L'alcootest pour levures …

Levures, veuillez souffler dans le ballon !

Pour améliorer la très classique manip' de fermentation des levures, certains ont eu l'idée d'utiliser les tests d'alcoolémie qu'on trouve facilement sur le marché pour la mise en évidence de la production d'alcool. Une enseignante a expérimenté et propose ses documents ( pour l'enseignant, les élèves, et l'assistant technique). 
Nous avons rassemblé quelques travaux de chercheurs qui ont étudié ce qui se passe vraiment lorsque les élèves font ce labo et en proposerons quelques extraits, ainsi que l'accès aux articles d'origine. 

Un TP classique

La fermentation des levures est un TP tout à fait classique dans le secondaire, pour illustrer la fermentation, pour comparer avec la respiration cellulaire, ou dans le cadre de l'explication de la vinification ou la panification.

On en trouve un exemple dans un ouvrage français (Tavernier, 1985).
 

Fig 1: Un dispositif classique pour la fermentation des levures [img] source : Tavernier. (1985).


Un autre exemple dans un document d'un établissement du secondaire II datant de 1993 suggère de relever l'odeur d'alcool comme indicateur de la fermentation alcoolique.

 Réalisez les montages suivants :


Fig 2: Un exemple de montage expérimental proposé dans un protocole de labo [img]  Source : Groupe de biologie, Collège Calvin, 1993

La consigne indique après un temps: 

1. Mesurez à nouveau les températures des trois montages.
2. Relevez la formation de gaz carbonique en regardant si l'eau contenue dans les béchers  A, B et  C est devenue trouble.
3. Relevez dans les 3 fioles coniques (A, B, C) la présence ou l'absence d'une odeur d'alcool.

Source : Groupe de biologie, Collège Calvin, 1993

En réalité  l'odeur très marquée des levures rendait le plus souvent indiscernable celle de l'alcool. Pourtant les élèves soucieux d'avoir une bonne note plus que pétris de rigueur scientifique devinaient ce qui est attendu et indiquaient le plus souvent la présence de cette odeur.
Arrivés à ce stade de leurs études ils ont appris à deviner les intentions des enseignants –certains appellent cette compétence d'élève guess my mind. 

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Un alcootest pour révéler la production d'alcool.

Pour éprouver la production d'alcool sans recourir à des systèmes de capteurs et de logiciels complexes, une enseignante genevoise, Tania Bühler, a exploré la faisabilité d'utiliser de simples éthylotests (on les trouve à moins d'un € pièce et la fin de l'obligation d'en disposer dans chaque voiture en France laisse penser qu'on peut en trouver facilement). Elle s'est inspirée de http://www.didier-pol.net/1LEVURE.html.
Elle a accepté de partager ses impressions avec les lecteurs de Bio-Tremplins:  Elle propose ses documents :

	tp_levures_-_fermentation_alcoolique_-_pour_collegues.pdf	02-Oct-2013 16:53	1.2M
	tp_levures_fermentation_alcoolique_eleves.pdf	02-Oct-2013 16:53	1.2M
	TP Levures - Fermentation alcoolique - CORR.pdf	02-Oct-2013 16:53	1.2M
	tp_levures_-_fermentation_alcoolique_-_assistants_techniques.pdf	02-Oct-2013 16:53	59K

Les indications de montage sont détaillées, en voici un extrait :

"Couper l'embout de gonflage d'un ballon, sur un minimum de 4 cm, pour réaliser un adaptateur entre le goulot de la bouteille et la cartouche du test d'alcoolémie.
Selon le mode d'emploi du test d'alcoolémie, ouvrir le tube, et jeter les petits cristaux qui se trouvent aux deux extrémités du tube du test.
Avec une épingle (à nourrice), percer deux ou trois petits trous à travers le réactif de la cartouche pour faciliter le passage des gaz (dans le sens de la longueur du tube). Ne soufflez pas dans le tube !
Enfiler l'embout de gonflage du ballon sur le tube du test (c'est le côté qui ira dans la bouteille) : c'est normalement le côté qui devrait se placer dans le ballon/sac de l'éthylomètre." (Buhler, 2013)

Fig 3: Le flacon avec les levures  est relié ua ballon par un ethylotest [img] source : Buhler, T.

Elle a observé le changement de couleur sous forme d'une ligne verte petite mais très manifeste (cf figure 3) et quand même beaucoup plus net que la prétendue odeur d'alcool des anciens TP.  Elle indique que le montage est facile et à la portée des élèves.  Il faut juste agiter régulièrement et attendre que les levures produisent assez d'alcool : on a bien le temps de le faire en 2x 45 minutes et on peut profiter de ce temps pour compléter la théorie.
C'est donc l'occasion de dépoussiérer un TP et peut-être aussi de faire connaitre aux élèves ces éthylotests, qui ne manqueront pas de susciter des questions. Des questions qui peuvent conduire à la prévention.

