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Risque infectieux et protection de l'organisme

Risque infectieux et protection de l’organisme

Cycle 4

3e

Introduction

Organisation des séances

Scénario organisé en 5 séances pour un total de 6h30.

  • Séance 1 : 1h00

  • Séance 2 : 1h00

  • Séance 3 : 1h30

  • Séance 4 : 1h30

  • Séance 5 : 1h30

Objectifs visés

  • Démontrer expérimentalement la présence de micro-organismes dans notre environnement proche.
  • Découvrir l’importance de la phagocytose dans l’initiation des réponses immunes.
  • Découvrir la nature et le rôle de certains acteurs cellulaires impliqués dans les réactions immunitaires.
  • Prouver l’existence, pour un organisme immunocompétent, d’une mémoire immunitaire.
  • Montrer que la mémoire immunitaire est une réponse du système immunitaire organisée à la suite d’un second contact entre l’organisme et un antigène.
  • Découvrir des acteurs cellulaires impliqués dans la mise en place de cette mémoire immunitaire.
  • Comprendre l’intérêt clinique de la vaccination.

Pré-requis

  • Confrontation permanente de l’organisme aux micro-organismes de son environnement.
  • Pathogénicité des agents infectieux.

Compétences acquises depuis la 4e

  • Connaître les étapes essentielles d’une démarche d’investigation.
  • Se questionner, formuler un problème scientifique.
  • Formuler des hypothèses recevables au regard du contexte étudié.
  • Valider ou invalider ces hypothèses à partir d’observations, d’expériences et de l’exploitation de résultats expérimentaux.
  • Justifier l’intérêt d’une manipulation au sein d’un protocole expérimental.
  • Communiquer à l’aide de langages et outils adaptés.
  • Construire son compte-rendu d’activité pour atteindre le ou les objectifs fixés.

Séance 1

Durée

1h00

Situation déclenchante

Présentation aux élèves d’une photographie illustrant des mains sales, souillées.
Cette photographie permet d’amener les élèves à se questionner sur les risques potentiels, pour la santé, engendrés par la présence d’éléments potentiellement infectieux sur nos mains ou dans notre environnement proche. La notion d’agents pathogènes peut ainsi émerger.

Problème

Comment mettre en évidence la présence de ces micro-organismes (invisibles à l’œil nu) sur des mains souillées ?
Certains élèves peuvent proposer un protocole expérimental simplifié.

Supports

La mise en culture de micro-organismes non strictement identifiés n’étant pas envisageable en établissement scolaire, celle-ci sera proposée en projection grâce à la séquence Corpus « Nos mains sales ». Cette séquence vise à rappeler, par une approche expérimentale, que notre organisme est constamment confronté à la possibilité qu’y pénètrent des micro-organismes (ici, bactéries et champignons) issus de son environnement. Leur présence sur la peau est ici mise en valeur. Elle peut donc servir d’introduction à toute la thématique concernant l’immunité.

Consigne

À partir de l’observation de la séquence vidéographique, présentez les étapes essentielles de l’expérience réalisée et justifiez l’intérêt de chacune d’elle.
La production prendra la forme d’un tableau.
Quelques conseils de méthodologie concernant les légendes associées à la réalisation du document tabloïde attendu peuvent être apportés aux élèves en difficulté.

Activités

Chaque élève observe et écoute attentivement la séquence vidéographique proposée. La prise de notes au brouillon est encouragée.
L’élève consigne ensuite, dans un tableau personnellement construit, chacune des étapes de l’expérience présentée et s’efforce de justifier chacune d’elle.
Cette justification permet de s’assurer que l’expérimentation est comprise, que la notion de témoin (ou d’expérience témoin) est acquise.

Production attendue

Construction d’un tableau récapitulant les étapes essentielles de l’expérience proposée et apportant les justifications attendues.

Bilan

À l’issue de ce travail, l’élève comprend que notre environnement proche et notre peau sont colonisés, en permanence, par des micro-organismes. Des mesures d’hygiène utilisant des produits antiseptiques permettent d’éliminer ces micro-organismes ou de réduire leur population. La peau constitue une barrière physique à la pénétration de ces agents dans l’organisme.
Cependant, il arrive, à la faveur d’une plaie par exemple, que l’organisme soit infecté…

Séance 2

Durée

1h00

Situation déclenchante

Présentation d’une photographie d’une zone de peau saine associée à celle d’une zone présentant une plaie (légère coupure par exemple).
Notion extraite : La peau constitue une barrière physique protégeant l’organisme de l’agression de micro-organismes extérieurs. Toute atteinte à son intégrité peut constituer une porte d’entrée, une source de contamination…

Problème

Que se passe-t-il lorsque des agents infectieux pénètrent dans l’organisme ?

