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Spécialité SVT, Première • Fiche de révision à Montréal

Fiche de révision : variation génétique bactérienne et résistance aux antibiotiques (Première spécialité SVT)

Cette fiche accompagne le chapitre « variation génétique bactérienne et résistance aux antibiotiques » du programme de Spécialité SVT de Première : mutations aléatoires, sélection des mutants résistants, avantage par élimination des concurrentes sensibles, usages humains et vétérinaires, multirésistance et santé publique.

Ce que couvre la fiche

Elle ne redit pas le cours. Elle dit ce qui coûte des points dans un devoir, ce qu'un document a le droit de démontrer, et la phrase que le correcteur attend. Les mécanismes moléculaires de la résistance ne sont pas au programme de Première : la fiche n'en parle que pour dire qu'on peut s'en passer.

  • 9 pièges qui coûtent des points
  • 3 figures
  • 15 min de lecture
Faire les exercices du chapitre

Le fil du chapitre

L'antibiotique ne crée pas la résistance : il TRIE des mutants apparus au hasard avant lui, en éliminant leurs concurrentes sensibles ; sans antibiotique, la résistante perd son avantage.

Notions couvertes

  • Mutation aléatoire
  • Résistance aux antibiotiques
  • Sélection naturelle
  • Avantage compétitif
  • Antibiogramme
  • Valeurs critiques d'un antibiotique
  • Fréquence des mutants résistants
  • Test de fluctuation
  • Multirésistance
  • Coût de la résistance
  • Usage raisonné des antibiotiques

L'essentiel

Deux temps qu'on ne confond jamais : la mutation, puis la sélection

  • • 1. MUTATION : dans une population de bactéries, des mutations surviennent au hasard à chaque réplication, spontanées ou induites par un agent mutagène. Quelques-unes, par hasard, rendent la bactérie résistante à un antibiotique, AVANT tout contact avec lui.
  • • 2. SÉLECTION : l'antibiotique tue les sensibles ou bloque leur multiplication. Les mutants résistants, déjà là, survivent et se multiplient sans concurrentes : leur fréquence augmente.
  • • La cause de l'APPARITION est la mutation ; la cause de la MULTIPLICATION est la sélection. Une copie qui ne distingue pas les deux perd le cœur de la question.
  • • Sans antibiotique, la résistante n'a pas d'avantage, et souvent un léger coût : elle se divise un peu moins vite que la sensible.
FAUX : il transformeantibiotiqueJUSTE : il trieantibiotiqueavantaprès
À gauche, la lecture fausse : toutes les bactéries changent de couleur. À droite, la juste : une seule était orange avant l'antibiotique, et ce sont ses descendantes qui restent.

La preuve que les mutants préexistent est expérimentale : c'est le test de fluctuation (exercice 7 de la série).

Lire un antibiogramme en trois gestes

  • • Le halo clair autour d'un disque est la zone où l'antibiotique, diffusé dans la gélose, a empêché la croissance. Sans halo, on note le diamètre du disque, 66 mm.
  • • Chaque antibiotique a DEUX valeurs critiques : au-dessus de la première, la souche est sensible ; sous la seconde, résistante ; entre les deux, intermédiaire.
  • • On classe disque par disque, puis on compte les FAMILLES : deux molécules d'une même famille (pénicilline G et céfoxitine, deux bêta-lactamines) font une seule famille.

Tout le reste du protocole est fixé pour que seul l'antibiotique varie : même densité de bactéries, même gélose, même quantité par disque, même durée.

Les nombres du chapitre

  • • Fréquence des mutants : colonies sur gélose à antibiotique divisées par le nombre de bactéries ÉTALÉES. Ordre de grandeur : 10−910^{-9} à 10−610^{-6}.
  • • Une infection compte de 10810^{8} à 101010^{10} bactéries : avec une fréquence de 10−810^{-8}, elle contient déjà des dizaines de mutants avant tout traitement.
  • • Deux résistances indépendantes : on MULTIPLIE les fréquences. 10−8×10−7=10−1510^{-8}\times 10^{-7}=10^{-15}, soit presque jamais un double mutant dans une infection.

Les pièges qui coûtent des points

Les erreurs ci-dessous sont celles que je corrige le plus souvent en séance. Chacune coûte des points sur une copie, même quand le raisonnement est juste.