 
Fig 4 : Un ethylomètre du commerce   source : http://www.myethylotest.fr/

Certains sites proposent de souffler le contenu du ballon sur un petit chiffon d'alcool à bruler enflammé pour montrer qu'il contient du CO₂ qui éteint la flamme. Tania Bühler a testé et dit que ça ne marche pas à tous les coups. De plus le risque lié au feu lui a fait renoncer à cet aspect.

Les difficultés qu'on peut imaginer pour les élèves :

Des chercheurs ont étudié les réactions des élèves lors d'un tel TP  Schneeberger, P., & Rodriguez, R. (1999). " Notre objectif est de clarifier le rapport des élèves à l'expérimental en essayant de comprendre comment ils procèdent pour formuler et traiter un problème."
Un extrait de ce texte met en évidence un obstacle conceptuel : de nombreux élèves considèrent que la suspension brunâtre devant eux est une substance non vivante, et ont donc de la peine à modifier leur compréhension du métabolisme cellulaire que ces organismes sont censés représenter.

"Nous avons pu relever des erreurs ou des difficultés qui paraissent fréquentes.[…]
- Nature précise des supports biologiques mal perçue Certains élèves ne font pas la distinction entre une substance et les levures, êtres vivants unicellulaires. D'une manière générale, ils ont une mauvaise connaissance des organismes unicellulaires et font la confusion entre levure et bactérie (mais cela ne leur avait pas été enseigné auparavant).
- Concept de vivant mal appréhendé
Certains élèves recherchent "Quelle est la partie vivante de la levure ?". Dans ce cas, le vivant est assimilé à une partie de la levure c'est-à-dire à une structure, ou à un attribut que possède ou non une population de levures. D'autres élèves attribuent des caractères propres au monde vivant à certaines molécules (les protéines par exemple).
Cette mauvaise connaissance des concepts de biologie va handicaper les élèves dans l'élaboration des protocoles. En effet, ces difficultés apparaissent au moment du choix des paramètres et des techniques à employer. "
Schneeberger, P., & Rodriguez, R. (1999)

On trouve d'autres conceptions obstacles ici Concepts structurants et conceptions obstacles : misconceptions dans le cadre du project 2061 : AAAS / Life Science : Cells

Conclusion

Offrir de nouvelles opportunités de vérifier (éprouver dirait G. De Vecchi)  ce qu'on a vu "en théorie" permet d'exercer le scepticisme scientifique ... même si elles ne peut peuvent guère prétendre démontrer rigoureusement, ces manips permettent de pratiquer des allers-retours entre modèle et réalité qui sont au coeur de la démarche scientifique. Confronter les modèles du monde biologique que les élèves ont dans leur tête à travers des hypothèses, des manipulations, des essais, peut contribuer à faire évoluer ces modèles vers celui qu'on cherche a institutionnaliser en classe.

Sources :

• Schneeberger, P., & Rodriguez, R. (1999). Des lycéens face à une investigation a caractère expérimental: un exemple en première S. Aster, 28 (L'expérimental dans la classe).
  
• Tavernier. (1985). Biologie 2DE. Paris: Bordas.
  

Des engrenages chez des insectes bien avant chez les ingénieurs

Les engrenages existaient sans doute des millions d'années avant les ingénieurs...

Le monde de la mécanique parait distinct du vivant, pourtant on a trouvé des engrenages entre les deux pattes arrières d'un insecte pour assurer la synchronisation lors du saut. Aristote et Archimède parlent d'engrenage il y a plus de deux mille ans et les chinois les auraient inventés bien plus tôt… mais tous auraient été précédés par des humbles insectes. Et donc précèderaient de millions d'années l'invention de la simple roue par l'homme!
Une équipe de chercheurs anglais a observé chez  la larve d'un petit insecte Issus coleoptratus (= cigale bossue) des structures chitineuses entre les pattes arrière qui s'engrènent et que les chercheurs interprètent comme un mécanisme pour assurer l'extension simultanée pour éviter à cet animal d e 5-7 mm de partir en vrille lors d'un saut de près d'un mètre.  Burrows et al. supposent  que ces engrenages seraient une première dans le monde animal.

Fig 1: Les pattes de la larve de Issus coleptratus s'engrènent pour assurer leur déploiement synchrone  [img] source Burrows, M., & Sutton, G. (2013).

Un insecte sauteur

Fig 2: Issus coleoptratus de dos et de côté [img] source.britishbugs.org.uk/  

Quand cette petite bête (Issus coleoptratus cigale bossue) de 5-7mm saute, on est souvent surpris de l'ampleur du saut ( près d 'un mètre). Pourtant l'accélération est impressionnante : chez les adultes, elle  atteint 5.5 m/s (moyenne 3.2 ± 0.2 m/s pour 10 mâles) en parfois moins d'1 ms (moyenne 1.5 ± 0.04 ms) correspondant à des accélérations de 700 g (Burrows, et al.2013). Les mécanismes permettant de telles accélérations (stockage d'énergie dans la flexion de structures en chitine, notamment) sont passionnants et ont été étudiés chez plusieurs insectes. Une Bio-Tremplins vous en parlera bientôt. C'est plutôt la stabilité dans la trajectoire qui est étudiée ici.

