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Le microbiote intestinal

Fonctionnement de l’organisme et besoin en énergie

Cycle 4

Introduction

Organisation des séances

Scénario organisé en 3 séances pour un total de 5h00.

  • Séance 1 : 1h30

  • Séance 2 : 1h30

  • Séance 3 : 2h00

Objectifs visés

  • Faire connaissance avec des représentants du monde microbien.
  • Différencier les bactéries des champignons et des virus.
  • Découvrir la diversité du monde microbien et son ubiquité.
  • Faire connaissance avec le microbiote intestinal.
  • Démontrer son importance pour le « bon » fonctionnement de notre organisme.
  • Prendre conscience de la relative fragilité de notre communauté bactérienne intestinale.
  • Adopter un comportement raisonné pour préserver l’équilibre de son microbiote intestinal.

Pré-requis

  • La cellule est l’unité structurelle du vivant.
  • Le vivant est constitué d’organismes macroscopiques et de micro-organismes.
  • Certains micro-organismes sont utilisés pour produire et transformer des aliments.

Séance 1

Durée

1h30

Situation déclenchante

Projection d'une courte séquence vidéographique présentant la diversité des formes vivantes au sein de la nature. Les nombreuses et diverses espèces observées correspondent à des organismes complexes pluricellulaires et macroscopiques... 
Il existe cependant un monde microscopique, tout aussi (ou même plus) actif et diversifié : le monde microbien...
Il s'agit ici d'interroger les élèves, en collectif, sur ce monde microbien, sur leurs connaissances à ce sujet et/ou d’écouter leur(s) questionnement(s)...

Problème

Que savons-nous de ce monde microbien ? Qu'appelle-t-on microbes ? Qu'appelle-t-on micro-organismes ? Tous les acteurs microscopiques se ressemblent-ils ? Ont-ils tous le même mode de fonctionnement ? Existent-ils des microbes utiles ? Peut-on vivre sans micro-organismes ?

Supports

Internet
Utilisation des ressources documentaires du C.D.I.

Consigne

Trois catégories essentielles de représentants microbiens peuplent notre environnement : les bactéries, les champignons unicellulaires, les virus. 
Tu viens de tirer au sort une de ces trois catégories. Avec deux autres camarades ayant hérité de la même catégorie, vous êtes chargés d’élaborer et de présenter la carte d'identité d’un représentant microbien appartenant à celle-ci.
Comme pour toute carte d’identité, certains items sont incontournables : une photographie de l'acteur étudié, son nom (genre), son prénom (espèce), sa taille, une ou des caractéristiques structurales, son milieu de vie,... Toute autre information utile sera la bienvenue. Faîtes preuve d'initiatives pour construire et renseigner cette carte d'identité !

Activités

Les élèves sont invités ici à choisir, par trinôme, un représentant microbien (selon la catégorie tirée au sort) pour en dresser la carte d’identité. Les recherches entreprises visent à trouver les informations ciblées concernant le nom scientifique, le milieu de vie, l’organisation structurale, la place dans la classification…
Le listing des informations attendues, volontairement non exhaustif dans la consigne, laisse la possibilité aux élèves de sélectionner des informations complémentaires pertinentes (par exemple, en ce qui concerne l’impact positif ou négatif sur l’être humain du représentant microbien choisi).
La mise en forme de la carte d’identité, non imposée, favorise l’expression de la créativité de chaque trinôme.
Compte-tenu du nombre de trinômes dans la classe, un affichage et une présentation de chaque carte d’identité permettra au collectif de disposer d’une diversité intéressante de représentants microbiens.
L’enseignant peut contribuer à la production collective en ajoutant deux ou trois cartes d’identité qu’il considère comment intéressantes car apportant des informations nouvelles ou spécifiques (choix d’un représentant microbien utile au métabolisme animal par exemple).

