille intestinal (x6000) Staphylocoques dorés (x1000) bactéries en forme de grains vibrion (x50 000) une bactérie mobile virus de la grippe (x100 000) Q2. Calculer la taille réelle de ces micro-organismes. Re Noter des remarques d après les observations et les informations rapportées. I Q3. Formuler un problème qui naît de ces remarques. Ra Conclusions L'organisme est constamment confronté à la possibilité de pénétration de microorganismes (bactéries et virus) issus de son environnement. - Effectuer un geste technique en observant au microscope quelques microorganismes - Observer des préparations microscopiques de bactéries - Déterminer la taille et du milieu des micro- organismes
Comment les microorganismes pathogènes sont-ils à l origine des maladies? Activité 2 Tétanos Le tétanos est peut-être la maladie la plus déroutante de toutes celles qui frappent l homme et les animaux. On en connaît le germe depuis 1884, elle reste toujours l une des plus terribles et des plus meurtrières des toxi-infections. En France, le nombre de cas de tétanos déclarés en 1992 a été de 55. Le microorganisme responsable L agent pathogène responsable est une bactérie, Plectridium tetani i, produisant une toxine. Le bacille tétanique se présente sous forme d un bâtonnet fin, à bouts arrondis de 3 à 4 mm de longueur sur 0,4 mm de largeur. Ses spores sont très résistantes. On les trouve dans la terre des jardins et des champs, fumier, poussière et boue des rues. Le pouvoir pathogène La présence dans le milieu ambiant (surtout la terre et les poussières) de spores ; leur pénétration dans les tissus par une blessure; l abaissement de la tension d oxygène dans le tissu cellulaire, permettent la germination des spores puis le développement du bacille. Le bacille tétanique reste toujours cantonné au point d impact. Son action est due tout entière à une toxine élaborée in situ et qui diffuse dans l organisme. La maladie La maladie se caractérise par une période d incubation silencieuse où rien ne trahit l envahissement de l organisme par la toxine. Elle dure 7 à 8 jours. Le tétanos se caractérise par des symptômes d ordre exclusivement moteur, constitués essentiellement par des contractures douloureuses des muscles avec des spasmes. La contracture des muscles de la joue marque le début du tétanos. Les contractures, d abord localisées, se généralisent : le corps décrit un arc de cercle à concavité postérieure. Tête et corps se renversent en arrière, tandis que bras et jambes sont en extension. Ces contractures évoluent par crises. La mort survient en un à deux jours, soit par asphyxie lente ou rapide, soit par syncope cardiaque. La toxine tétanique agit essentiellement sur le système nerveux central. Grippe La grippe est une maladie hautement contagieuse, à la fois banale et redoutable puisqu elle atteint un nombre considérable de sujets, le plus souvent de façon relativement bénigne. Elle peut aussi provoquer, chez des personnes âgées ou affaiblies, des affections graves, mêmes mortelles. Le microorganisme responsable Le virus de la grippe est le prototype du groupe Orthomyxoviridae, genre Influenzavirus. Il est constitué de particules sphériques ou filamenteuses d un diamètre de 100 nm à la surface desquelles on distingue de petits spicules, sortes de «piquants» donnant un aspect en oursin caractéristique. Le pouvoir pathogène Le virus se fixe sur les cellules dans lesquelles il est capable de se multiplier, il pénètre alors dans la cellule et y met en route son cycle de multiplication et perturbe son fonctionnement. La maladie La forme typique se caractérise par un début très brusque, marqué par une sensation de malaise général, de la fièvre, des maux de tête et des douleurs musculaires. La température dépasse 39 C et même souvent 40 C. La fièvre persiste 48 heures, puis la température diminue pour remonter parfois après une journée de répit. Dans les cas simples, la fièvre disparaît lentement en un temps variant de 3 à 6 jours. Le virus de la grippe est caractérisé par une capacité exceptionnelle à se modifier et à échapper ainsi aux défenses immunitaires, ce qui entraîne un comportement épidémiologique particulier : On peut contracter plusieurs fois la maladie puisqu il n y a pas une