1. Donner un but à la mutation

toute la question, et souvent l'exposé

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Au contact de l'antibiotique, les bactéries mutent pour devenir résistantes. »

Ce qu'il faut écrire

« Des mutations de résistance sont apparues au hasard avant le traitement ; l'antibiotique a éliminé les bactéries sensibles et laissé se multiplier les mutantes résistantes. »

Pourquoi : Une mutation est une erreur aléatoire, sans direction : c'est la sélection qui trie après coup. Le correcteur attend les deux temps, dans l'ordre.

2. Rendre le patient résistant

1 point par occurrence

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Ce patient a pris trop d'antibiotiques, il est devenu résistant. »

Ce qu'il faut écrire

« Les antibiotiques répétés ont sélectionné des bactéries résistantes dans la flore de ce patient ; son infection est due à ces bactéries. »

Pourquoi : La résistance est une propriété de bactéries, transmissible d'un hôte à l'autre. Un humain ou un animal n'est ni sensible ni résistant à un antibiotique.

3. Comparer les halos de deux antibiotiques différents

1 à 2 points

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Le halo de la rifampicine (2424 mm) est plus grand que celui de la gentamicine (2020 mm) : la souche est plus sensible à la rifampicine. »

Ce qu'il faut écrire

« Gentamicine : 20≥1820\ge 18, sensible. Rifampicine : 23≤24<2623\le 24<26, intermédiaire. On ne compare un diamètre qu'aux valeurs critiques de son propre antibiotique. »

gentamicine20 mm : sensiblerifampicine24 mm : intermédiaire101520253035diamètre du halo (mm)résistanteintermédiairesensible
Le halo de 2020 mm tombe dans la zone sensible de la gentamicine, celui de 2424 mm dans la zone intermédiaire de la rifampicine : le plus petit halo est ici le plus favorable.

Pourquoi : Chaque antibiotique diffuse à sa vitesse et agit à une concentration qui lui est propre : ses valeurs critiques sont établies pour lui seul.

4. Compter les molécules au lieu des familles

1 point

Ce qu'il ne faut pas écrire

« La souche résiste à la pénicilline G, à la céfoxitine et à la tétracycline : elle résiste à trois familles. »

Ce qu'il faut écrire

« Pénicilline G et céfoxitine sont deux bêta-lactamines : la souche résiste à deux familles, les bêta-lactamines et les cyclines. »

Pourquoi : La multirésistance se juge en familles, parce que les molécules d'une même famille agissent de la même façon et tombent souvent ensemble.

5. Diviser par la mauvaise quantité

1 point, et la suite du calcul

Ce qu'il ne faut pas écrire

« 3232 colonies, culture à 4×1094\times 10^{9} bactéries par mL : fréquence 324×109=8×10−9\frac{32}{4\times 10^{9}}=8\times 10^{-9}. »

Ce qu'il faut écrire

« 0,10{,}1 mL étalé, soit 4×1084\times 10^{8} bactéries : fréquence 324×108=8×10−8\frac{32}{4\times 10^{8}}=8\times 10^{-8}. »

Pourquoi : Les colonies viennent des bactéries réellement déposées sur la boîte : le dénominateur est le volume étalé multiplié par la concentration.

6. Croire la résistante toujours avantagée

1 point

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Une bactérie résistante est plus forte : elle finit toujours par remplacer les sensibles. »

Ce qu'il faut écrire

« La résistante n'est avantagée qu'en présence de l'antibiotique ; sans lui, elle se multiplie souvent un peu moins vite et recule devant la sensible. »

Pourquoi : L'avantage est COMPÉTITIF : il naît de l'élimination des concurrentes. C'est ce coût qui fait reculer la résistance quand on réduit l'usage d'un antibiotique.

7. Faire disparaître la résistance à l'arrêt du traitement

1 point de nuance

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Il suffit d'arrêter quelques semaines cet antibiotique pour que les résistances disparaissent. »

Ce qu'il faut écrire

« Réduire l'usage d'un antibiotique fait souvent baisser la fréquence des résistantes, lentement et pas toujours : cela dépend du coût de la résistance. »

Pourquoi : Une fréquence qui baisse de quelques points par an ne revient pas à zéro en quelques semaines, et certaines résistances ont un coût presque nul.

