Net Bio Dyn et la modlisation des ractions

Net. Bio. Dyn et la modélisation des réactions immunitaires

L’outil Net. Bio. Dyn Une présentation de l’outil est disponible sur le site ACCES. http: //acces. inrp. fr/acces/ressources/sante/dynamique/outils/modelisation/biodyn

Se procurer le logiciel Net Bio. Dyn On préfèrera la version en ligne qui est plus stable http: //netbiodyn. tuxfamily. org/netbiodyn_1/net. Bio. Dyn. html En cas de choix de la version hors-ligne (= si problème de connexion ou bien pour le travail sur un deuxième poste non connecté à internet) : installer le logiciel sur chaque poste de travail

Intégration aux programmes officiels Programme de Terminale S, partie 7 : Immunologie Les activités proposées peuvent constituer des TP utiles pour la construction de différentes notions dans la partie « Immunologie » du programme de la classe de Terminale S, en particulier sur des points pour lesquels on a recours habituellement à l’exploitation de documents : • action du VIH sur le système immunitaire : « Une maladie qui touche le système immunitaire : le SIDA (syndrome d’immunodéficience acquise) » • action des lymphocytes T cytotoxiques: « Les lymphocytes T cytotoxiques (T 8) : agents du maintien de l’intégrité des populations cellulaires » • mode d’action des LT 4 : « Les lymphocytes T 4 : pivots des réactions immunitaires spécifiques » • notion de mémoire immunitaire : « Les vaccins et la mémoire immunitaire »

Déroulement de la session de formation Utilisation des ressources pour Net. Biodyn situées à l’adresse suivante : http: //acces. inrp. fr/acces/ressources/sante/agents-infectieux-etdefenses-de-lorganisme/enseigner/lycee

Déroulement de la session de formation 1. Cellules immunitaires et VIH § Modèle in vivo § Modèle in vitro 2. L’action des lymphocytes T cytotoxiques § Construction d’un modèle Net. Biodyn § Modèle in vitro § Modèle in vivo, didactique, niveau lycée § Modèle didactique pour aller plus loin 3. Le mode d’action des LT 4 § Modèle in vitro : dispositif de Marbrook

Déroulement de la session de formation 1. Cellules immunitaires et VIH § Modèle in vivo § Modèle in vitro 2. L’action des lymphocytes T cytotoxiques § Construction d’un modèle Net. Biodyn § Modèle in vitro § Modèle in vivo, didactique, niveau lycée § Modèle didactique pour aller plus loin 3. Le mode d’action des LT 4 § Modèle in vitro : dispositif de Marbrook

1. Cellules immunitaires et VIH Problématique n° 1: Quelles sont les interactions entre le VIH et les éléments du système immunitaire ? Problématique n° 2 : En quoi la structure moléculaire des LT 4 leur permet-elle d’être la cible du VIH ?

Cellules immunitaires et VIH Pour expliciter les interactions entre le système immunitaire et le VIH … Un modèle in vivo déjà construit dans lequel les comportements des entités sont fixés activité de l’élève : A l’aide d’une simulation, déterminer les interactions visibles entre le VIH et les leucocytes. Placer les entités (les leucocytes et les particules virales) en respectant les proportions physiologiques pour les leucocytes. Modèle : Biodynothèque/ cellules immunitaires et VIH/ modelinvivo/ invivo. nbd

Cellules immunitaires et VIH Un exemple de résultat

Cellules immunitaires et VIH Un exemple de résultat

Cellules immunitaires et VIH Quelle exploitation pédagogique de ce résultat ? Rappel : activité de l’élève A l’aide d’une simulation, déterminer les interactions visibles entre le VIH et les leucocytes Hypothèse : les lymphocytes T 4 (et les macrophages) sont les cellules-cibles du VIH

Cellules immunitaires et VIH Activité de l’élève A l’aide de simulations appropriées, tester l’hypothèse de la nécessité d’un contact entre le VIH et les LT 4 pour la multiplication virale.

Cellules immunitaires et VIH Probabilité de contact entre le VIH et les lymphocytes

Cellules immunitaires et VIH Un exemple de résultat

Cellules immunitaires et VIH Quelle exploitation pédagogique de ce résultat ? Rappel : activité de l’élève A l’aide de simulations appropriées, tester l’hypothèse de la nécessité d’un contact entre le VIH et les LT 4 pour la multiplication virale. Hypothèse validée… … La suite : En quoi la structure moléculaire des LT 4 leur permet-elle d’être la cible du VIH ?