grippe, mais des grippes. Sa gravité peut provenir en particulier de complications. Épidémiologie La forme la plus spectaculaire d évolution de la grippe est la pandémie : il s agit d une épidémie qui se répand rapidement au monde entier par simple contact avec des personnes infectées et cause des maladies graves. Catastrophes naturelles, la pandémie de 1918 a fait des millions de morts dans le monde, celle de 1968 a causé 16 000 morts pour la France seule. À partir de ces 2 textes, Q1. Construire un tableau comparatif de ces maladies qui contiendra le nom de la maladie, le type de microorganisme responsable, les symptômes, le pouvoir pathogène, le mode de transmission. I/C En vous servant des informations du tableau, Q2. Rédiger un texte qui résume les étapes communes du développement d'une maladie dans l'organisme I/C Q3. Formuler un problème qui naît de ce constat. Ra Conclusions Les micro-organismes se transmettent de différentes façons d un individu à l autre ou par des objets. Ils franchissent la peau ou les muqueuses : c est la contamination. Après contamination, les microorganismes se multiplient au sein de l organisme : c est l infection. - Observer, recenser et organiser des informations afin de définir la contamination et l infection - S informer - Construire un tableau et rédiger un texte d interprétation - Formuler un problème - Définir bactérie et virus
Comment limiter les risques de transmission des agents infectieux? Activité 3 1. La lutte contre les microorganismes D après vos connaissances, Q1.Proposer des moyens simples pour combattre les microorganismes afin d éviter d être malade. Ra 2. L asepsie et l antisepsie L'asepsie Elle consiste à détruire les microbes ambiants, et donc à réaliser un milieu stérile, avant contamination possible d'une plaie stérile, par exemple. L'asepsie est acte préventif, pratiqué en bloc opératoire, avant toute intervention chirurgicale: ainsi on désinfecte les locaux ( avec de l'eau de Javel ), on impose au personnel une hygiène rigoureuse, le port de vêtements et l'utilisation d'instruments stériles, c'est à dire passés à l'autoclave (vapeur à 120 C pendant plus de 30 minutes) afin de détruire les microbes pathogènes. Louis PASTEUR, 1878 "[ ] Cette eau, cette éponge, cette charpie avec lesquelles vous lavez ou vous recouvrez une plaie y déposent des germes qui ont une facilité extrême de propagation dans les tissus.[ ] Si j'avais l'honneur d'être chirurgien, pénétré comme je le suis des dangers auxquels exposent les germes des microbes répandus à la surface de tous les objets, particulièrement dans les hôpitaux, non seulement je ne me servirais que d'instruments d'une propreté parfaite, mais après avoir nettoyé mes mains avec le plus grand soin [ ], je n'emploierais que des bandelettes, des éponges préalablement exposées dans un air porté à la température de 130 à 150 C. Je n'emploierais jamais qu'une eau qui aurait subi une température de 110 à 120 C. De cette manière, je n'aurais à craindre que les germes en suspension dans l'air autour du lit du malade". Extrait du discours de Pasteur devant l'académie des Sciences (1878). Antisepsie C'est une méthode curative, c'est à dire pratiquée après une infection microbienne: elle consiste à détruire les microbes qui se sont introduits dans une plaie. Pour cela on utilise des antiseptiques comme l'eau de Javel, l'eau oxygénée, l'alcool modifiée. Lire et comprendre les textes ci-dessus puis répondre aux questions posées. Q2. Exposer ce que l asepsie met en jeu pour nous protéger. I/Ra Révéler ce que l'antisepsie met en jeu pour nous protéger. I/Ra A l'époque de Pasteur les chirurgiens ne comprenaient pas pourquoi la plupart des malades opérés mourraient d'une infection généralisée. Q3. Etablir la liste des moyens que Pasteur propose pour limiter les risques de transmission de maladies au cours d une intervention chirurgicale. I/Ra Montrer si ce sont des méthodes d asepsie ou d antisepsie. Ra 3. L antibiothérapie En 1928, Alexander Fleming retrouve, en revenant de vacances, une culture de staphylocoques contaminée par un champignon appelé Pénicillium. De plus il constate que les staphylocoques semblent avoir disparu autour de la moisissure. Il réalise alors des expériences