8. Conclure sur la moyenne d'un test de fluctuation

toute la conclusion

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Les deux séries ont des moyennes proches, donc on ne peut pas trancher entre les hypothèses. »

Ce qu'il faut écrire

« Les cultures indépendantes donnent des nombres très dispersés, des boîtes vides et une boîte très riche : les mutants existaient avant le contact, en nombre variable selon l'histoire de chaque culture. »

1510010203040boîtecoloniessi le contact provoquait la résistance1510010203040boîtecoloniessi les mutants préexistent
Même nombre de bactéries par boîte : à gauche, la prédiction d'une résistance provoquée au contact, des nombres voisins ; à droite, celle de mutants préexistants, des boîtes vides et une boîte très riche.

Pourquoi : Les deux hypothèses peuvent prévoir la même moyenne ; seule la dispersion entre cultures indépendantes les distingue.

9. Tirer une cause d'un nuage de points de pays

1 point de rigueur

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Le graphique prouve que la consommation d'antibiotiques cause la résistance. »

Ce qu'il faut écrire

« Les pays qui consomment le plus ont, en tendance, plus de souches résistantes : c'est compatible avec une sélection par l'usage, que les expériences établissent. »

Pourquoi : Une corrélation entre pays peut venir d'autres facteurs (hygiène, élevage, vaccination). L'élève conclut ce que le document permet, pas davantage.

Quelle méthode choisir

Que démontre ce document ?

Regardez la FORME du document avant de lire les valeurs : elle dit ce qu'il peut prouver.

  • Si une boîte de gélose avec des disques et des halos → classer chaque antibiotique contre SES valeurs critiques, puis compter les familles

    Exemple : GEN 2020 mm, sensible si d≥18d\ge 18 : sensible

  • Si des colonies sur gélose avec antibiotique, et un dénombrement sur gélose sans → calculer la fréquence des mutants : colonies divisées par bactéries étalées

    Exemple : 255×108=5×10−8\frac{25}{5\times 10^{8}}=5\times 10^{-8}

  • Si des cultures INDÉPENDANTES comparées à des prélèvements d'une même culture → test de fluctuation : juger la dispersion, pas la moyenne

    Exemple : de 00 à 3131 colonies contre de 55 à 99 : mutants préexistants

  • Si un mélange de deux souches suivi au cours du temps, avec et sans antibiotique → avantage compétitif en présence de l'antibiotique, coût de la résistance sans lui

    Exemple : R passe de 5050 à 2121 % en six jours sans antibiotique

  • Si des pays ou des années comparés (consommation et résistance) → décrire une tendance, la relier à la sélection, nuancer : corrélation, autres facteurs

    Exemple : ventes −40-40 %, résistance de 6262 à 4545 %, soit −17-17 points

Aucune branche ne démontre un mécanisme moléculaire : il n'est pas au programme, et aucun document de devoir de Première ne vous le demande.

La rédaction attendue

Le correcteur coche des étapes. Les voici dans l'ordre, avec la phrase de conclusion qu'il attend mot pour mot.

Expliquer l'augmentation de la fréquence des résistantes

Quand l'utiliser : « Expliquez pourquoi la proportion de bactéries résistantes augmente », dans un document ou un exposé.

  1. 1 Nommer l'origine : des mutations aléatoires, survenues avant le traitement, dont certaines confèrent une résistance.
  2. 2 Nommer le tri : l'antibiotique élimine les sensibles ; les résistantes survivent.
  3. 3 Nommer l'avantage : sans concurrentes, les résistantes se multiplient et leur fréquence augmente.
  4. 4 Conclure sur le problème posé, avec le mot « sélection ».

Phrase de conclusion

« Des mutations survenues au hasard avant le traitement ont rendu quelques bactéries résistantes ; en éliminant les bactéries sensibles, l'antibiotique a sélectionné ces mutantes, qui se sont multipliées sans concurrentes : leur fréquence a augmenté. »

Le piège : Écrire « les bactéries s'adaptent » sans dire comment : le correcteur attend la mutation PUIS la sélection.

Barème : Dans un exposé : origine aléatoire, sélection, avantage compétitif, conséquence sur la fréquence, chacun compté.

Exploiter un document de SVT

Quand l'utiliser : « Exploitez le document », « Montrez que », « Que peut-on conclure ? »

  1. 1 Je vois : relever la donnée UTILE, avec son unité et sa valeur (« d=14d=14 mm », « de 5050 à 2121 % »).
  2. 2 Je sais : la connaissance qui donne le sens de la donnée (valeur critique, rôle du témoin, élimination des sensibles).
  3. 3 J'en déduis : la conclusion partielle, sur le problème posé et non sur le document.
  4. 4 Comparer au témoin, et vérifier qu'une seule variable change d'un lot à l'autre.