Cellules immunitaires et VIH Pour déterminer en quoi la structure du VIH lui permet d’infecter les lymphocytes T 4… Une expérience référente : infection de LT 4 par le VIH incubé préalablement avec différents anticorps Le protocole (d'après Klatzman et al. , Nature, vol. 312, 1984) Des lymphocytes T 4 sains ont été incubés in vitro avec deux types d'anticorps spécifiques de protéines membranaires : l'un est spécifique de la protéine HLA-II et l'autre de la protéine CD 4. Ensuite, les LT 4 sont incubés avec le VIH. On évalue l'infection grâce au dosage de l'activité de la transcriptase inverse dans les LT 4. Le résultat (non montré aux élèves)

Cellules immunitaires et VIH Pour déterminer en quoi la structure du VIH lui permet d’infecter les lymphocytes T 4… Un modèle in vitro déjà construit dans lequel les comportements des entités sont fixés activité de l’élève : A l’aide de simulations appropriées, reproduire le protocole de l'expérience : 3 situations correspondant à 3 simulations différentes (dont un témoin sans anticorps) § placer les LT 4 (30 par exemple) et éventuellement les anticorps (spécifiques des marqueurs CD 4 ou spécifiques d'autres protéines membranaires (60 pour obtenir une liaison assez rapide avec les LT 4) § en cours de simulation (au bout de 1000 "tics" par exemple), une fois que les anticorps se sont liés aux LT 4, ajouter le VIH (30) Modèle : Biodynothèque/ cellules immunitaires et VIH/ modelinvitro/ invitro. nbd

Cellules immunitaires et VIH Un exemple de résultat

Cellules immunitaires et VIH Quelle exploitation pédagogique de ce résultat ? Rappel : activité de l’élève A l’aide de simulations appropriées, reproduire le protocole de l'expérience : 3 situations correspondant à 3 simulations différentes (dont un témoin sans anticorps)

Déroulement de la session de formation 1. Cellules immunitaires et VIH § Modèle in vivo § Modèle in vitro 2. L’action des lymphocytes T cytotoxiques § Construction d’un modèle Net. Biodyn § Modèle in vitro § Modèle in vivo, didactique, niveau lycée § Modèle didactique pour aller plus loin 3. Le mode d’action des LT 4 § Modèle in vitro : dispositif de Marbrook

2. L’action des lymphocytes T cytotoxiques § Prérequis : effecteurs – phase asymptomatique – charge virale § Problématique : on recherche de quelle manière les LTc participent à la lutte contre le VIH

Déroulement de la session de formation 1. Cellules immunitaires et VIH § Modèle in vivo § Modèle in vitro 2. L’action des lymphocytes T cytotoxiques § Construction d’un modèle Net. Biodyn § Modèle in vitro § Modèle in vivo, didactique, niveau lycée § Modèle didactique pour aller plus loin 3. Le mode d’action des LT 4 § Modèle in vitro : dispositif de Marbrook

L’action des lymphocytes T cytotoxiques Pour déterminer les conditions d’action des LTc … Expérience référente § Chez des patients infectés par le VIH, on prélève des LTc ainsi que des cellules qui seront ou non artificiellement modifiées. • La modification consiste à infecter les cellules par le virus de la vaccine (variole bovine) dans lequel on a éventuellement introduit des gènes du VIH susceptibles de faire s'exprimer des protéines virales (glycoprotéines gp 160 (=association de gp 120 et gp 41), protéine p 14 ou protéine p 24) en surface des cellules. • Les trois lots de cellules (cellules saines, cellules infectées par le virus de la vaccine et modifiées) sont mis en culture en présence de chrome 51 radioactif. • Pour finir, les cellules ayant incorporé le chrome radioactif sont mises en présence des LTc. • Il s'agit alors d'évaluer la présence ou non de chrome radioactif dans le milieu de culture, révélant la lyse ou non des cellules par les LTc : on parle de test de cytotoxicité.

