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Les virus

Risque infectieux et protection de l’organisme

Lycée Général et technologique

Terminale STL

Introduction

Organisation des séances

Scénario organisé en 3 séances pour un total de 6h00.

  • Séance 1 : 2h00

  • Séance 2 : 2h00

  • Séance 3 : 2h00

Objectifs visés

  • Analyser des expériences historiques fondatrices.
  • Aborder la structure des virus et leurs classifications.
  • Analyser un cycle de développement viral et repérer les étapes clés (eucaryotes et procaryotes).
  • Remarquer que certains virus sont capables de s’intégrer durablement dans un hôte.
  • Aborder les notions de vaccination et d’applications biotechnologiques des virus.

Pré-requis

Notions acquises en CBSV

  • Chapitre 4 : Structures et rôles de l’ADN et de l’ARN.
  • Chapitre 4 : Transcription et traduction de l’information génétique.
  • Chapitre 3 : Réaction anticorps/antigène, notion de soi et de non soi.

Séance 1

Durée

2h00

Situation déclenchante

Le terme « virus » est un élément de culture générale, régulièrement aux premières pages de l’actualité, il est donc probable que les élèves aient déjà certaines notions à son sujet. Il est vraisemblable que certains d’entre eux aient déjà installé un antivirus sur un ordinateur. Même si la nature d’un virus informatique est différente de celle d’un virus biologique, ils possèdent des propriétés communes.
On peut donc commencer la séquence par un questionnement des élèves et dresser au tableau une liste des éléments qu’ils possèdent. En les guidant éventuellement, on doit arriver à aborder les notions d’éléments de petite taille, infectieux, qui perturbent le fonctionnement normal d’un organisme.

Problème

Un virus, qu’est-ce que c’est exactement ? Comment les virus ont-ils été découverts ? De quoi sont-ils constitués ? Est-il possible de trouver des points communs entre des virus différents et éventuellement les classer en fonction de ces éléments ?

Supports

  • Document 1 : La théorie germinale de Pasteur et Koch (1880), d’après C. Chastel, « La naissance de la virologie », Virologie, 1997, vol. 1 (2).
  • Document 2 : Expériences historiques d’Ivanovski et de Beijerinck.

  • Document 3 : Extrait du dossier « Les plus grandes découvertes en médecine », Futura-Sciences, 10/03/2014, disponible en ligne sur le site Futura Santé.
  • Schéma : Structure d’un virus nu et d’un virus enveloppé
  • Tableau : Différents exemples de virus
Nom Information génétique Géométrie de la capside Enveloppe Cellules ou tissus cibles
Adénovirus ADN double brin icosaédrique Non Variées, surtout appareil respiratoire
Hépatite B ADN double brin icosaédrique Oui Hépatocyte
Hépatite A ARN simple brin icosaédrique Non Hépatocyte
Rotavirus ADN double brin icosaédrique Non Colon
Bactériophage ADN double brin complexe Non Bactéries
Poliovirus ARN simple brin icosaédrique Non Neurones
Virus de la grippe ARN simple brin hélicoïdale Oui Appareil respiratoire
Virus de la mosaïque ARN simple brin hélicoïdale Non Feuilles
Parvovirus B19 ADN simple brin icosaédrique Non Cellules sanguines

 

Consigne

Document 1 : La théorie germinale de Pasteur et Koch (1880)
Pour chaque maladie infectieuse on peut trouver un micro-organisme spécifique. Celui-ci :

  • est visible au microscope,
  • peut être cultivé sur un milieu nutritif approprié,
  • est retenu par le filtre Chamberland (retient toutes les bactéries).

Deux grands précurseurs ont eu entre les mains d’authentiques virus pathogènes pour l’homme, mais ne pouvant les voir, ils n’en comprirent pas la nature réelle. Edward Jenner, en Angleterre, a réussi à protéger l’homme d’une maladie épidémique redoutable, la variole (1796), en lui inoculant le cowpox, une maladie voisine et bénigne de la vache.