Supports

Projection de la séquence Corpus « Découverte historique de la phagocytose » (séquence à venir).
Électronographies de moments clés de la phagocytose.
Séquence Corpus « La réaction inflammatoire ».

Consigne

En utilisant les informations utiles fournies dans les supports mis à disposition, proposez des schémas légendés illustrant les différentes étapes de la phagocytose. Résumez cette dernière en expliquant notamment comment ce mécanisme peut endiguer une infection.

Activités

Les élèves travaillent par petits groupes de 3 ou 4 élèves. La phagocytose comportant plusieurs étapes essentielles, chacune peut être prise en charge, après discussion au sein du groupe, par un élève. Dans ce cas, chaque élève étudie une ou plusieurs ressources, puis réalise le schéma légendé présentant l’étape de la phagocytose étudiée.
Le groupe se reforme et chaque élève peut proposer, à ses collègues, sa représentation schématique.
Le groupe peut alors, compte tenu des 3 ou 4 schémas exploités, expliciter, sous forme rédigée, la phagocytose et sa finalité.

Production attendue

On attend ici la présentation de schémas légendés simplifiés illustrant les grandes étapes de la phagocytose (reconnaissance, adhésion, ingestion, présentation antigénique). La cellule immunitaire impliquée est reconnue comme appartenant à la catégorie des leucocytes. Le dernier schéma doit montrer la destruction/l’élimination de l’agent infectieux.
Ces schémas sont accompagnés d’un court paragraphe rédigé récapitulant le mécanisme de la phagocytose et son implication dans l’élimination de l’agent reconnu comme étranger.

Séance 3

Durée

1h30

Situation déclenchante

Retour sur les productions de la séance précédente. Définition de la phagocytose et importance de celle-ci pour la détection de l’agent infectieux. Le pouvoir phagocytaire des phagocytes ne suffit parfois pas pour endiguer l’infection. L’organisme dispose cependant d’autres acteurs immunitaires dont l’intervention s’avère plus spécifique…

Problème

Quels sont ces acteurs ? Comment agissent-ils ?

Supports

  • Frottis sanguin observable au microscope photonique
  • Planche d’identification des éléments cellulaires présents dans un frottis sanguin
  • Résultats d’analyses de sang réalisées à partir du comptage des cellules sanguines sur un frottis (exemple ci-dessous, issu de la banque de ressources pédagogiques du site Éduscol).
Nombre d'éléments figurés/ml de sang Normes Individu non malade Individu ayant une angine ou un rhume Monsieur X Individu atteint du Sida en phase terminale
Leucocytes (cellules) 4 000 à 10 000 9 000 13 500 12 650 < 1 000
Hématies (cellules) 4 400 000 à
5 500 00
5 070 000 5 020 000 5 260 000 4 800 000
Plaquettes 150 000 à
400 000
267 000 285 000 253 000 283 000

Source : Eduscol

  • Informations complémentaires fournies : Le Sida est une immunodéficience acquise. Le virus du Sida est un virus qui détruit certaines cellules du sang impliquées dans les défenses de l’organisme, provoquant ainsi, en phase terminale, l’apparition de maladies contre lesquelles l’individu ne peut plus se défendre. L’angine ou le rhume sont des maladies peu graves dont on guérit souvent sans prendre de médicaments, car l’organisme réagit en combattant les micro-organismes pathogènes (bactéries ou virus) responsables de ces maladies.

Consigne

Monsieur X présente une importante fatigue, de la fièvre et des ganglions particulièrement volumineux dans la région pharyngée. À la vue de ces symptômes, son médecin généraliste demande une analyse de sang. Les résultats transmis à la suite de cette analyse concluent à une infection virale ou bactérienne.
Monsieur X compare les résultats de son analyse sanguine avec les normes pour tenter de comprendre comment le médecin a pu établir un tel diagnostic. Cependant, Monsieur X a bien du mal à décrypter les termes scientifiques et à comprendre l’intérêt de toutes les données chiffrées indiquées dans ce rapport…
À l'aide des documents et du matériel mis à votre disposition, expliquez à Monsieur X comment l’analyse, pratiquée à partir de son échantillon sanguin, a permis au médecin généraliste de diagnostiquer une infection bactérienne ou virale.
La réponse sera construite sous la forme d’un paragraphe accompagné d’un ou de plusieurs dessins scientifiques permettant la reconnaissance des différentes cellules sanguines.