avec différentes souches de microbes. "Au cours du travail avec différents staphylocoques un certain nombre de cultures furent mises de côté et examinées de temps en temps. Lors de l'examen, ces cultures étaient exposées à l'air et ensemencées par différents micro-organismes. On remarqua qu'autour d'une grande colonie de champignons polluant les colonies de staphylocoques, une grande zone du milieu était devenue transparente et sans aucun doute en voie de dissolution". Extrait de "Compte-rendu de l'effet de la Pénicilline" devant le Medical Research Club par Alexander Fleming. (13 février 1929) Q4. Expliquer, a partir de ce texte, comment agissent les champignons. I/Ra Le document ci-contre est un antibiogramme. Pour réaliser un antibiogramme, on effectue dans un premier temps une culture microbienne sur un milieu nutritif dans une boite de Pétri. On laisse croître la culture. Puis, dans un deuxième temps on dépose sur le milieu des petits disques contenant un antibiotique spécifique et on remet en culture. Q5. Dire ce que vous observez autour des disques d'antibiotiques, et exprimer ce à quoi cela correspond. I/Ra Q6. Remarquer si il existe un ou (des) antibiotique(s) inefficace(s) contre ce microbe, si oui l (es) entourer en bleu. I/C Figure 1 : Photo d un antibiogramme. 4. L utilisation du préservatif Q7. Raconter le rôle du préservatif et préciser la barrière naturelle qu il renforce. ApC
Conclusions Ces risques sont limités par la pratique de l'asepsie et par l'utilisation de produits antiseptiques. Des antibiotiques appropriés permettent d'éliminer les bactéries. Ils sont sans effet sur les virus. L utilisation du préservatif permet de lutter contre la contamination par les microorganismes responsables des infections sexuellement transmissibles (IST) notamment celui du SIDA. - Observer, recenser et organiser des informations afin : - d expliquer l intérêt des antibiotiques, des antiseptiques et de l asepsie - de découvrir les méthodes de prévention et de lutte contre la contamination et/ou l infection - d établir les risques de contamination par le VIH
2 Le système immunitaire pour défendre l organisme Quels sont les acteurs de notre système de défense? Activité 4 Les cellules sanguines et la défense immunitaire Situation - Problème : Monsieur X ressent une grosse fatigue, a de la fièvre et des ganglions très gonflés à la gorge. Son médecin demande une analyse de sang, monsieur X va chercher ses résultats, qui concluent à une infection virale ou bactérienne. Monsieur X compare les résultats de son analyse sanguine avec les normes pour déterminer sur quoi le médecin biologiste s'est basé pour son diagnostic. Le problème c'est qu'il ne sait pas du tout à quoi correspondent ces noms barbares qu il peut lire sur son analyse sanguine. À l'aide des documents (Tab.1 ; Fig.2) et du matériel mis à disposition (frottis sanguin : microscope), Expliquer à monsieur X comment sa prise de sang a permis de diagnostiquer son infection. Construire la réponse sous la forme d'un texte illustré d'un dessin scientifique qui permettra l identification et la reconnaissance des différentes cellules sanguines. Supports de travail : Tableau 1 : récapitulatif des résultats sanguins de monsieur X, et ceux d un individu sain Cellules sanguines Individu sain Monsieur X Hématies (10 6 / mm 3 ) 4,5 à 5,8 4,7 Plaquettes (/ mm 3 ) 150 000 à 450 310 000 000 Leucocytes (/ mm 3 ) 4000 à 9900 13580 Figure 2 : Observation de leucocytes et hématies sur un frottis sanguin Conclusions L'organisme reconnaît en permanence la présence d'éléments étrangers grâce à son système immunitaire. - Rechercher, extraire et organiser l information utile Extraire d un document papier, d un fait observé les informations utiles. - Réaliser, manipuler, mesurer, calculer, appliquer des consignes Utiliser une machine (microscope) - Raisonner, argumenter, pratiquer une démarche expérimentale ou technologique Confronter le résultat au résultat attendu, mettre en relation, déduire, valider ou invalider (la conjecture l hypothèse) - Présenter la démarche suivie, les résultats obtenus, communiquer Proposer une représentation adaptée (schéma, graphique, tableau, figure ). Exprimer les résultats (ordre des étapes, démarche ).