Quant à Louis Pasteur, il rencontra entre 1881 et 1885 les pires difficultés pour appliquer à la rage, autre fléau de l’humanité, son principe d’atténuation qui avait si bien réussi avec les bactéries, lui permettant de préparer des vaccins efficaces […]. « N’existe-t-il donc pas de microbe de la rage ? », s’écriait-t-il, à moitié découragé.

Document 3 : Extrait du dossier « Les plus grandes découvertes en médecine », Futura-Sciences, 10/03/2014
En 1892, le biologiste russe Dimitri Ivanovski fit un premier pas vers la découverte des virus. Travaillant sur la maladie de la mosaïque du tabac, il filtra un extrait broyé de feuilles malades, à travers un filtre de porcelaine conçu pour arrêter les bactéries. À sa surprise, le filtrat obtenu était infectieux. Toutefois, Ivanovski incrimina des toxines ou des spores bactériennes. En 1898, le microbiologiste hollandais Martinus Beijerinck réalisa une expérience similaire et pensa qu’il s’agissait d’une sorte d’agent infectieux liquide dans la nature, qu’il qualifia de contagium vivum fluidum (germe vivant soluble). Plus tard, les chercheurs furent capables de faire multiplier des virus sur des milieux contenant des tissus de cornée de cobaye, de rein de poule ou d’œufs embryonnés de poule. Ce n’est que dans les années 1930 que des virus purent enfin être vus en microscopie électronique.

Exercice 1
1. À partir du document 1, expliquer pourquoi Louis Pasteur a eu bien du mal à étudier le virus de la rage.
2. À partir de l’étude des documents 2 et 3, expliquer l’intérêt du filtre de Chamberland utilisé dans les expériences d’Ivanovski et de Beijerinck.
3. Expliquer pourquoi, suite à ses expériences, Ivanovski pose l’hypothèse de l’existence d’une toxine bactérienne et non pas d’une bactérie.
4. Expliquer pourquoi l’expérience de Beijerinck permet de dire que le responsable de la maladie de la mosaïque du tabac n’est pas une toxine bactérienne mais bien un nouveau type d’agent pathogène.
5. D’après le document 3, préciser la condition indispensable à la culture d’un virus.
6. À partir des éléments précédents, écrire une courte synthèse récapitulant les propriétés des virus.

Exercice 2
1. À partir des schémas présentés, identifier les éléments constants et facultatifs de la structure d’un virus.
2. Proposer un rôle pour chacun des éléments listés ci-dessus.
3. À partir du tableau qui présente les caractéristiques de plusieurs virus, proposer 3 critères de classification des virus. On cherche à regrouper les virus ayant des points communs entre eux.
4. Présenter les données du tableau sous forme d’un arbre dichotomique permettant d’identifier un virus inconnu dont on aurait simplement les caractéristiques principales.

Activités

Ces activités ont pour objectif d’identifier les connaissances préalables des élèves concernant les virus et éventuellement les fausses idées qu’ils peuvent avoir assimilées. Elles proposent dans un premier temps d’analyser les expériences historiques ayant conduit à l’identification des virus comme une nouvelle classe d’agent pathogène. La démarche d’investigation guidée doit permettre aux élèves d’exploiter des documents à la fois textuels et graphiques.
Dans un second temps, ces activités ont pour objectif de mettre en évidence les principaux éléments structurels d’un virus et d’aborder des éléments de classification.

Production attendue

La réponse au questionnement proposé doit conduire à l’écriture d’une synthèse sur les propriétés des virus et la mise en place d’un arbre dichotomique facilitant la classification et l’identification de virus inconnus. On peut éventuellement tester l’efficacité de l’arbre produit en soumettant aux élèves un exemple de virus qu’ils doivent identifier à partir de ses caractéristiques.

Bilan

À la fin de cette première séance, les élèves doivent avoir abordés les éléments structuraux des virus et leurs principales caractéristiques : agents infectieux, de petite taille (filtrable), provoquant des maladies, cultivables uniquement en présence de cellules ou de tissus.

Séance 2

Durée

2h00

Situation déclenchante

La séance précédente a permis de dégager les éléments caractéristiques et les principales propriétés des virus. L’objectif de cette séance 2 est d’aborder la notion de parasite intracellulaire obligatoire et l’étude des étapes d’un cycle de développement viral à l’aide d’exemples choisis.

