Interactions biotiques et résistance aux antibiotiques
Dans une hêtraie de la forêt de Fontainebleau, des arbres, des champignons, des insectes et des oiseaux vivent ensemble. Dans un hôpital de Lyon, une infection ne guérit plus avec l'antibiotique habituel. Quel point commun entre ces deux situations ? Dans les deux cas, des êtres vivants interagissent et ceux qui ont un avantage laissent plus de descendants. Tu vas le voir dans cette page.
Biotope, biocénose et interactions
Un écosystème est formé de deux parties qui s'influencent : le biotope (le milieu physico-chimique : sol, climat, lumière, eau) et la biocénose (l'ensemble des êtres vivants qui y vivent).
Les êtres vivants de la biocénose établissent des interactions biotiques. On les classe selon leur effet sur la valeur sélective (la capacité à survivre et à se reproduire, donc à laisser des descendants).
| Interaction | Effet sur A | Effet sur B | Exemple |
|---|---|---|---|
| Compétition | − | − | deux espèces d'arbres se disputent la lumière |
| Exploitation : prédation | + (prédateur) | − (proie) | le renard et le campagnol |
| Exploitation : parasitisme | + (parasite) | − (hôte) | le gui sur un peuplier |
| Coopération : mutualisme, symbiose | + | + | mycorhizes entre champignon et chêne |
Définir biotope et biocénose, puis citer deux exemples d'interactions biotiques dans une forêt.
Définir biotope et biocénose, puis citer deux exemples d'interactions biotiques dans une forêt.
Distinguer mutualisme, compétition et prédation en donnant un exemple pour chacun.
Distinguer mutualisme, compétition et prédation en donnant un exemple pour chacun.
Les lichens associent un champignon et une algue. Le champignon apporte protection et eau, l'algue réalise la photosynthèse. a) Nommer ce type d'interaction. b)…
Les lichens associent un champignon et une algue. Le champignon apporte protection et eau, l'algue réalise la photosynthèse.
- a) Nommer ce type d'interaction.
- b) Justifier qu'il s'agit d'un bénéfice réciproque.
- c) Indiquer une conséquence de la disparition de l'algue pour le champignon.
La compétition entre espèces
Quand deux espèces utilisent la même ressource limitée, elles entrent en compétition. Le physicien-biologiste russe Gause l'a étudié avec des paramécies en laboratoire.
Cultivées seules, P. aurelia et P. caudatum se développent bien : chacune atteint 500 individus par mL. Cultivées ensemble avec la même nourriture, P. aurelia se maintient et P. caudatum disparaît. C'est le principe d'exclusion compétitive : deux espèces qui ont exactement la même niche écologique ne peuvent pas coexister durablement, la mieux adaptée élimine l'autre.
Pourquoi ? L'espèce qui exploite un peu mieux la ressource se reproduit un peu plus vite, et cet écart s'amplifie génération après génération.
Deux espèces de paramécies, P. aurelia et P. caudatum, sont cultivées séparément puis ensemble avec la même nourriture. Séparées, chacune atteint 500 individus par mL.…
Deux espèces de paramécies, P. aurelia et P. caudatum, sont cultivées séparément puis ensemble avec la même nourriture. Séparées, chacune atteint 500 individus par mL. Ensemble, P. aurelia atteint 450 individus par mL et P. caudatum disparaît.
- a) Nommer l'interaction.
- b) Interpréter ces résultats avec le principe d'exclusion compétitive.
- c) Proposer une expérience qui permettrait la coexistence des deux espèces.
Mutation et résistance aux antibiotiques
Un antibiotique tue des bactéries ou bloque leur multiplication. Mais une population de bactéries est très nombreuse et ses individus ne sont pas tous identiques.
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Lors de la réplication de l'ADN, des mutations aléatoires apparaissent. Elles existent avant tout contact avec l'antibiotique.
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Une mutation rare peut rendre une bactérie résistante.