Phrase de conclusion

« Je vois que [donnée chiffrée]. Or je sais que [connaissance]. J'en déduis que [conclusion sur le problème posé]. »

Le piège : Paraphraser le document (« la courbe monte ») sans conclure : la donnée n'est rien sans le « j'en déduis ».

Vérifier avant de rendre

Cinq minutes de vérification récupèrent plus de points qu'un exercice de plus commencé à la hâte.

  • L'ordre de grandeur d'une fréquence

    Une fréquence de mutants résistants tombe entre 10−1010^{-10} et 10−510^{-5}. Au-delà, vous avez probablement oublié le volume étalé ou la dilution.

    Une fréquence de 8×10−28\times 10^{-2} signale une puissance de dix perdue : reprendre le dénominateur.

  • Points ou pour cent

    La différence de deux pourcentages se donne en points ; une baisse « de X % » se rapporte à la valeur de départ.

    De 6262 à 4545 % : 1717 points, et non 1717 % ; la baisse relative vaut 1762≈27\frac{17}{62}\approx 27 %.

  • Chaque disque contre ses propres valeurs

    Avant d'écrire « sensible », pointer du doigt la ligne de l'antibiotique dans le tableau des valeurs critiques.

    1919 mm pour l'érythromycine, valeurs 2121 et 1818 : intermédiaire, pas sensible.

  • La dernière phrase répond au problème

    Relire la consigne : la conclusion doit reprendre ses mots (« sélection », « usage raisonné »), pas décrire le dernier document.

    « La courbe baisse » ne conclut rien ; « moins de sélection, donc moins de résistantes » conclut.

L'exercice type décortiqué

Un abcès traité par un seul antibiotique, ou par deux

Une culture de staphylocoque doré, issue d'une souche sensible, contient 2,5×1092{,}5\times 10^{9} bactéries par mL. On étale 0,20{,}2 mL de cette culture sur chacune de quatre géloses à ciprofloxacine : on compte 2222, 2828, 1919 et 3131 colonies.

Une infection contient 4×1094\times 10^{9} staphylocoques de cette souche. La fréquence des mutants résistants à la rifampicine, mesurée de la même façon, vaut 8×10−88\times 10^{-8}.

Évaluez le risque d'un traitement par la ciprofloxacine seule, puis par l'association des deux antibiotiques.

Étape 1

Nombre moyen de colonies : 22+28+19+314=25\frac{22+28+19+31}{4}=25.

Pourquoi

Quatre boîtes lissent le hasard de l'échantillonnage : on raisonne sur la moyenne.

Étape 2

Bactéries étalées par boîte : 0,2×2,5×109=5×1080{,}2\times 2{,}5\times 10^{9}=5\times 10^{8}.

Pourquoi

C'est le dénominateur : les colonies viennent des bactéries réellement déposées, pas d'un millilitre de culture.

Étape 3

Fréquence des mutants résistants à la ciprofloxacine : 255×108=5×10−8\frac{25}{5\times 10^{8}}=5\times 10^{-8}.

Pourquoi

La culture n'a jamais vu l'antibiotique : ces mutants sont apparus au hasard pendant sa croissance.

Étape 4

Mutants attendus dans l'infection : 4×109×5×10−8=2004\times 10^{9}\times 5\times 10^{-8}=200.

Pourquoi

C'est l'argument médical : la ciprofloxacine seule tuerait les sensibles et laisserait 200200 résistantes se multiplier sans concurrentes.

Étape 5

Doubles résistantes, si les mutations sont indépendantes : 5×10−8×8×10−8=4×10−155\times 10^{-8}\times 8\times 10^{-8}=4\times 10^{-15}, soit 4×109×4×10−15=1,6×10−54\times 10^{9}\times 4\times 10^{-15}=1{,}6\times 10^{-5} par infection.

Pourquoi

On multiplie parce que les deux mutations doivent survenir chez la même bactérie, par deux hasards indépendants : c'est la condition à écrire.

Étape 6

Vérification : 11,6×10−5=62 500\frac{1}{1{,}6\times 10^{-5}}=62\,500 infections pour un double mutant en moyenne ; ordre de grandeur cohérent avec deux fréquences de l'ordre de 10−810^{-8}.