Problème

Il semble que la culture d’un virus soit différente de celle d’une bactérie. Pasteur reproduisait le virus de la rage sur des cerveaux de lapin par exemple. Pourquoi un virus ne se cultive-t-il pas dans un milieu nutritif classique ? Quelles sont les étapes nécessaires à la multiplication d’un virus et leurs conséquences pour les organismes qu’ils infectent ?

Supports

 

Consigne

Exercice 1
1)    Analyser le schéma du document 4 : expliquer ce que cette expérience cherche à démontrer et indiquer le rôle du tube contenant uniquement du milieu nutritif.
2)    À partir du schéma présentant le cycle de développement du virus de la rage, repérer les étapes principales de la multiplication du virus.
3)    On dit que les virus sont des « parasites intracellulaires obligatoires ». À partir des réponses aux questions précédentes, expliquer cette affirmation à l’aide de quelques phrases courtes.
Visionner la vidéo « Cycle viral du VIH » et répondre aux questions suivantes.
4)    Lister les étapes du cycle de multiplication du VIH.
5)    Indiquer celles qui sont communes avec les virus de la rage et celles qui sont spécifiques au VIH.
6)    À partir de vos connaissances sur la réplication de l’ADN, expliquer la conséquence de l’intégration du génome du virus dans l’ADN de la cellule hôte lors de la multiplication cellulaire.
7)    Expliquer pourquoi le VIH appartient à un groupe de virus appelé « rétrovirus ».
Les traitements actuels des patients séropositifs font intervenir un cocktail d’inhibiteurs de protéines spécifiques du VIH. On parle de trithérapie.
8)    À partir de la vidéo, proposer 3 protéines virales, cibles thérapeutiques potentielles, qui permettraient de bloquer la reproduction du VIH.

Exercice 2
Les bactéries aussi peuvent être infectées par des virus appelés bactériophages. Observer la courte vidéo « Bacteriophage lambda lysis and lysogeny ». Dans cette expérience, les bactéries sensibles ont été mises en présence d’un bactériophage lambda modifié pour produire une protéine fluorescente verte.
1)    Certaines bactéries apparaissent vertes et d’autres non. Justifier que les bactéries vertes sont les bactéries infectées par le bactériophage.
Au début de la séquence vidéo, deux bactéries apparaissent vertes.
2)    Décrire le devenir de chacune de ces deux bactéries.
3)    Observer le document présentant les étapes du cycle de multiplication du bactériophage lambda et repérer les étapes principales.
4)    Comparer ces étapes à celles d’un virus de cellule eucaryote comme le virus de la rage.
5)    Nommer les deux cycles que le bactériophage est capable de réaliser.
6)    Justifier le cycle ayant lieu dans chacune des deux bactéries vertes initiales.
7)    Proposer un intérêt à l’existence de ces deux cycles de multiplication pour le bactériophage lambda.
8)    Dessiner un schéma bilan représentant les principales étapes d’un cycle viral type.

Activités

L’étude de quelques exemples choisis de cycles doit permettre de montrer aux élèves que les étapes de multiplication d’un virus suivent un cheminement commun, avec des variabilités spécifiques à chaque virus.
D’autre part, l’exemple d’un rétrovirus comme le VIH et du bactériophage lambda montrent que certains virus peuvent s’intégrer durablement dans le patrimoine génétique d’une cellule et se disséminer dans les populations. Ces exemples ouvrent en outre la possibilité d’applications biotechnologiques qui seront évoquées dans la séance suivante.

Production attendue

Exploitation des documents fournis et réponse éventuellement guidée au questionnement proposé. Synthèse sous forme de schéma bilan des étapes incontournables d’un cycle viral permettant l’exploitation potentielle d’un cycle inconnu.

Bilan

À la fin de cette séance, les élèves se sont familiarisés avec la notion de parasite intracellulaire obligatoire (qui peut éventuellement ouvrir une discussion sur le caractère « vivant ou non » d’un virus). L’étude des cycles a permis de montrer les conséquences d’une infection virale sur un organisme simple. Il peut être intéressant de faire réfléchir les élèves sur le lien entre infection virale et signes cliniques associés à une maladie.