Comment l organisme réagit-il à une contamination? Activité 5 1. Une première réaction face à un élément étranger Des chercheurs ont effectué deux prélèvements sanguins sur deux hommes dont les groupes sont respectivement [A] et [B]. Ils ont obtenu 4 tubes de sang appelés A 1 et A 2, d une part ; B 1 et B 2, d autre part. Puis, ils décident de mélanger ces fractions de la manière suivante : - Ils mêlent une fraction de A 1 avec A 2 et observent que rien ne se passe ; de même s ils mêlent une fraction de B 1 et B 2. - Ils mélangent une fraction d A 1 avec celle B 1 ou une fraction de A 2 avec celle de B 2, ils constatent une coagulation rapide. En analysant ces expériences, Q1. Proposer une explication à ces observations d une coagulation ou non du sang lors du mélange des fractions de sang. Ra Révéler une propriété des éléments du sang qui permet une réaction. Ra 2. Une réaction rapide et non spécifique : la phagocytose Lors d'une infection bactérienne liée à une blessure par exemple, une réaction inflammatoire se développe. Les manifestations locales sont bien connues (rougeur et chaleur locale, tuméfaction, douleur). Ces manifestations sont le signe de la mise en place de la défense de l'organisme face à l'infection. En effet des cellules sanguines quittent le plasma au niveau de la blessure et assurent la destruction des intrus ou antigène, Figure 1 : Phagocytose d une bactérie (ba) par un globule blanc après les avoir reconnus, en les phagocytant. (gb) ou macrophage. Q3. A l'aide du texte, repérer les différents symptômes ressentis lors d'une infection microbienne. I Q4. Exprimer à quelle fonction biologique correspondent ces symptômes. Ra Q5.Nommer comment appelle-t-on un élément étranger dans l'organisme. I En vous servant des photographies ci-dessus et de la vidéo rapportant la phagocytose, Q6. Rédiger un texte présentant les différentes étapes de la phagocytose. C gb ba Conclusions L'organisme reconnaît en permanence la présence d'éléments étrangers grâce à son système immunitaire. Il réagit selon des modalités dont les effets sont plus ou moins rapides : - une réaction rapide (phagocytose) réalisée par certains leucocytes (les phagocytes) permet le plus souvent de stopper l infection. - Observer, recenser et organiser des informations afin de caractériser le phénomène de la phagocytose. - Analyse de courts textes relatifs à la reconnaissance et à la phagocytose et rédiger un texte de synthèse à partir d une séquence
Comment l organisme peut-il se défendre si l infection progresse? Rappel: Lors d une infection bactérienne ou virale, des cellules spécialisées se mettent en activité pour combattre les intrus. Activité 6 1. Les ganglions lymphatiques Chaque ganglion lymphatique contient plusieurs millions de lymphocytes. Après une infection, certains de ces lymphocytes vont s y multiplier en grand nombre de façon à pouvoir combattre l infection (Belin p.90). Grâce à cette information, repérer la localisation des organes en cause. Q1. Proposer un examen clinique facile qui permet à un médecin de repérer une infection. ApC 2. Un 1 er type de cellules et de molécules protectrices Le sérum est un liquide de coloration jaunâtre correspondant à la partie du sang débarrassé des éléments figurés que sont les hématies (globules rouges), les leucocytes (globules blancs), les thrombocytes (plaquettes) en suspension. Figure 1 : Mise en évidence d un 1 er type d immunité Figure 2 : Mise en évidence d un 2 ème type d immunité A partir des résultats de la série d expériences montrées dans la figure1, Q2. Déterminer et caractériser le composant du sang qui protège l organisme contre les bacilles diphtériques injectés. Ra Q3. Analyser comment ce composant du sang s active et définir la limite de son action. Ra Q4. Définir la notion de séropositivité. Ra A partir des résultats de la série d expériences montrées dans la figure2, Q5. Déterminer le nouveau composant du sang qui protège l organisme contre les bacilles de Koch. I Q6. Relever le résultat de cette expérience qui vous surprend Ra Q7. Formuler une hypothèse qui concerne le rôle des lymphocytes. Ra 3. Un 2 ème type de cellules protectrices Lors d une prise de sang, la formule sanguine indique une répartition des différents types de leucocytes (Tab 1) : Tableau 1 : Résultats d une analyse de sang Nombres de cellules (mm 3 ) Leucocytes 4 000-10 000 Lymphocytes totaux 1 000-4 000 Lymphocytes B 250-1 000 Lymphocytes T 750-3 000 Q8. Nommer le nouveau type de cellules de défense présenté. I Ces cellules reconnaissent les cellules infectées par un virus, cancéreuses ou étrangères. Elles entrent en contact avec ces cellules et perforent leur membrane grâce à une substance et moins de deux heures plus tard, celles-ci sont détruites. Elles seront ensuite éliminées par phagocytose. Q9. Schématiser les 3 étapes qui permettent la destruction, par un lymphocyte T, d une cellule infectée (Belin p.93). C