Production attendue

  • Carte d’identité d’un représentant microbien appartenant à la catégorie microbienne (bactéries, champignons unicellulaires, virus) tirée au sort en début de séance.
    Des critères et indicateurs de réussite accompagnent la réalisation de l’activité et la construction de la production. Le cahier des charges présenté avec la consigne doit être respecté dans cette production et la créativité exprimée par le trinôme mise en valeur.
  • Une présentation orale peut être envisagée pour permettre à certains élèves de travailler ce mode de communication et valoriser leur implication. 

 

Bilan

L’activité d’investigation et de construction proposée ici vise à mettre en évidence la diversité et l’ubiquité des représentants du monde microbien. On insistera sur l’existence de spécificités différentes entre les bactéries et les champignons unicellulaires et sur le fait que certains / un grand nombre de ces micro-organismes sont non pathogènes pour l’être humain et contribuent à l’équilibre des écosystèmes.
Pour appuyer ce point, la projection du témoignage de Marc-André Selosse « Le monde microbien » peut être envisagée. Son intervention montre toute l’importance du monde microbien au sein des écosystèmes et permet aux élèves de considérer dorénavant ces acteurs microscopiques sous un autre angle.

Séance 2

Durée

1h30

Situation déclenchante

Présentation de quelques électronographies présentant des bactéries, des levures ou des bactériophages…
L’étude précédente a montré que le monde microbien n’était pas uniquement dans notre milieu de vie mais que certains de ses représentants avaient élu domicile au sein même de notre organisme. La communauté microbienne que nous hébergeons est en effet indispensable à notre santé, en particulier à notre nutrition.

Problème

En quoi des micro-organismes tels que des bactéries ou des champignons peuvent-ils nous être utiles sur le plan digestif ? 
Peut-on vivre sans ces micro-organismes normalement hébergés au cœur de notre tube digestif ?

Supports

Document présentant des souris axéniques. Exemple sur « Dossier de presse INRA 2017, microbiote » page 6)
Document scientifique présentant une expérimentation menée sur des animaux axéniques ou gnotobiotes dans le cadre de la digestion / nutrition. A titre d’exemple, un tel document est présenté sur le site éduscol (eduscol.education.fr/ressources-2016 - Ministère de l’Éducation nationale, de l’Enseignement supérieur et de la Recherche - Janvier 2017 page 19 document 8 C). Une autre ressource documentaire aborde les interactions entre le microbiote intestinal et l’obésité.
Fiche méthode rappelant les différentes parties qui doivent composer l’étude, réalisée à l’écrit puis à l’oral (rappel de l’objet de la démarche, présentation de ou des expériences, exploitation des données expérimentales, conclusion).
Dispositif d’enregistrement audio : dictaphone, tablette ou PC avec Audacity.

Consigne

En exploitant méthodiquement l’expérience et les résultats expérimentaux présentés dans le document fourni, montre l’importance du microbiote intestinal pour notre « bonne » santé.
Ton étude, réalisée dans un premier temps à l’écrit, devra être structurée (cf. fiche méthode) et employer les termes scientifiques.
Dans un second temps, tu enregistreras, à l’aide d’un enregistreur numérique (dictaphone par exemple ou ordinateur avec Audacity), ton étude. Imagine-toi ici comme un véritable animateur d’une courte émission radiophonique ! En t’adressant à tes auditeurs, tu veilleras notamment à ce qu’ils puissent comprendre les termes scientifiques que tu emploieras.