Fig 3: Issus coleptratus saute avec des pattes arrière [img] source Burrows, M., & Sutton, G. (2013).
Dans la news de Nature, Philipp Ball (2013) explique que quand un insecte de quelques millimètres saute près d'un mètre, la synchronisation parfaite du mouvement des pattes est indispensable pour lui éviter de partir en vrille. Cela serait la pression évolutive qui a sélectionné ces aspérités très particulières chez ces insectes où les pattes sont très proches - sous le corps (cf. figure 1, 4, et 5droite), alors que chez les sauterelles par exemple leur écartement plus grand - sur le coté du corps - rend moins sensible de petites erreurs dans la vitesse d'extension des pattes.

Dans leur article de Science (ici) les auteurs proposent une vidéo montrant bien l'imbrication des dents  (à des vitesses de l'ordre de 50'000 dents par seconde) lors du déploiement des pattes, ils ont aussi essayé de bloquer une patte pour établie l'effet de la forme des dents. Ils établissent assez solidement qu'ils ne sont pas seulement ressemblants à , mais fonctionnellement des engrenages.  On trouve en effet des structures évoquant des engrenages chez d'autres espèces animales (la tortue Heosemys spinosa, l'insecte Arilus cristatus (Hemiptera, Reduviidae). Le cœur des crocodiliens a une valve en engrenage qui bloque le reflux (cf  (Franklin, 2000)  cf. figure à droite et ici, source Franklin, 2000) permettant une pression artérielle accrue et plusieurs insectes ont des des structures munies de rangées de dents qui produisent en se frottant l'une l'autre des stridulations, mais les auteurs disent que Issus serait le premier cas d'engrenage fonctionnant comme tel.

Fig 4: Vidéo des pattes de Issus coleptratus s'engrenant e [img] source Burrows, M., & Sutton, G. (2013).

Les Vidéos sur le site de Science

• Movie S1 Spontaneous jump of a nymph viewed from the side. The images were captured at a rate of 5000 images per second and with an exposure time of 0.03 ms and are replayed at 30 frames per second.
• Movie S2 Movements of the gears during cocking of the hindlegs in preparation for a jump by a nymph restrained on its back in Plasticine. Images were captured at a rate of 5000 images per second and with an exposure time of 0.03 ms and are replayed at 30 frames per second.
• Movie S3 Movements of the gears during a restrained jump by a nymph fixed on its back in Plasticene. Images were captured at a rate of 5000 images per second and with an exposure time of 0.03 ms and are replayed at 30 frames per second. The hindlegs pushed against the flexible hairs of a small paint brush that slowed the velocity of their propulsive movements.

Pourquoi seulement chez les larves ?

Étonnamment on ne trouve ces engrenages que chez la larve - la dernière mue produit un adulte qui n'en a pas. En effet chez l'adulte, un mécanisme de simple friction entre les pattes qui assure une extension synchrone  des pattes. Les auteurs proposent une explication en rapport avec les possibilités de réparations  : si un engrenage casse chez la larve, à la prochaine mue il est remplacé. Ou alors, disent-ils,  la taille plus grande et la rigidité accrue des adultes rend possible le mécanisme de friction 

Et chez les espèces locales ?

Issus c. ressemble à d'autres insectes chez nous (Cicadelle spumeuse, Phlaenus spumarius ) dont les larves sont reconnaissables dans le "crachat de coucou". Les larves y sont protégées par une sorte de mousse savonneuse qu'on voit parfois de mai à juillet dans les prés. Loyer, B.  et al. (1999) dans 300 insectes faciles à voir décrit cet animal (extrait intranet.jpg). Que les larves de cet insecte local dispose de ce mécanisme n'est pas mentionné dans l'article, mais se poser la question suscite des observations détaillées du dessous de l'animal, de l'articulation de ses pattes de leur différence avec celles des sauterelles, et peut les guider vers la découverte d'une nature peu connue juste à nos portes. Et peut-être de montrer que la biologie permet d'expliquer le monde qui les entoure,  de lui donner du sens. Sans cet article, qui aurait été regarder comment les pattes sont fixées sous l'animal, ou comment il saute droit malgré tout ?  Je me réjouis du printemps pour tenter de voir cela.

Fig 5:La cicadelle spumeuse - ici extraite de sa mousse protectrice par un vigoureux souffle. Source : F.lombard

S'émerveiller de mère Nature … au risque de renforcer une vision créationniste ?

