TP virtuel zones d'inhibition : antiseptiques, antibiotiques

Ce TP virtuel zones d'inhibition suit le TP obligatoire d'AQA GCSE Biology sur les antiseptiques et les antibiotiques. Les élèves préparent une boîte de gélose avec une technique aseptique, déposent des disques imbibés de chlorhexidine à quatre concentrations et incubent trois boîtes. Ils mesurent chaque zone claire avec une règle à l'écran, calculent son aire avec πr² et comparent les moyennes. Sauter une étape exprès fait pousser des colonies contaminantes. Tous les nombres ci-dessous ont été lus dans la simulation.

Liens avec les programmes

• AQA GCSE Biology : point 4.1.1.6 du programme (culturing microorganisms, Biology seulement) et son TP obligatoire sur l'effet des antiseptiques ou des antibiotiques sur la croissance bactérienne, mesuré par les zones claires. Il comprend la compétence mathématique du calcul d'une aire claire avec πr².
• AP Biology : la même technique aseptique précède l'investigation sur la transformation bactérienne. Voir le TP virtuel de biotechnologie.
• Simulic n'est pas affilié au College Board ni à AQA, et n'est pas approuvé par eux.

Avant le TP (5 min)

Demandez : « Quatre disques contiennent de la chlorhexidine à 0,2 % ; 0,1 % ; 0,05 % et 0,02 %. Comment la zone claire va-t-elle changer quand la concentration diminue ? » Les élèves choisissent une réponse et donnent une raison. Sur un lien de classe, c'est la question 1 ; la simulation se débloque une fois qu'ils ont répondu.

Protocole dans la simulation

1. Dans les valeurs de départ sous la simulation, choisissez Bacillus subtilis, Chlorhexidine à 4 concentrations, 25 °C et 48 h. Laissez la variation aléatoire à 5 %. Le disque E est imbibé d'eau stérile : c'est le témoin.
2. Boîte 1 : appuyez sur le bouton bleu de technique pour chacune des huit étapes, de « À la flamme, refroidir » à « Retourner, incuber à 25 °C ». Lisez la raison affichée sous chaque étape.
3. Après l'incubation, réglez Zoom sur Disque A. Faites glisser la règle pour que son bord passe par le centre du disque, placez le 0 sur un bord de la zone claire et lisez le bord opposé. Notez le diamètre, disque de 6 mm compris. S'il n'y a pas de zone, notez 6.
4. Mesurez les disques B à E de la même façon, saisissez les diamètres dans le tableau de résultats et appuyez sur Vérifier les mesures. Les lectures à 1 mm près sont comptées justes.
5. Appuyez sur Nouvelle boîte (répéter) puis sur Rapide, toutes étapes correctes. Mesurez la boîte 2, puis faites de même pour la boîte 3.
6. Lisez dans le tableau le diamètre moyen d̄ et l'aire A de chaque disque. Utilisez Calculer pour pour voir les étapes du calcul πr².
7. Test de contamination : appuyez sur Recommencer. Appuyez sur « À la flamme, refroidir », puis sur Sauter à l'étape « Travaillez près de la flamme du bec Bunsen », puis sur Rapide. Comptez les colonies qui ne ressemblent pas à la nappe.

Disque	Chlorhexidine (%)	Boîte 1 d (mm)	Boîte 2 d (mm)	Boîte 3 d (mm)	Moyenne d̄ (mm)	Aire πr² (mm²)
A	0,2
B	0,1
C	0,05
D	0,02
E	0 (eau stérile)

Résultats attendus

Sans variation aléatoire, les zones mesurent 20,3 mm (A), 18,6 mm (B), 16,7 mm (C) et 13,8 mm (D). Le disque E donne toujours 6 mm : pas de zone. Avec 5 % de variation, chaque boîte diffère un peu. Dans nos boîtes d'essai, le disque A a mesuré 20,7 ; 20,8 ; 21,3 et 21,5 mm. Une moyenne de trois boîtes tombe presque toujours entre 18,5 et 22 mm.