Activités

Les élèves ont précédemment fait connaissance avec les bactéries, les champignons unicellulaires et les virus.  Ils s’attachent maintenant à découvrir les effets bénéfiques du monde microbien qu’ils hébergent eux même.  Pour cela, ils découvrent au travers d’une première ressource scientifique l’existence d’animaux dépourvus de microbiote intestinal. Ils comprennent rapidement l’intérêt de tels animaux (par comparaison avec des témoins non axéniques) pour les chercheurs.
La seconde ressource (expérimentation menée sur des animaux axéniques) prend alors sens.
Il convient ici, pour chaque élève, non seulement d’exploiter l’expérience et les résultats expérimentaux proposés mais aussi de structurer, à l’écrit, son étude. Il peut s’aider pour cela d’une fiche méthodologique disponible en salle.
Cette étude menée à l’écrit est un préambule indispensable pour engager l’enregistrement oral de sa production. Avec le matériel numérique mis à disposition, chaque élève s’enregistre pour transmettre sa production en fichier oral numérique. Le cadre d’étude lui permet d’opérer plusieurs tentatives si nécessaire.
La démarche peut être réalisée en binôme, les regards croisés permettant d’affiner les productions. 
Des critères et indicateurs de réussite ciblés accompagnent chacune des activités formatives ici proposées. Pour définir et harmoniser les critères retenus pour la production orale, l’enseignant de S.V.T peut se rapprocher de collègues d’autres disciplines concernées.

Production attendue

  • Production écrite structurée.
  • Enregistrement oral.
  • Une évaluation formative croisée peut être envisagée.

Bilan

L’activité formative ici proposée permet aux élèves de découvrir l’intervention de micro-organismes intestinaux dans un aspect du métabolisme énergétique chez l’animal. L’étude met en jeu la capacité à organiser sa réflexion et à mobiliser ses connaissances.
Cette exploitation est à compléter avec la projection de la séquence vidéographique « Le microbiote intestinal » (Corpus : au cœur des organes). Les animations infographiques observées et les commentaires scientifiques associés permettent en effet de consolider et d’enrichir les acquis des élèves.
Le choix d’une production orale offre par ailleurs la possibilité de travailler une autre compétence transdisciplinaire. En proposant un enregistrement autonome, individuel ou par binôme, on peut permettre à certains élèves, parfois peu enclins à s’exprimer en collectif, d’afficher des qualités orales remarquables.

Séance 3

Durée

2h00

Situation déclenchante

Projection d’une affiche de prévention concernant l’utilisation des antibiotiques « Les antibiotiques, c’est pas automatique !».
Après avoir permis à certains élèves de réagir à cette affiche de prévention et après avoir défini la notion d’antibiothérapie, l’enseignant peut proposer une tâche complexe contextualisée :
« Mathilde, jeune fille de 15 ans, fait l’objet d’une antibiothérapie depuis plusieurs jours. Son médecin lui a prescris un médicament antibiotique pour combattre une infection bactérienne diagnostiquée. Cependant, depuis peu, Mathilde présente des dérangements intestinaux consécutifs à cette prise d’antibiotique(s).  Elle ne comprend pas pourquoi et doute de l’efficacité du traitement prescrit par son médecin référent».

Problème

En quoi la prescription d’un traitement antibiotique est-elle pertinente dans le cas de Mathilde et comment peut-on expliquer les troubles intestinaux qu’elle présente suite à cette antibiothérapie ?

Supports

Matériel pour réaliser un antibiogramme sur une culture d’Escherichia coli (souche non pathogène) et sur une culture de levures (Saccharomyces sp.).
Résultats de ces antibiogrammes.
Document rappelant la localisation et diversité des micro-organismes dans le tractus digestif humain. (Document proposé en accompagnement de la séquence vidéographique « Corpus : le microbiote intestinal » (Au cœur des organes).
Fiche méthodologique présentant les étapes et les règles à respecter pour réaliser un ensemencement de micro-organismes sur milieu gélosé.

Consigne

Au travers de l’expérimentation proposée associée aux ressources fournies et en utilisant tes connaissances acquises sur le microbiote intestinal, explique à Mathilde que l’antibiotique prescrit par son médecin a effectivement agi et que les dérangements intestinaux qu’elle présente résulte d’un effet secondaire lié à la prise de ce médicament. 