On serait tenté de montrer avec lyrisme que la Nature avec un grand N a précédé l'homme une fois de plus, et j'avoue qu'inciter l'arrogance humaine à plus de modestie ne me déplait pas...  Cependant ce discours pourrait facilement renforcer les visions déterministes et créationnistes : ce serait parce que c'est utile pour l'insecte qu'un tel mécanisme apparaît !
On peut plutôt discuter comment des individus que le hasard aurait munis de pattes se frottant l'une l'autre ont pu sauter plus droit, mieux échapper aux prédateurs et avoir plus de descendants, ou comment les Issus actuels sont plutôt les descendants de ceux qui ont auraient eu de petits défauts dans ces surfaces, des aspérités qui ont limité des glissement des surfaces, comment certaines aspérités les ont plus aidés que d'autres ...  bref placer la discussion du lien forme-fonction dans une perspective évolutive. 
Rien n'a de sens en biologie si ce n'est à la lumière de l'évolution  ...
    "Nothing in biology makes sense except in the light of evolution"  Dobzhansky, T. (1973).

Sources :

• Ball, P. (2013). Insect leg cogs a first in animal kingdom. Nature. doi:10.1038/nature.2013.13723
• Burrows, M., & Sutton, G. (2013). Interacting Gears Synchronize Propulsive Leg Movements in a Jumping Insect. Science, 341(6151), 1254‑1256. doi:10.1126/science.1240284
• Dobzhansky, T. (1973). Nothing in biology makes sense except in the light of evolution. American Biology Teacher, 35(3), 125-129.
  
• Franklin, C. E., & Axelsson, M. (2000). Physiology: An actively controlled heart valve. Nature, 406(6798), 847‑848. doi:10.1038/35022652
• Loyer, B., Petit, D., & Hodebert, G. (1999). 300 insectes faciles à voir. Paris: Nathan.
  

La biologie et les sciences de l'éducation... un mur s'effrite ?

La biologie et les sciences de l'éducation... un mur s'effrite ?

Les lecteurs des Bio-Tremplins sont sans doute conscients que les frontières de la biologie bougent. Par exemple celles entre biologie neurosciences psychologie et philosophie ( Par exemple Bio-Tremplins du 17 septembre 2010 : Imagerie cérébrale : faut-il repenser l'humain émotionnel ?)

Une de ces frontières particulièrement pertinente pour les enseignants se situe entre les recherches en éducation et celles en neurosciences. Ainsi le fonctionnement du cerveau - un thème classique de la biologique enseignée - pose des questions sur la manière dont un cerveau apprend et sur la manière dont on doit aider les élèves apprendre - ce qui correspond à l'expérience et la pratique des enseignants mais était surtout traitées en sciences de l'éducation. Et on sait que ce que les savoirs issus de ces recherches-là - même quand ils apportent des solutions aux problèmes rencontrés par les enseignants - ne sont pas facilement intégrés dans l'enseignement. Le fait que ces mêmes questions soient formulées et traitées dans des termes et une communauté à laquelle les scientifiques s'identifient plus facilement et des revues qu'ils ont l'habitude de lire peut contribuer à impliquer les enseignants dans la réflexion sur ce qu'ils font depuis longtemps.
Par exemple un rapport de l'OCDE. (2007). Comprendre le cerveau : naissance d'une science de l'apprentissage.   Comment  Obtenir un article mentionné : Get-a-doi
D'autre part Science fait un Review sur le thème Meltzoff, A. N. (2009).Science | Intranet.pdf  Ou encore un rapport de l'académie des sciences aux USA Bransford, J. D.,  et al (2000). How people learn.  brain, mind, experience, and school: National Academy Press Washington, DC.



Fig 1: Les liens entre recherche sur le cerveau et celles sur apprentissage se multiplient [img] source FRC (fédération pour la recherche sur le cerveau)

Depuis un autre front la séparation Biologie - Sciences de l'éducation s'effrite : le rôle de l'évolution sur les mécanismes d'apprentissage dans le cerveau d'apprentissage. Bolhuis, J. J., & Wynne, C. D. L. (2009). Can evolution explain how minds work ? Nature, 458(7240), 832-833.| Intranet.pdf

Le succès énorme de la formation continue sur  Cerveau et apprentissage l'an passé montre bien l'intérêt des enseignants pour ces questions.
Une formation continue de cette année contribue à casser ce mur de Berlin en approchant depuis les neurosciences...  Il reste quelques jours pour s'inscrire !

Sciences expérimentales et de la nature interdisciplinaire

• PO-13402 - Cerveau et apprentissage

La biologie change en profondeur vers une biologie de l'information qui offre de nouvelles opportunités

D'autres formations permettent de se tenir au courant des changements de la discipline biologie qui a cette particularité que l'avancée de la discipline de référence modifie ce qui peut et doit être enseigné dans le secondaire. En particulier le changement vers une biologie de l'information qui transforme en profondeur la recherche et offre de nouvelles opportunités  d'expérimentation en classe développés avec Marie-Claude Blatter  La biologie a changé : Comment enrichir mes cours? 
la réflexion qui sous-tend cette approche est développée (Lombard, F. (2010) article ici .