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En présence de l'antibiotique, les bactéries sensibles meurent, les résistantes survivent : l'antibiotique sélectionne les mutants résistants.
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Les résistantes se multiplient et deviennent majoritaires.
Une bactérie qui se divise donne deux bactéries : après $n$ divisions, une bactérie en a donné $2^{n}$. Le nombre de bactéries double à chaque division, c'est une croissance exponentielle. Si une division a lieu toutes les 30 minutes, il y a 2 divisions par heure, donc $N(t) = N_0 \times 2^{2t}$ avec $t$ en heures. Par exemple, avec $N_0 = 5$ bactéries, après 3 heures : $5 \times 2^{6} = 320$.
L'antibiotique ne provoque pas la mutation : il trie des variants déjà présents. La résistance peut aussi se transmettre à d'autres bactéries par transmission horizontale (échange de plasmides), même entre espèces différentes.
Expliquer comment une bactérie peut devenir résistante à un antibiotique à la suite d'une mutation.
Expliquer comment une bactérie peut devenir résistante à un antibiotique à la suite d'une mutation.
Une population de $10^{9}$ bactéries est exposée à un antibiotique. La probabilité qu'une bactérie porte une mutation de résistance est de $10^{-7}$. a) Calculer le…
Une population de $10^{9}$ bactéries est exposée à un antibiotique. La probabilité qu'une bactérie porte une mutation de résistance est de $10^{-7}$.
- a) Calculer le nombre attendu de bactéries résistantes avant traitement.
- b) Expliquer ce qui se passe dans la population après traitement.
- c) Expliquer pourquoi il faut terminer le traitement prescrit.
Suivre et limiter l'antibiorésistance
Pour mesurer l'évolution d'une résistance, on compare des proportions à deux dates. Il faut distinguer deux calculs.
Les bactéries résistantes circulent entre animaux, sols, eaux et humains : un traitement systématique dans un élevage peut augmenter les résistances dans le sol voisin, puis atteindre l'être humain. On parle d'approche « une seule santé ».
Dans un hôpital de Lyon, la proportion de souches de Staphylococcus aureus résistantes à la méticilline est de 20 % au départ. Elle passe à 35 % après 5 ans de forte…
Dans un hôpital de Lyon, la proportion de souches de Staphylococcus aureus résistantes à la méticilline est de 20 % au départ. Elle passe à 35 % après 5 ans de forte consommation d'antibiotiques.
- a) Calculer l'augmentation en points de pourcentage et en pourcentage relatif.
- b) Interpréter ces valeurs en termes de sélection.
- c) Proposer deux mesures de prévention.
Une bactérie se divise toutes les 30 minutes. À $t=0$, une culture contient $10^{3}$ bactéries sensibles et 1 bactérie résistante. On ajoute un antibiotique qui tue…
Une bactérie se divise toutes les 30 minutes. À $t=0$, une culture contient $10^{3}$ bactéries sensibles et 1 bactérie résistante. On ajoute un antibiotique qui tue toutes les bactéries sensibles à $t = 0$.
- a) Exprimer le nombre de bactéries résistantes à l'instant $t$ en heures.
- b) Calculer ce nombre après 10 heures.
- c) Discuter de l'importance de la transmission horizontale (plasmides) dans la diffusion de la résistance.
Dans une exploitation, un traitement antibiotique systématique est administré aux animaux. On observe en 3 ans une hausse des bactéries résistantes dans le sol voisin.…
Dans une exploitation, un traitement antibiotique systématique est administré aux animaux. On observe en 3 ans une hausse des bactéries résistantes dans le sol voisin.
- a) Proposer une explication à l'échelle de la population bactérienne.
- b) Expliquer en quoi cela concerne la santé humaine.
- c) Formuler deux recommandations argumentées de gestion.
Retour au début : à Fontainebleau comme à l'hôpital, ce sont les interactions et la sélection qui expliquent qui prospère. Les êtres vivants les mieux adaptés au milieu, ou la bactérie résistante en présence d'antibiotique, laissent plus de descendants.