Conclusions D autres leucocytes, Les lymphocytes B sécrètent dans le sang des molécules nommées anticorps, capables de participer à la neutralisation des microorganismes et de favoriser la phagocytose. Chaque anticorps est spécifique d un antigène. Une personne est dite séropositive pour un anticorps déterminé lorsqu elle présente cet anticorps dans son sang. D autres leucocytes, les lymphocytes T, détruisent par contact les cellules infectées par un virus. - Formuler des hypothèses sur les modalités d action des lymphocytes. - Valider ou invalider ces hypothèses à partir d observations et d expériences - Analyser des schémas d expériences relatifs à l acquisition d immunités et élaborer un schéma récapitulatif
3 Le système immunitaire : aide et déficience. Qu est ce que la vaccination? Rappel: Lors de la réponse immunitaire l'organisme produit un grand nombre de cellules immunitaires qui sont spécifiques de l'agresseur rencontré. Activité 7 La connaissance du fonctionnement du système immunitaire permet des applications médicales. Certaines maladies comme la rubéole ou la rougeole peuvent entraîner des malformations du fœtus chez la femme enceinte. Pour prévenir ce risque, on pratique la vaccination. Cette année l épidémie de grippe H1N1 a touché la planète entière : le gouvernement a lancé une campagne de vaccination pour protéger la population. Comment agit la vaccination pour protéger un organisme contre une maladie? A l aide de l ensemble des connaissances et des documents 1 et 2 fournis, expliquer le principe de la vaccination et décrire comment l organisme réagit à cette vaccination. Document 2 : Graphes des sécrétions comparées d anticorps dans le cas d infections provoquées On injecte à un animal un antigène A avec lequel il n est jamais entré en contact avant (1 ère partie). On renouvelle l expérience 60 jours après avec le même antigène sur le même animal (2 ère partie). Document 1 : Extrait de la notice du vaccin Antigrippe Pandemrix Les aides ou «coup de pouces» Aides à la démarche de résolution : Aide 1 : Aide 2 : Apport de savoir-faire : Aide 1 : Aide 2 : Apport de connaissances : Aide 1 : Conclusions Certains lymphocytes sont le support de la mémoire immunitaire vis-à-vis d un antigène, ce qui permet aux réactions spécifiques d être plus rapides et plus efficaces lors de contacts ultérieurs avec cet antigène. La vaccination permet à l organisme d acquérir préventivement et durablement une mémoire immunitaire relative à un microorganisme déterminé grâce au maintien dans l organisme de nombreux leucocytes spécifiques. - Rechercher, extraire et organiser l information utile Extraire d un document papier, décrire de comportement d une grandeur - Présenter la démarche suivie, les résultats obtenus, communiquer Exprimer un résultat, une solution, une conclusion, par une phrase correcte (expression, sens, vocabulaire)
Comment l immunité peut-elle être déstabilisée? Rappel: L immunité permet à l organisme de se défendre contre ses agresseurs. Activité 8 Une déficience du système immunitaire : le sida Régulièrement, dans les média, nous sont fournies les informations sur l épidémie mondiale du SIDA, les Enfoirés, le Sidaction collectent des fonds pour aider la recherche, les malades. Les 2 millions de morts du SIDA (doc.2) ont succombé à des maladies opportunistes (doc.1) : infections pulmonaires dans la moitié des cas (tuberculose), cancers, attaque des centres nerveux, amaigrissement. Document 1 : Une maladie opportuniste : Le sarcome de Kaposi Document 2 : Carte mondiale de répartition du nombre de morts Pourquoi apparaissent de façon systématique de maladies opportunistes chez les personnes porteuses du VIH? A partir de l étude des documents 3 et 4, expliquer le mode d action du VIH, à l origine de l apparition des maladies opportunistes. Formuler la réponse sous forme de texte rédigé. Document 4 : Virus du SIDA (points bleutés) «bourgeonnant» à partir d un lymphocyte T4, cellule organisatrice de la réponse immunitaire. Document 3 : Variations de différents paramètres biologiques au cours d une infection par le virus du SIDA Les aides ou «coup de pouces» Aides à la démarche de résolution : Aide 1 Aide 2 Aide 3 Apport de savoir-faire : Aide 1 Apport de connaissances :
Conclusions Une immunodéficience acquise, le SIDA, peut perturber le système immunitaire. Le virus du SIDA pénètre dans certains lymphocytes dans lesquels il se multiplie, entraînant leur destruction. La protection immunitaire est alors très amoindrie ; des maladies immunitaires se développent. Un test de séropositivité permet de déterminer si une personne a été contaminée par le VIH. Cette personne peut transmettre le virus sans pourtant présenter la maladie. Le système immunitaire peut également fonctionner de façon excessive et donner lieu à des allergies. - Rechercher, extraire et organiser l information utile Extraire d un document papier, décrire de comportement d une grandeur - Présenter la démarche suivie, les résultats obtenus, communiquer Exprimer un résultat, une solution, une conclusion, par une phrase correcte (expression, sens, vocabulaire)