Marie-Claude Blatter  poursuit cette approche avec d'autres experts dans une formation continue cette année sur la phylogénie des plantes. 

Biologie

• PO-13422 - La Phylogénie des plantes - La ligne verte  
  

Notons aussi  aussi une formation sur l'écophysiologie - qui est trop souvent passée sous silence dans nos classes. Comme si les plantes étaient statiques et se réduisaient à la photosynthèse et leur classification

• PO-13421 - Ecophysiologie des plantes - Ressentir le pouls des plantes  
  

Sources :

• Bransford, J. D., Brown, A. L., & Cocking, R. R. (2000). How people learn.  brain, mind, experience, and school: National Academy Press Washington, DC.
• Bolhuis, J. J., & Wynne, C. D. L. (2009). Can evolution explain how minds work? Nature, 458(7240), 832-833. | Intranet.pdf
• Centre for Educational Research and Innovation. (2007). Comprendre le cerveau: naissance d'une science de l'apprentissage. Paris: OCDE. Consulté à l'adresse http://site.ebrary.com/lib/alltitles/docDetail.action?docID=10406469
  
• Fischer, K. W. (2009). Mind, Brain, and Education: Building a Scientific Groundwork for Learning and Teaching1. Mind, Brain, and Education, 3(1), 3-16.
  
• OCDE. (2007). Comprendre le cerveau : naissance d'une science de l'apprentissage
• Lombard, F. (2010). New opportunities for authenticity in a world of changing biology. Proceedings of the 'Authenticity in Biology Education: Benefits and Challenges'. 13-19 july 2010, Braga Portugl
• Meltzoff, A. N., Kuhl, P. K., Movellan, J., & Sejnowski, T. J. (2009). Foundations for a New Science of Learning. Science, 325(5938), 284-288. doi: 10.1126/science.1175626 | Intranet.pdf
  

La plateforme  Expériment@l vous offre l'accès à ces articles  Comment s'inscrire à Expériment@l

Formation continue : La face cachée du sommeil ... mais sans tarder : délai lundi 30 septembre !

Une collègue me propose de partager avec vous sa satisfaction sur une formation continue sur le sommeil  qui offre encore des places ( s'inscrire d'ici le 30 soit lundi prochain !)

Dans le cadre de ce projet ils ont préparé une formation continue qui se déroulera le 29 octobre, des ateliers pédagogiques, une brochure sous forme de BD, pour les jeunes et la possibilité de participer à un festival du film (du DIP) sur le thème du sommeil.
Mais, en plus de ce volet pédagogique une équipe de recherche de l’UNIGE et des HUG investiguera la qualité du sommeil des ados genevois et l’impact des NTIC sur leur sommeil.

C'est donc aussi l'occasion de participer à une recherche et de rencontrer des chercheurs, de faire mieux connaitre les enjeux de la recherche auprès des élèves  …

Vous avez certainement reçu un 'flyer' bleu: LA FACE CACHEE DU SOMMEIL...

Je vous encourage très vivement à participer à la FC du 29 octobre, et plus si entente (projet de recherche avec les élèves)!
En effet, j'ai fait fonction de classes-pilotes l'année passée, et non seulement c’était extrêmement intéressant quant aux infos dispensées, mais en plus les élèves étaient réellement preneurs, impliqués et touchés par cette problématique!

Donc... allez-y, ... l'équipe du CMU et les médecins de l'unité de médecine du sommeil ont fait un très bon boulot!

Voici le lien pour la FC:
http://ge.ch/formation/sc1105DisplayAction.do?offre=CO&typevue=cours&trivue=code&idstage=CO-00621

Elle est ouverte à tous les ordres d'enseignement!

Tania Buhler

si vous n'arrivez pas à lire ce message correctement, cliquez ici pour l'ouvrir dans votre navigateur. Participez à un projet pédagogique sur le sommeil des jeunes et faites avancer les connaissances scientifiques dans ce domaine! A l’heure où l’utilisation quotidienne des nouvelles technologies de l'information et de la communication (NTIC) est en continuelle augmentation, se pose la question de l’impact de ces comportements sur notre santé. Dans ce contexte, l'Université de Genève et les Hôpitaux Universitaires de Genève proposent, pour l’année scolaire 2013-2014, un projet novateur sur le sommeil et la démarche scientifique Cette initiative comprend un volet pédagogique qui vise, par le biais de différents outils - ateliers, formation continue, concours vidéo et brochure illustrée - à améliorer les connaissances scientifiques des jeunes sur le sommeil et à les sensibiliser à ses impacts multiples sur leur quotidien. En lien avec ce volet pédagogique, une équipe de recherche investiguera les habitudes de sommeil de vos élèves, tentera d'évaluer l’impact de l’usage des NTIC sur leur sommeil et l’influence du sommeil sur leurs performances et leur bien-être. Inscrivez-vous dès les 16 septembre sur neurocenter.unige.ch/sommeil En partenariat avec le Service Écoles-Médias, le Service de santé de la jeunesse et la Radio Télévision Suisse. Avec le soutien de

