L`inspecteur A. Déenne mène l`enquête! - Musée Armand

Le carnet d’enquête – Une visite proactive de l’exposition MicroZoo- Version 3
L’inspecteur A. Déenne mène l’enquête! pour les 4e et 5e secondaires
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,
4e et 5e secondaire
531, boul. des Prairies
Laval (Québec) H7V 1B7
Musée Armand-Frappier, Centre d’interprétation des biosciences
Téléphone : (450) 686-5641
Télécopieur : (450) 686-5391
www.musee-afrappier.qc.ca
[email protected]
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Le carnet d’enquête – Une visite proactive de l’exposition MicroZoo- Version 3
L’inspecteur A. Déenne mène l’enquête! pour les 4e et 5e secondaires
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 ».
Mise en situation
Activité de préparation
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.
¾ Il est fortement recommandé de lire ou de faire lire la mise en
situation aux étudiants qui visiteront le Musée.
¾ 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!
Lieu de réalisation de l’étape
dans le cadre de l’activité
Étapes de la démarche scientifique
complémentaire du carnet
d’enquête
Observation ou mise en situation
Préparation en classe
Problème ou interrogation
Préparation en classe et lors
Formulation d’une hypothèse
de la visite au Musée
Expérimentation ou collecte de
Lors de la visite au Musée
données
Traitements des données ou des
résultats obtenus
Lors du retour en classe
Conclusion
Musée Armand-Frappier, Centre d’interprétation des biosciences
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.
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.
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Le carnet d’enquête – Une visite proactive de l’exposition MicroZoo- Version 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 CO2, 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
Musée Armand-Frappier, Centre d’interprétation des biosciences
L’inspecteur A. Déenne mène l’enquête! pour les 4e et 5e secondaires
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.
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Le carnet d’enquête – Une visite proactive de l’exposition MicroZoo- Version 3
L’inspecteur A. Déenne mène l’enquête! pour les 4e et 5e secondaires
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).
2.3 : Regarde l’exemple de génie génétique qui traite des plantes
génétiquement modifiées.
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.
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)
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.
Musée Armand-Frappier, Centre d’interprétation des biosciences
Q : Peux-tu mettre en ordre les étapes de la transformation
génétique?
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 oC).
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.)
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Le carnet d’enquête – Une visite proactive de l’exposition MicroZoo- Version 3
L’inspecteur A. Déenne mène l’enquête! pour les 4e et 5e secondaires
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
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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.
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