Activités

À partir de la lecture du tableau d’analyse sanguine, et par l’étude comparative des données chiffrées, chaque élève peut rattacher l’état clinique de monsieur X à celui d’une personne atteinte d’un rhume ou d’une angine.
Cette mise en relation doit amener l’élève à porter son étude sur les cellules immunitaires impliquées dans ce contexte.
Il sélectionne donc la ligne « leucocytes ».
L’énoncé de la tâche complexe lui demande d’observer une cellule appartenant à cette catégorie de globules blancs.
Il en réalise un dessin légendé.
Pour conclure sa démarche, il rédige un paragraphe par lequel il explique à monsieur X le diagnostic établi par son médecin. L’organisation de ce paragraphe requiert une mise en relation cohérente des informations essentielles extraites des ressources.

Production attendue

  • Observation au microscope photonique du frottis sanguin.
  • Dessin légendé
  • Réponse rédigée et organisée adressée à monsieur X lui apportant l’explication du diagnostic médical.

En conduisant cette tâche complexe, l’élève met en relation les informations utiles et explique, à la fois par la rédaction et par la schématisation, que l’entrée dans l’organisme d’un agent infectieux déclenche la multiplication de cellules particulières, identifiées sous le microscope (les leucocytes) et impliquées dans la lutte contre cet agent. Ces cellules sont indispensables pour la guérison.

Séance 4

Durée

1h30

Situation déclenchante

Après un rappel des principales étapes mises en jeu dans le déroulement de la réponse immune adaptative, une affiche de prévention rappelant l’intérêt de la vaccination peut être proposée aux élèves. Ce document iconographique peut constituer un support permettant de soulever un ou des problèmes scientifiques (question soulevée par l’observation de faits, posée face à une situation que l’on ne peut pas expliquer).

Problème

Il s’agit ici d’inviter les élèves à formuler, avec une expression grammaticalement correcte, un ou des problèmes en lien avec le contenu d’un vaccin, avec la réaction physiologique attendue de l’organisme vacciné ou le bénéfice recherché. Les problèmes soulevés permettent naturellement d’enclencher la démarche d’investigation suivante.

Supports

Consigne

L’année 1885 est une année charnière pour l’immunologie. À cette date, Louis Pasteur avait déjà vacciné des poules contre le choléra, mais n’avait pas encore entrepris d’expérimentation sur l’homme.
Entre le mois de juillet et le mois de novembre 1885, il reçut, dans son laboratoire de l’École normale à Paris, deux jeunes patients, Joseph Meister, puis Jupille. Tous deux avaient été mordus par des chiens présentant les symptômes de la rage. On connaissait, à cette époque, son caractère mortel. Pasteur, ayant déjà travaillé et établi un protocole pour préparer une solution vaccinatoire, l’injecta à plusieurs reprises dans l’organisme des jeunes patients (13 fois pour Meister, 10 pour Jupille). Ces derniers survécurent comme en atteste l’un des écrits de Pasteur : « Joseph Meister, mordu gravement le 4 juillet précédent. Le chien était manifestement enragé, et une enquête récente, faite par les autorités allemandes, a de nouveau démontré que ce chien était en plein accès de rage au moment où il a mordu Meister. La santé de cet enfant est toujours parfaite. La morsure remonte à huit mois environ. Au moment même de la lecture de ma note du 26 octobre, j’avais en traitement le jeune berger Jupille, mordu, autant et plus grièvement peut-être que Meister, le I4 octobre. La santé de Jupille ne laisse également rien à désirer. »
Au XIXe siècle, les bases cellulaires de l’immunologie n’étaient pas encore connues. Pasteur ne pouvait donc expliquer les mécanismes cellulaires ayant permis à l’organisme de ce jeune patient de neutraliser l’agent infectieux…
En utilisant toutes les ressources mises à disposition, présentez le contenu d’une préparation vaccinatoire et expliquez, sous forme d’un schéma fonctionnel légendé, comment celui-ci permet à l’organisme de lutter plus efficacement contre un agent infectieux tel que celui responsable de la rage.