Formation continue romande : des gènes aux protéines , Travaux pratiques

Alors que les plus assoiffés de savoir parmi vous ont déjà planifié leurs formations pour l'année, les moins empressés - ou les plus investis dans leurs cours avec les élèves - n'ont peut-être pas tout a fait décidé que suivre dans l'offre très large dont nous disposons. En plus des cours plus larges concernant la gestion de classe, la relation éducative, etc. les cours pour la biologie offerts à Genève  sont

Biologie

• CO-00450 - Exploiter le vermicompostage (élevage de vers de terre) en classe de biologie  
  
• CO-00549 - Exploiter un nichoir à abeilles solitaires (osmies) en classe de biologie  
  
• CO-00590 - Expérimentation en 11eS - Module 1 : Etude de terrain d'un écosystème - la rivière  
  
• CO-00591 - Expérimentation en 11eS - Module 2 : Transformations bactériennes et autres expériences avec les bactéries  
  
• CO-00595 - Comment enseigner la classification et l'évolution ? Comment construire une progression des apprentissages de ces thématiques entre la 9e et la 11e ?  
  
• CO-00597 - Expérimentation en 11eS - Module 3 : Transmission mendélienne chez la drosophile  
  
• CO-00621 - Le sommeil des enfants et des jeunes : neurosciences et santé publique 

En plus on me signale une formation romande qui peut intéresser certains si je suis bien informé les frais du cours peuvent êtr remboursés- vérifier aurps de vos directions.

Voici donc une proposition de formation continue proposée par la Commission Romande de Biologie et Yves Gallay et ayant pour thème : Travaux pratiques : des gènes aux protéines

Celle ci aura lieu le vendredi 22 et le samedi 23 novembre 2013 au collège du Sud, rue de Dardens, 1630 Bulle
Public-cible : professeurs de biologie du secondaire II
Les inscriptions peuvent se faire jusqu'au 31 octobre 2013 auprès de Yves Galley, organisateur du cours et intervenant (galleyy@edufr.ch)

Dates : le vendredi 22 et le samedi 23 novembre 2013 Lieu : collège du Sud, rue de Dardens, 1630 Bulle Public-cible : professeurs de biologie du secondaire II

Prix : 150 CHF
Nombre de participants maximum : 24
Les inscriptions peuvent se faire jusqu'au 31 octobre 2013 auprès de Yves Galley, organisateur du cours et intervenant (galleyy@edufr.ch)
Canevas
Durant ce cours de formation continue, les participants effectueront 4TP ayant pour thème : des gènes aux protéines
Les facteurs influençant l'activité des enzymes
Les enzymes sont abordés au cours de base, aussi bien que dans les cours d'option spécifique et complémentaire. Comme ces molécules jouent un rôle central dans le métabolisme cellulaire et que leur dysfonctionnement peut générer des troubles physiologiques importants, il est intéressant de mettre en évidence le fait que ces molécules peuvent être sensibles aux conditions physico-chimiques de leur environnement. Le TP proposé met en évidence l'action inhibitrice de certains métaux ou de la variation de pH sur l'activité de l'amylase. La mesure de l'activité se fait par spectrophotométrie.
Exportation de la saccharase
Les enzymes sont produits à l'intérieur des cellules. Mais leur action peut se faire à l'extérieur de celles-ci. Certains enzymes sont donc exportés, c'est le cas de la saccharase chez la levure du boulanger. Cette exportation sera mise en évidence par 2 méthodes : la chromatographie et l'activité enzymatique du milieu extracellulaire.
Présence d'enzymes dans des produits courants
Les enzymes, grâce à leur activité de catalyseurs, sont intéressants pour l'industrie. Ils permettent donc des réactions à des conditions plus faciles à mettre en place. La lessive est un exemple de l'utilisation des enzymes, qui permettent de laver efficacement à des températures plus basses. La mise en évidence de ces enzymes dans la lessive utilise le fait que les lessives contiennent des protéases.