Pourquoi

Retourner le nombre attendu en « une sur combien » rend le résultat lisible, et le contrôle d'ordre de grandeur attrape une puissance de dix perdue.

Conclusion rédigée

Une infection contient environ 200200 mutants résistants à la ciprofloxacine avant tout traitement : un seul antibiotique les sélectionnerait. Associer deux antibiotiques actifs rend un mutant résistant aux deux très improbable, environ un pour 62 50062\,500 infections, si les deux résistances apparaissent indépendamment.

L'erreur classique sur cet exercice : Diviser 2525 par 2,5×1092{,}5\times 10^{9}, la concentration par mL : on trouve 10−810^{-8}, et l'on sous-estime d'un facteur cinq le nombre de mutants.

À savoir par cœur

  • • Une mutation de résistance survient au HASARD, avant le contact avec l'antibiotique ; l'antibiotique la sélectionne, il ne la crée pas.
  • • L'avantage d'une résistante est COMPÉTITIF : il n'existe qu'en présence de l'antibiotique, qui élimine les sensibles.
  • • Fréquence des mutants = colonies sur gélose à antibiotique / bactéries ÉTALÉES ; deux résistances indépendantes : on multiplie.
  • • Antibiogramme : chaque diamètre contre les DEUX valeurs critiques de son antibiotique ; la multirésistance se compte en familles.
  • • Test de fluctuation : la DISPERSION entre cultures indépendantes prouve que les mutants préexistent.
  • • Usages humains et vétérinaires sélectionnent ; les bactéries résistantes circulent entre animaux, humains et environnement.
  • • Usage raisonné : pas d'antibiotique contre un virus, antibiogramme, dose et durée adaptées, hygiène des mains contre la transmission.

Questions fréquentes

Pourquoi les bactéries deviennent-elles résistantes aux antibiotiques ?

Parce que des mutations surviennent au hasard dans les populations de bactéries, et que quelques-unes rendent une bactérie résistante avant même tout traitement. L'antibiotique tue ensuite les bactéries sensibles et laisse les résistantes se multiplier sans concurrentes : leur proportion augmente. C'est une sélection naturelle, pas une transformation provoquée par le médicament.

Comment lire un antibiogramme en Première spé SVT ?

Mesurez le diamètre du halo clair autour de chaque disque, disque compris. Comparez-le aux deux valeurs critiques de cet antibiotique précis : au-dessus de la plus grande, la souche est sensible ; sous la plus petite, elle est résistante ; entre les deux, intermédiaire. Ne comparez jamais directement les halos de deux antibiotiques différents.

Comment calculer la fréquence des mutants résistants à un antibiotique ?

Divisez le nombre de colonies obtenues sur la gélose contenant l'antibiotique par le nombre de bactéries étalées sur cette gélose, c'est-à-dire le volume étalé multiplié par la concentration de la culture. On trouve en général entre un pour un milliard et un pour un million. Pour deux résistances indépendantes, on multiplie les deux fréquences.

Pourquoi associer deux antibiotiques contre certaines infections ?

Une grosse infection contient souvent des dizaines de bactéries déjà résistantes à un antibiotique donné, qu'un traitement seul sélectionnerait. Une bactérie résistante à deux antibiotiques à la fois est beaucoup plus rare, car il lui faut deux mutations indépendantes : l'association rend très improbable la sélection d'une souche résistante aux deux.

Pourquoi l'usage des antibiotiques dans les élevages concerne-t-il la santé humaine ?

Les antibiotiques donnés aux animaux sélectionnent des bactéries résistantes dans leur flore. Ces bactéries peuvent passer à l'humain par contact, par les aliments crus ou mal cuits, par le fumier, les sols et les eaux. Comme les familles d'antibiotiques sont peu nombreuses, chaque usage inutile, en élevage comme en médecine, réduit l'efficacité des traitements de tous.

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Exercices corrigés : Résistance aux antibiotiques : mutations et sélection

Une méthode se prouve sur une copie, pas sur une fiche. La série du même chapitre reprend chacun de ces pièges dans un exercice, avec le corrigé rédigé étape par étape.

  • 10 exercices corrigés
  • 100 points
  • 135 minutes
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© Ahmed Squalli Houssaini. Fiche publiée sur www.letuteurscientifique.ca/fiches/1svt-antibioresistance. Libre pour l'usage personnel et en classe ; sa republication ailleurs demande une autorisation écrite (mentions légales).

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