Activités

La consultation des séquences vidéographiques C’est pas sorcier permet, à chaque élève, de définir assez précisément le contenu d’une préparation vaccinatoire.
Après avoir ainsi saisi la notion d’antigène inactivé (ou d’agent infectieux inactivé), il peut mobiliser ses acquis concernant la réponse immune adaptative (séance précédente).
L’exploitation du document présenté dans le document associé de la séquence Corpus « L’immunité adaptative » à 02 min 11 sec lui permet de comprendre que chaque rencontre avec l’antigène déclenche, chez un organisme immunocompétent, une production accrue d’anticorps capables de neutraliser l’agent infectieux. La réponse est rapide, ample, efficace.
Toutes les informations ainsi récoltées lui permettent de proposer un schéma fonctionnel légendé illustrant les étapes chronologiques de la mise en place de la réponse immune. Il montre ainsi que la rencontre provoquée entre l’antigène inactivé et certains acteurs immunitaires prépare activement et efficacement l’organisme aux éventuels contacts ultérieurs.

Production attendue

Chaque élève propose une schématisation permettant de visualiser l’aspect moléculaire de la préparation vaccinatoire (antigène dénaturé mais ayant conservé son pouvoir immunogène), sa reconnaissance par des cellules immunitaires (CPA ou lymphocytes B), et l’organisation de la réponse immune. Les nombreux anticorps produits (graphique exploité) sont alors capables de neutraliser efficacement l’agent infectieux.

Bilan

À l’issue de cette étude, une projection de la séquence vidéographique de Corpus « La mémoire immunitaire », avec ses animations 3D et ses commentaires, permet de dresser un bilan concernant la mise de place de la réponse immune lors d’un second contact avec un même antigène (réponse secondaire).

Séance 5

Durée

1h30

Situation déclenchante

Reprise et commentaire à l’oral d’une production d’élève de l’activité précédente. Le second ou énième contact avec un même antigène permet la mise en place d’une réponse immunitaire qualitativement et quantitativement supérieure à la réponse primaire. L’efficacité de la réponse secondaire suggère l’existence d’une mémoire immunitaire.

Problème

Quel est le support de la mémoire immunitaire ?

Supports

Schéma fonctionnel de synthèse légendé présentant l’organisation des réponses immunes primaires et secondaires (exemple de schéma de mémoire immunitaire sur le site de l’académie de Dijon).

Consigne

Convertissez le schéma fonctionnel de synthèse fourni (voir ci-dessus) en un paragraphe organisé utilisant le vocabulaire scientifique requis. Votre commentaire insistera tout particulièrement sur les acteurs impliqués dans la mémoire immunitaire.

Activités

Chaque élève prend connaissance de la représentation schématique légendée proposée.
Il s’attache alors à traduire chacun des évènements clés présentés en une phrase scientifiquement correcte. Il mobilise, par cette activité, le vocabulaire requis.
Coup de pouce : Une liste des termes scientifiques clés attendus pourra être proposée pour aider certains élèves.

Production attendue

Paragraphe scientifique traduisant le plus fidèlement possible l’organisation de la réponse immune présentée. Le vocabulaire acquis durant les séances précédentes doit être ici utilement réinvesti. La production permet, par ailleurs, d’introduire le concept de cellules mémoires, support de la mémoire immunitaire.

Bilan

La mémoire immunitaire a pour support des cellules, lymphocytes dits mémoires. Ces derniers, hautement réactifs, permettent la mise en place d’une réponse efficace lors d’un second ou énième contact avec l’antigène pour lequel ils sont sensibilisés.

Conclusion

  • Le scénario pédagogique proposé ne présente pas de difficultés majeures pour les élèves. Les capacités mobilisées sont celles mises en jeu au collège.
  • L’étude de l’existence de la mémoire immunitaire pourrait aussi prendre appui sur une démarche épidémiologique en lien avec la nécessité de la vaccination antigrippale pour les sujets à risque de complications (personnes âgées ou femmes enceintes…).
  • Une démarche de projet collective pourra être mise en place pour présenter et expliquer, au sein de l’établissement par exemple, la nécessité d’une mise au point annuelle d’un nouveau vaccin antigrippal selon la souche virale identifiée. L’incapacité actuelle concernant la mise au point d’un vaccin anti-VIH pourrait aussi être expliquée.
  • Ces actions d’information et de prévention peuvent s’inscrire dans le cadre du CESC (Comité d’éducation à la santé et à la citoyenneté) de l’établissement.
  • Les différentes thématiques associées à la mise en place des réponses immunitaires seront remobilisées et complétées ultérieurement, notamment, dans les enseignements de SVT du niveau de terminale S et dans celui de CBSV du niveau de terminale STL.

 

Vidéos utilisées

Suggestion de scénarios pédagogiques