Le lien forme - fonction : L’interaction des protéines et des molécules médicament

Une difficulté rencontrée par les élèves est de comprendre le passage de la linéarité des séquences (ADN, ARN, polypeptide), à une protéine dont la forme et les interactions chimiques déterminent la fonction.
En particulier arriver à ce qu'ils comprennent au moins un peu comment la forme de la protéine détermine sa fonction reste un objectif difficile.  

Une formation continue vous permettra de découvrir et savoir utiliser en classe des possibilités d'"expérimentation" nouvelles et authentiques.

PO15-1

Comment sont conçus les médicaments de demain ?

22/01/2016

Comprendre c'est être capable d'expliquer ou prédire le comportement du phénomène étudié  dans une situation non vue en classe. Cette définition est inspirée de Crowe 2008 notamment la Table 1 Ce qu'ils appellent Application correspond au sens habituel de Comprendre en biologie , tel que nous définissons ici.

Bien sûr on leur montre de magnifiques images (cf p. ex fig. 1) , mais une image - aussi belle soit-elle-  ne conduit pas automatiquement à des connaissances réutilisables - au-delà de répéter les propos de l'enseignant-e ou de l'ouvrage de référence.
Souvent on constate à l'examen à quel point il leur est difficile de se construire un modèle opérationnel : qui puisse servir à "comprendre" c'est-à-dire expliquer ou prédire le phénomène étudié.
Par exemple être capables d'expliquer comment le changement d'un acide aminé peut modifier la fonction d'une protéine - parfois massivement et parfois pas du tout.



Fig 1: De la séquence à la structure 3-D [img] source : https://en.wikipedia.org/wiki/Protein_structure

Ce type de compréhension est souvent développé en éducation scientifique par l'expérimentation qui - si elle est bien structurée- peut permettre des allers-retours entre les modèles naïfs des élèves et " la réalité " des données empiriques. Un TP - bien préparé et exploité après- peut  rendre les élèves capables de comprendre les phénomènes naturels étudiés.
 
Or pour cette question du lien forme fonction des protéines, il n'y a guère d'expérience pour permettre ces interactions modèle - "réalité" ni les confrontation entre eux des modèles que les élèves ont.

L'équipe du SIB (Swiss Institute of Bioinformatics) et en particulier Marie-Claude Blatter,   avec qui nous avons mis en place plusieurs formations continues, a développé des activités destinées aux élèves du secondaire (Collège, ECG-filière santé, etc) qui mettent en œuvre des outils très puissants - authentiques outils pour chercheurs - en les rendant faciles d'accès pour nos élèves.
Nous l'avons testé au collège et développons des propositions d'usages, fondés sur la réalité de la classe, des protocoles techniques et des indications pédagogiques.

L'aspect technique n'a pas constitué un problème pour les élèves, qui se sont pris au jeu et ont pu explorer plusieurs questions biologiques : notamment comment l'aspirine interagit avec une protéine (La COX1 ou COX2) pour obtenir l'effet anti-douleur, ou comment des médicaments contre le mélanome pourraient être développés .

Le TP a suscité de belles questions qui ont permis de discute les mécanismes du cancer, les effets de diverses mutations, les mécanismes de la douleur, etc...

Au cœur de ces questions : comment la forme de la protéine détermine sa fonction - comment les changements de forme ou le masquage de sites actifs qu'induit la liaison de la molécule candidate-médicament peuvent perturber sa fonction et réduire les effets néfastes - la maladie.

D'autres outils ont permis de tester la spécificité d'un possible médicament par rapport à sa cible et le comparer à d'autres médicaments connus.

Et envisager les effets secondaires possibles. Et discuter à partir  de bases de données authentiques les possibilités et problèmes jusqu'à production.

L'imagination des enseignants qui participeront à cette formation continue saura inventer d'autres usages encore. Mais le potentiel est immense.

PO15-1

Comment sont conçus les médicaments de demain ?

22/01/2016

Aux dernières nouvelles il reste des places …


Fig 2: Une molécule d'Aspirine glissée sur l'enzyme COX1 permet de voir l'interaction entre la protéine cible et la molécule médicament  et d'explorer les interactions entre forme et fonction [img] source SIB

Objectifs

- Découvrir le fonctionnement d'un médicament (exemples concrets avec les anti-inflammatoires (aspirine) et un médicament contre le mélanome).  - S'approprier les différentes étapes de la conception d'une nouvelle molécule médicament.  - Pouvoir utiliser en classe des outils bioinformatiques développés par les chercheurs travaillant dans le domaine.

Contenu

- Comment concevoir un médicament contre le cancer de la peau? (médecine personnalisée)  - Comment concevoir un médicament anti-inflammatoire sans effet secondaire pour l'estomac?  - Aspects théoriques : contextes scientifiques et enjeux du développement des nouveaux médicaments.  - Utilisation d'outils bioinformatiques :   - visualiser la structure 3D des protéines;   - comparer l'efficacité d'une nouvelle molécule médicament avec des médicaments existants;   - prédire les protéines ciblées par un médicament;   - prédire le devenir d'une molécule médicament dans le corps humain (absorption, distribution, métabolisme et excrétion).

Références

• Crowe, A., Dirks, C., & Wenderoth, M. (2008). Biology in bloom: implementing Bloom's taxonomy to enhance student learning in biology . Life Sciences Education, 7(4), 368. |
  
•  Tableau 3 (an) Traduction de la la table 3 : activités en biologie pour les niveaux de Bloom  
• Des repères pour évaluer : Table 1 de Crowe, A., et al. (2008).