Génétique des pigments des yeux de la drosophiles
L'hypothèse de « 1gène-1 enzyme » avancée par Beadle et Tatum en 1941 (lauréats du prix Nobel de Médecine en 1958) était basée sur leur travail avec Neurospora crassa. Mais avant d'utiliser ce champignon, Beadle et Tatum ont utilisé la drosophile, en s'intéressant plus spécifiquement aux pigments de leurs yeux Certains mutants peuvent manquer de certains pigments ou présenter des quantités différentes de la souche sauvage. La production de ces pigments étant sous l'influence de gènes particuliers, cette méthode va nous permettre de mettre en évidence les gènes mutés à la manière de Beadle et Tatum
Ce cours sera aussi l'occasion de partager ses propres expériences avec des collègues d'autres cantons, échanges qui seront sans aucun doute fructueux.
Le programme détaillé sera envoyé aux personnes inscrites.

CRISPR - le couteau suisse génétique ?

La révolution CRISPR ?

Dans un News Focus de Science Pennisi, E. (2013) intranet.pdf fait un petit historique de la découverte d'un mécanisme de protection des bactéries contre les virus. Il en résulte une technique et un pan nouveau de recherche qui  se développe exceptionnellement rapidement et mérite l'attention des abonnés aux Bio-Tremplins.
C'est en cherchant à protéger les bactéries qui font le yoghourt (Streptococcus thermophilus p. ex.) dans l'industrie laitière danoise que des chercheurs ont réussi à booster les défenses bactériennes en présentant aux bactéries l'ADN des virus. Forts des techniques de séquençage et de bioinformatique actuelle, ils ont contribué à élucider ce mécanisme, parfois comparé à un système immunitaire bactérien (cf fig1). CRISPR  est constitué d'un ARN guide constant, attaché à une séquence spécifique de l'ADN à cibler, et d'une protéine Cas9 qui accueille cet ARN et guide le positionnement de cet ARN sur l'ADN-cible et découpe les deux brins d'ADN à la position correspondante.  Cf par exemple Brouns, S. J. J., et al. (2008). intranet.pdf Comment  Obtenir un article mentionné : Get-a-doi

Fig 1: Quand des virus (en vert) attaquent une bactérie, elle déploie des défenses contre l'ADN viral que les biologistes ont appris a utiliser pour le génie génétique  [img] source Pennisi, E. (2013): EYE OF SCIENCE/SCIENCE 
En quelques mois des chercheurs du monde entier ont pu exploiter sa spécificité et sa simplicité pour intervenir dans les génomes directement ou en modifiant la protéine.
UniProt - la célèbre base de protéines basée à Genève a publié 2 headlines sur le sujet :

• Latest from the prokaryotic world: bacterial Cas9, a new tool for genome engineering
  
• Prokaryotes do it too: CRISPR, an RNA-based adaptive immune system 

CRISPR : Un ARN en deux parties et une protéine 

CRISPR  est constitué d'un ARN guide, en partie palindrome (définition ici) constant, attaché à une séquence ARNcr spécifique de l'ADN à cibler, et d'une protéine Cas9 (cf. fig 2) qui accueille cet ARN et guide le positionnement sur l'ADN-Cible et découpe les deux brins à la position correspondant à la fin de la séquence guide.


Fig 2 : Le mécanisme d'action de CRISPR est simple et modulaire . Cliquer pour agrandir. Il est développé plus bas  [img] source : Pennisi (2013)

Chez les bactéries ce sytème permet en intégrant de courts fragments d'ADN étranger dans le système CRISPR  d'armer la bactérie contre de nouvelles attaques de ce même agent pathogène (Virus, mais aussi plasmides, éléments conjuguants, ou transposables) . C'est ce qui a sauvé les cultures de bactéries dans l'industrie laitière Danoise…

"Resistance is acquired by incorporating short stretches of invading DNA sequences in genomic CRISPR loci " Brouns, S. J. J., et al. (2008)

Un système simple et polyvalent

La simplicité de ce système permet de fabriquer des ARN ciblant à volonté des séquences très spécifiques chez divers organismes, de les accoler au palindrome, et pour autant que Cas9 soit présent l'ADN sera coupé à l'endroit spécifique. Ce système n'est pas sans rappeler l'ARN interférant des Eukaryotes (cf Bio-Tremplins un commando de 9 prend le contrôle de 273 )
La polyvalence du système est exprimée dans l'illustration de Science (fig. 2) qui figure chacun des sites actifs de Cas9 comme un couteau suisse
 

• Cas9 chez UniProt G3ECR1 CRISPR-associated endonuclease Cas9 Streptococcus thermophilus (1,409 bases)

Selon Pennisi, la simplicité et la modularité du système permet de réaliser des interventions ciblées qui permettront des recherches bien plus vite et plus précisément. En effet, en modifiant la protéine de chercheurs ont supprimé les sites actifs mais y ont joint des protéines à l'activité connue, afin d'associer la spécificité de CRISPR à cette activité.

Par exemple en associant un répresseur à Cas9, ils ont pu bloquer un gène spécifié par la séquence d'ARN associée à Cas9 (cf. Fig 3.gauche) . En associant un promoteur,  ils ont pu activer un gène spécifique (cf. Fig 3.droite) .