Séance 3

Durée

2h00

Situation déclenchante

Les virus modifient le fonctionnement des cellules qu’ils infectent et peuvent même les détruire. Certains virus sont capables de s’intégrer dans l’ADN de leurs cellules hôtes. Ces propriétés, bien que dangereuses naturellement, peuvent être exploitées par le génie génétique et la médecine pour traiter des maladies spécifiques.

Problème

Peut-on tirer parti des propriétés des virus et s’en servir comme outils thérapeutiques ?

Supports

 

Consigne

Exercice 1
Regarder la vidéo « Ligne de mire : la thérapie génique » et répondre aux questions suivantes.
1)    Rappeler ce qu’est une mutation génétique et expliquer pourquoi elles peuvent être responsables de pathologies.
2)    À l’aide de quelques phrases simples, expliquer le principe de la thérapie génique.
3)    Citer les deux exemples de pathologie évoqués dans la vidéo et qui ont fait l’objet de recherches importantes.
4)    Établir une liste des difficultés et des contraintes liées à la mise en place d’une thérapie génique (pour les patients et pour la production des vecteurs).
5)    À partir de vos connaissances sur les virus, expliquer pourquoi ces particules sont particulièrement intéressantes pour cibler des tissus spécifiques.
6)    Expliquer la différence entre un virus et un vecteur.
7)    D’après la vidéo, lister les problèmes éthiques posés par la thérapie génique et préciser les mesures mises en place pour tenter d’y remédier.
Exercice 2 : Comment produire un vecteur de thérapie génique ?
1)    À l’aide du schéma du document 5, indiquer les gènes qui sont retirés du génome du virus.
2)    Sachant qu’un gène eucaryote peut comporter plusieurs milliers des bases, proposer deux explications à la suppression de ces gènes.
3)    Indiquer de quoi est constitué le transgène introduit dans le vecteur. Justifier cette composition en rappelant le rôle de chacun de ses éléments constitutifs.
4)    Expliquer pourquoi la production de vecteur ne peut pas se faire sans utiliser des cellules productrices particulières.
5)    Préciser le rôle des gènes de l’unité d’assemblage.
6)    Indiquer l’intérêt de ce dispositif de production une fois que le virus est libéré dans le patient ou dans la nature.

Exercice 3 : La vaccination
Visionner la vidéo « La vaccination » et répondre aux questions suivantes.
1)    D’après Jean-François Bach, indiquer la conséquence de la vaccination sur l’incidence des pathologies.
2)    Expliquer pourquoi la vaccination ne fonctionne plus aussi bien qu’auparavant.
Dans une population, certains individus ne peuvent pas se faire vacciner (pour des raisons médicales, ou d’allergies par exemple). Ces personnes sont protégées par un phénomène appelé « immunité de groupe » : les personnes de leur entourage étant vaccinées, elles limitent les risques de transmission de la maladie à la personne non vaccinée.
3)    Expliquer le risque encouru par ces personnes si le taux de vaccination global de la population venait à chuter.

Activités

Les élèves sont amenés, à l’aide de questions dirigées, à analyser un document audiovisuel scientifique. Le document associé permet d’entrer plus en détail dans les aspects biotechnologiques. D’autre part, la vidéo fait référence à un certain nombre de questionnements éthiques auxquels il est pertinent de faire réfléchir les élèves et qui peuvent éventuellement faire l’objet d’un approfondissement ou d’une discussion/débat en classe.

Production attendue

Exploitation des documents fournis et réponse éventuellement guidée au questionnement proposé. Synthèse sous forme de phrases explicatives et justificatives.

Bilan

Cette séance permet d’aborder des aspects biotechnologiques au chapitre de virologie. Elle permet de faire un lien avec des éléments du référentiel de l’option biotechnologie et de permettre une ouverture.

Il serait intéressant de compléter cette séquence avec des éléments classiques et généraux concernant la vaccination. La vidéo utilisée à ce sujet n’aborde pas les principes de la vaccination ni la production de vaccins, mais les conséquences des mouvements de défiance actuels vis-à-vis de cet outil thérapeutique.

Conclusion

Vidéos utilisées

Suggestion de scénarios pédagogiques