Activités

Dans cette tâche complexe contextualisée, les élèves sont d’abord invités à comprendre l’intérêt thérapeutique du traitement antibiotique prescrit à Mathilde. Il s’agit de lui permettre de lutter contre une infection par une bactérie pathogène qui l’a contaminée.
Ils sont amenés par la suite à réaliser un ensemencement sur milieu gélosé solide d’Escherichia coli, un autre de levures (Saccharomyces sp.) suivi de la mise en place, sur chacune de ces cultures, de disques imprégnés d’antibiotique(s).
Les résultats demandent quelques jours pour être visibles mais des antibiogrammes réalisés en amont par l’enseignant permettent aux élèves de prendre connaissance de ces résultats.
Ils constatent donc l’effet de l’antibiotique sur Escherichia coli (souche bactérienne non pathogène) et l’absence d’effet de ce même antibiotique sur la levure (Saccharomyces sp.). 
Ces constats confortent leurs acquis. L’antibiotique exerce une action spécifique en luttant contre les bactéries et non contre les levures.
Cependant, l’explication attendue pour le cas de Mathilde les oblige à prendre en considération le document ressource présentant la localisation et la diversité du microbiote dans le tractus digestif humain. Dans ce document, il constate la présence, dans l’intestin, de nombreuses espèces différentes de bactéries qui côtoient des espèces fongiques unicellulaires. Cette communauté microbienne, hébergée dans notre intestin, est en équilibre (eubiose) et nous aide à digérer.
La mise en relation des documents les amènent donc à formuler une ou des hypothèses. La prise d’antibiotique(s) impacte la communauté microbienne du tube digestif. Elle tend à faire disparaître certains représentants bactériens. Or ces représentants sont utiles à la digestion, sont utiles au bon fonctionnement intestinal. Leur disparition est donc à mettre en lien avec les troubles intestinaux présentés par Mathilde. 

Bilan

En menant à bien cette tâche complexe, les élèves intègrent bien entendu les connaissances relatives à l’administration raisonnée d’antibiotiques. L’enseignant peut d’ailleurs choisir de revenir sur l’affiche de prévention utilisée en début de séance pour ancrer ce point. Par ailleurs, la démarche proposée permet à chacun d’intégrer la fragilité relative des interactions microbiennes de notre tube digestif. Les notions d’eubiose et de dysbiose sont ici sous entendues. On pourra citer d’autres facteurs (stress, alimentation, ….) connus pour être  capables d’impacter l’équilibre de notre microbiote intestinal,…à l’image de l’antibiothérapie.
La consultation de la vidéographie « Corpus : le microbiote intestinal » et de ces documents d’accompagnement pourra permettre de conclure la séance en insistant sur ce point.
La tâche complexe ici proposée permet de faire travailler les élèves en effectif réduit et en coopération. La démarche peut en effet être menée en binôme ou en trinôme. Elle permet aux élèves de prendre connaissance et d’opérer une technique expérimentale de biotechnologie. L’enseignant peut donc profiter de cette séance pour sensibiliser ses élèves au respect d’un cadre strict pour la manipulation (sécurité, hygiène). Les gestes préconisés pourront être mimés et seront explicités avant la pratique par les élèves.

Conclusion

L’étude du microbiote intestinal dans le cadre du cycle 4 constitue pour les élèves un véritable sujet de découvertes. Il s’agit d’ailleurs d’un point d’étude ancré dans l’actualité scientifique comme en atteste le nombre de publications accessibles en ligne.
Le scénario pédagogique présenté met donc l’accent sur des démarches d’investigation et des tâches complexes qui visent à permettre aux élèves de faire connaissance avec le monde microbien d’abord puis avec le microbiote intestinal. Il vise aussi et surtout à rendre chacun acteur dans la construction de ses savoirs, de ses savoir-faire et de ses savoir-être. Les capacités mobilisées sont diverses (coopérer, faire preuve de curiosité, s’informer, réaliser techniquement, mettre en relation des informations utiles, communiquer par une synthèse,…).
De telles démarches d’apprentissage seront de nouveau proposées aux élèves dans les cycles ultérieurs (2nde, 1re, Terminale). Les notions et techniques de laboratoire acquises seront notamment remobilisées en première S, ES/L, S.T.L. ou en terminale S.T.2.S.

Vidéos utilisées

Suggestion de scénarios pédagogiques