Les aires moyennes sont d'environ 320, 270, 220 et 150 mm². Chaque fois que la concentration double, l'aire augmente à peu près de la même quantité, environ 50 mm². Elle ne double pas : passer de 0,1 % à 0,2 % ne multiplie l'aire que par 1,2 environ. L'agent diffuse vers l'extérieur : sa concentration diminue donc fortement avec la distance au disque.

Quand l'étape « Travaillez près de la flamme du bec Bunsen » a été sautée, la boîte a donné 2 ou 3 colonies contaminantes (moisissure duveteuse, jaune ou rose), et la note sous la boîte indiquait qu'elle était contaminée. Les zones elles-mêmes n'ont pas changé.

Questions pour les élèves

1. Prédiction : comment la zone claire va-t-elle changer quand la concentration de chlorhexidine passe de 0,2 % à 0,02 % ?
2. Laquelle de ces variables est une variable contrôlée dans cette investigation ?
3. Disque A (0,2 %), trois boîtes : quel est le diamètre moyen de sa zone claire ?
4. De 0,1 % à 0,2 %, la concentration double. Que devient l'aire moyenne de la zone ?
5. Sautez « Travaillez près de la flamme du bec Bunsen » sur une nouvelle boîte. Décrivez ce qui pousse et expliquez pourquoi cette étape compte.

Réponses pour l'enseignant :

1. Les zones deviennent plus petites.
2. La température et la durée d'incubation (et aussi les bactéries, la taille des disques et le volume de culture).
3. Environ 20 mm ; toute moyenne de 17,5 à 23 mm est acceptée.
4. Elle augmente, mais seulement d'environ 1,2 fois, sans doubler.
5. Des colonies contaminantes (moisissure, jaunes ou roses) poussent dans la nappe. L'air chaud qui monte de la flamme entraîne les spores et la poussière loin de la boîte ouverte. Sans elle, les microbes de l'air tombent sur la gélose, concurrencent la nappe, peuvent être pathogènes et rendent les résultats peu fiables.

Idées fausses fréquentes

• « Une zone plus grande veut dire que les bactéries sont plus grosses. » La zone montre où l'agent a arrêté la croissance. Une zone plus grande signifie un agent plus efficace à cette concentration.
• « Deux fois plus concentré, deux fois plus de zone. » L'aire augmente à peu près du même pas à chaque doublement.
• « L'éthanol est faible parce que sa zone est petite. » L'éthanol s'évapore du disque et l'huile d'arbre à thé diffuse mal dans la gélose. Les deux tuent bien les bactéries par contact.
• « 37 °C, c'est mieux, car les bactéries poussent plus vite. » À l'école, on ne dépasse jamais 25 °C, car les pathogènes humains poussent le mieux à la température du corps. Dans la simulation, les zones sont aussi un peu plus petites à 37 °C.

Prolongement

• Bactéries à Gram négatif. Choisissez E. coli K-12 et le préréglage Antibiotiques et antiseptiques. La pénicilline donne environ 30 mm sur B. subtilis mais aucune zone sur E. coli. Demandez aux élèves pourquoi.
• Comparer des antiseptiques. Utilisez le préréglage Quatre antiseptiques et classez-les selon leur aire moyenne.

Questions fréquentes

Cela remplace-t-il le TP obligatoire ?

Non. Les TP obligatoires d'AQA doivent toujours être faits à la main. Utilisez la simulation pour préparer et pratiquer la technique aseptique, ou pour discuter des résultats. Voir laboratoires virtuels ou réels.

Pourquoi mes zones diffèrent-elles de celles de mon binôme ?

Chaque boîte a une petite variation aléatoire, comme les vraies boîtes. C'est pourquoi le protocole utilise trois boîtes et une moyenne. Pour donner à tous des boîtes identiques, réglez la variation aléatoire à 0 % dans les valeurs de départ de votre lien de classe.

Puis-je fixer les réglages pour ma classe ?

Oui. Dans la page de partage, créez un lien et réglez les bactéries, le jeu de disques, la température, la durée d'incubation et la variation dans les valeurs de départ.

Voir aussi

Résistance aux antibiotiques – pourquoi aller au bout du traitement Courbe de croissance d'une population bactérienne

Pour d'autres idées, voir idées de leçons de biologie interactives et prédire, observer, expliquer avec des simulations.