Fig 3 : Les chercheurs on pu exploiter le mécanisme d'action de CRISPR en modifiant la protéine Cas9 pour spécifiquement activer ou réprimer l'expression d'un gène. [img] source : K. SUTLIFF/SCIENCE in Pennisi (2013)

Modulaire et spécifique, ce système permet de nombreuses applications en génie génétique

En modifiant la protéine Cas9 d'autres chercheurs ont pu effectuer à l'endroit spécifié par l'ARN guide d'autres interventions comme bloquer un gène – en associant un répresseur à Cas9, activer un gène – en associant un promoteur, ou ouvrir l'ADN ( "nick") en supprimant un des sites actifs – pour insérer un ADN thérapeutique à un endroit précis.
Fig 4: En 8 mois on a pu montrer l'efficacité du système CRISPR chez divers organismes (Caenorhabditis elegans, Danio rero, Drosophila)   [img] source Pennisi (2013) CREDITS (TOP TO BOTTOM): FRIEDLAND ET AL., NATURE METHODS 10 (JUNE 2013); ANDREW GONZALES/JOANNA YEH; SCOTT GRATZ/UNIVERSITY OF WISCONSIN, MADISON

Ouais ... ces séquences on peut les voir m'sieur ?

Qu'un élève ait encore assez de curiosité pour poser cette question est rare, mais le principe d'accès libre à l'information imposé par les revues scientifiques entre autres implique qu'on peut accéder aux séquences de toute recherche publiée (Cf BIST) et adopter une démarche expérimentale et satisfaire le scepticisme de cet élève : vérifier sur la base de données cette affirmation...
Marie-Claude Blatter du SIB nous rappelle que " Le cr RNA est composé d'une séquence 'spacer' spécifique et d'une séquence palindrome." Par exemple dans Brouns, S. J. J. et al  (2008) on trouve :



D'autre part, elle nous indique Palindrome search un outil qui permet de détecter les séquences palindromiques: http://bioinfo.cs.technion.ac.il/projects/Engel-Freund/new.html (! il faut mettre la séquence en format fasta c'est à dire précéder la séquence par une ligne qui commence avec un > suivi d'une description - en fait on peut mettre n'importe quoi après le >)
Si on insère dans l'outil à détecter les palindromes la séquence trouvée ci-dessus - dûment labellisée pour FASTA :
>E coli CRISPR
gagttccccgcgccagcggggataaaccgctttcgcagacgcgcggcgatacgctcacgca
 on découvre bien un palindrome :

5   TCCCCGCG   12
    |||||||
22  AGGGGCGA   15

Autre exemple plus récent

Dans un papier récent Chen, et al. (2013)Comment  Obtenir un article mentionné : Get-a-doi  ont modifié C. elegans , et on trouve dans les supplementary data ici la séquence guide qui permet la fixation de l'ARN sur la protéine Cas9 dûment labellisée en format fasta :  
>Exemple pris chez Chen pour modifier C. elegans
GTTTTAGAGCTAGAAATAGCAAGTTAAAATAAGGCTAGTCCGTTATCAACTTGAAAAAGTGGCACCGAGTCGGTGCT

Si on insère dans  Palindrome search cette séquence  on trouve

61   GGCACCGA   68
      |||||||
77   TCGTGGCT   70

D'autres exemples

M.-C. Blatter nous indique comment trouver quelques cr RNA spacer dans GenBank: (la sequence spacer qui reconnaît la cible) : http://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/?term=%22crispr+rna%22

Trop compliqué pour les élèves ?

Peut-être…  il est surtout nouveau pour les enseignants et n'est pas encore entré dans les pratiques enseignantes ( transposition didactique à faire ?)

D'une autre coté le système CRISPR n'est pas bien complexe et par sa nouveauté il peut renouveler les exemples, les exercices voire les évaluations…

Des articles vulgarisés en français  ? 

• L'ARN Comme rampe de lancement @Biofutur

Sources :

• Chen, Changchun, Lorenz A. Fenk, Mario de Bono. (2013) Efficient genome editing in Caenorhabditis elegans by CRISPR-targeted homologous recombination Nucl. Acids Res. first published online September 5, 2013 doi:10.1093/nar/gkt805
  
• Brouns, S. J. J., Jore, M. M., Lundgren, M., Westra, E. R., Slijkhuis, R. J. H., Snijders, A. P. L., … van der Oost, J. (2008). Small CRISPR RNAs Guide Antiviral Defense in Prokaryotes. Science, 321(5891), 960‑964. doi:10.1126/science.1159689 | intranet.pdf
• Pennisi, E. (2013). The CRISPR Craze. Science, 341(6148), 833‑836. doi:10.1126/science.341.6148.833 | intranet.pdf

Mise à jour 5 Nov 21 correction de liens devenus obsolete