Exercice 2 - Première proposition · Bac Sciences de la Vie et de la Terre Polynésie 2021 (jour 1)
Thème : Comportements et stress : vers une vision intégrée de l'organisme · Tiré du sujet Jour 1 (2021)
Énoncé
EXERCICE 2 – Première proposition: Comportement et stress: vers une vision intégrée de l’organisme [8 points]
Le microbiote intestinal est composé d’une grande diversité de micro-organismes. Si son rôle dans la digestion est bien connu, il semble qu’il joue également un rôle important dans le fonctionnement du cerveau. Des études récentes suggèrent qu’il aurait un impact sur le comportement.
Expliquer l’influence du microbiote intestinal sur le comportement des rats et des souris.
Vous organiserez votre réponse selon une démarche de votre choix intégrant des données issues des documents et les connaissances complémentaires nécessaires.
DOCUMENT 1 - Le dispositif open-field
Afin d’évaluer le comportement anxieux des rats ou des souris, on place les animaux dans différents dispositifs.
L’« open field »: l’animal est placé dans un coin d’une enceinte rectangulaire, ouverte, fortement éclairée au centre. On observe l’animal pendant son exploration de l’enceinte. Plus l’animal passe par le centre, moins il est considéré comme anxieux.
Durée du test: 6 minutes
DOCUMENT 2 - Méthodes d’obtention de lignées axéniques
Les rats de lignées axéniques n’ont pas de microbiote, c’est-à-dire que leur tube digestif est stérile, il ne contient aucun microorganisme.
La Bétadine est un antiseptique. Elle est utilisée ici pour éliminer les microorganismes du pelage.
DOCUMENT 3 - Comportement anxieux de rats axéniques
Une étude a été réalisée sur une lignée de rats de souche S connue pour sa forte sensibilité aux agents stresseurs.
On dispose de deux lots de rats de souche S: un lot axénique et un lot de rats conventionnels. Les rats de ces deux lots sont placés indépendamment dans un dispositif « open-field » durant 6 minutes.
Résultats observés dans le dispositif « open-field » pour les deux lots de rats:
DOCUMENT 4 - Influence du microbiote sur l’activité de l’axe hypothalamo-hypophyso-corticosurrénalien
On dispose de deux lots de rats de souche S: des rats axéniques et des rats conventionnels.
Chaque lot est divisé en deux groupes:
l’un soumis à un stress aigu sous la forme d’un séjour de 6 minutes dans un dispositif d’« open-field »;
l’autre n’est pas soumis à ce stress aigu.
Résultats des mesures réalisées chez les rats axéniques et conventionnels soumis ou non à un séjour dans un dispositif d’« open-field »:
On a mesuré chez ces rats plusieurs paramètres: la concentration sanguine en corticostérone et l’expression du gène codant la corticolibérine ou CRH dans l’hypothalamus.
DOCUMENT 5 - Influence de la consommation de Lactobacillus rhamnosus sur la réponse au stress de souris
On travaille sur une souche de souris S axéniques à qui on administre des bactéries Lactobacillus rhamnosus par voie orale. Ces bactéries font naturellement partie du microbiote.
On mesure la concentration de corticostérone dans le sang de ces souris en absence de stress et suite à un stress.
Corrigé
Corrigé proposé par AprenAI (non officiel)
Expliquer l’influence du microbiote intestinal sur le comportement des rats et des souris.
Réponse : Introduction : Le microbiote intestinal désigne l'ensemble des micro-organismes hébergés dans le tube digestif. Face à un stimulus anxiogène (stress aigu), l'organisme déclenche des réponses comportementales et physiologiques coordonnées notamment par l'axe hypothalamo-hypophyso-corticosurrénalien (axe corticotrope ou HPA). 1. L'absence de microbiote augmente le comportement anxieux (Doc 1, 2 et 3) : - Le dispositif « open-field » permet d'évaluer l'anxiété : plus l'animal explore la zone centrale éclairée, moins il est anxieux ; passer du temps réfugié dans les coins traduit un comportement d'évitement et d'anxiété accrue. - Les rats axéniques (dépourvus de microbiote suite à un prélèvement utérin stérile et élevage en chambre stérile) présentent en moyenne seulement ~0,3 passage au centre, contre ~0,9 passage pour les rats conventionnels (porteurs d'un microbiote). - De plus, les rats axéniques passent significativement plus de temps confinés dans les coins (environ 330 s sur 360 s de test, contre environ 305 s pour les conventionnels). - *Conclusion intermédiaire :* L'absence de microbiote intestinal est corrélée à une anxiété accrue et à une exploration réduite de l'environnement chez le rat. 2. L'absence de microbiote hyperactive l'axe corticotrope en situation de stress (Doc 4 et connaissances) : - Au repos (sans stress), rats axéniques et conventionnels présentent de faibles taux plasmatiques de corticostérone (environ 40 ng/mL). - En situation de stress aigu (6 min dans l'open-field), la concentration sanguine en corticostérone augmente chez les deux groupes, mais l'augmentation est bien plus spectaculaire chez les rats axéniques (~570 ng/mL) que chez les rats conventionnels (~210 ng/mL), soit près du triple. - Au niveau cérébral, l'expression de l'ARNm de la corticolibérine (CRH) dans l'hypothalamus est significativement plus élevée chez les rats axéniques (~3,0 cpm/mm²) que chez les conventionnels (~2,2 cpm/mm²). - *Connaissances associées :* La CRH sécrétée par l'hypothalamus stimule la libération d'ACTH par l'hypophyse, qui stimule à son tour la sécrétion de glucocorticoïdes (corticostérone chez le rongeur / cortisol chez l'humain) par les glandes corticosurrénales. L'absence de microbiote conduit donc à une hypersensibilité et une hyperactivation de l'axe du stress. 3. Une bactérie intestinale spécifique atténue la réponse au stress (Doc 5) : - Chez des souris axéniques soumises à un stress, la corticostérone sanguine s'élève à ~240 ng/mL. - L'administration orale préalable de *Lactobacillus rhamnosus* (bactérie probiotique normale du microbiote) réduit cette augmentation de corticostérone après stress à environ 125 ng/mL (diminution d'environ 50 %). - *Conclusion intermédiaire :* La présence de certaines souches bactériennes du microbiote suffit à tempérer la réactivité physiologique au stress. Bilan : Le microbiote intestinal exerce une influence majeure sur le système nerveux central via l'« axe intestin-cerveau ». Il tempère l'activité de l'axe hypothalamo-hypophyso-corticosurrénalien (freination de l'expression de CRH et modération de la sécrétion de glucocorticoïdes), réduisant ainsi les manifestations comportementales de l'anxiété face à une situation de stress.
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