L’action des lymphocytes T cytotoxiques Pour déterminer les conditions d’action des LTc … Point technique Confection d’un modèle Net. Biodyn : modélisation de l’expérience référente - quelles entités ? - quels comportements ?

Déroulement de la session de formation 1. Cellules immunitaires et VIH § Modèle in vivo § Modèle in vitro 2. L’action des lymphocytes T cytotoxiques § Construction d’un modèle Net. Biodyn § Modèle in vitro § Modèle in vivo, didactique, niveau lycée § Modèle didactique pour aller plus loin 3. Le mode d’action des LT 4 § Modèle in vitro : dispositif de Marbrook

L’action des lymphocytes T cytotoxiques Pour déterminer les conditions d’action des LTc … activité de l’élève : à l’aide de simulations appropriées, déterminer les conditions nécessaires à l’action des LTc et le résultat de cette action Accès au modèle in vitro « opérationnel » (= déjà construit) : Biodynothèque/ action LTc/ modelexp. nbd

L’action des lymphocytes T cytotoxiques Pour déterminer les conditions d’action des LTc … Modèle « modelexp. nbd » Exemple de simulation Situation initiale

L’action des lymphocytes T cytotoxiques Pour déterminer les conditions d’action des LTc … Modèle « modelexp. nbd » Exemple de simulation Situation en cours de simulation

L’action des lymphocytes T cytotoxiques Pour déterminer les conditions d’action des LTc … Point technique Modifier un modèle Netbiodyn existant : § Modification des dimensions de l’environnement § Remplacement du symbole d’une entité par une imagette

Déroulement de la session de formation 1. Cellules immunitaires et VIH § Modèle in vivo § Modèle in vitro 2. L’action des lymphocytes T cytotoxiques § Construction d’un modèle Net. Biodyn § Modèle in vitro § Modèle in vivo, didactique, niveau lycée § Modèle didactique pour aller plus loin 3. Le mode d’action des LT 4 § Modèle in vitro : dispositif de Marbrook

L’action des lymphocytes T cytotoxiques Pour expliciter le mode d’action des LTc … Un modèle didactique niveau lycée : Biodynothèque/ action LTc/ modelinvivo. nbd activité de l’élève : Exploiter le modèle in vivo pour préciser les modalités de l'action des LTc.

L’action des lymphocytes T cytotoxiques Pour expliciter le mode d’action des LTc … Modèle « modelinvivo. nbd »

L’action des lymphocytes T cytotoxiques Pour expliciter le mode d’action des LTc … Modèle « modelinvivo. nbd » Résultat en cours de simulation (avec zoom)

L’action des lymphocytes T cytotoxiques Pour expliciter le mode d’action des LTc … Modèle « modelinvivo. nbd » Interactions entre l’utilisateur et le modèle ? Limites de ce modèle ?

Déroulement de la session de formation 1. Cellules immunitaires et VIH § Modèle in vivo § Modèle in vitro 2. L’action des lymphocytes T cytotoxiques § Construction d’un modèle Net. Biodyn § Modèle in vitro § Modèle in vivo, didactique, niveau lycée § Modèle didactique pour aller plus loin 3. Le mode d’action des LT 4 § Modèle in vitro : dispositif de Marbrook

L’action des lymphocytes T cytotoxiques Vers une mise au point scientifique sur le mode d’action des LTc … Un modèle didactique plus complexe : Biodynothèque/ action LTc/ modelcell. nbd activité de l’élève : Exploiter ce modèle en vue d’obtenir des précisions sur les modalités de la lyse. [stratégie : se placer en observateur, bien analyser la situation au moment zéro de la simulation et la succession d’événements une fois que la simulation est lancée]

L’action des lymphocytes T cytotoxiques Vers une mise au point scientifique sur le mode d’action des LTc … Modèle « modelcell. nbd » Des entités moléculaires …

L’action des lymphocytes T cytotoxiques Vers une mise au point scientifique sur le mode d’action des LTc … Modèle « modelcell. nbd » Résultat

L’action des lymphocytes T cytotoxiques Vers une mise au point scientifique sur le mode d’action des LTc … Modèle « modelcell. nbd » Des entités moléculaires Peu d’interaction entre l’utilisateur et le modèle Limites de ce modèle ?

Déroulement de la session de formation 1. Cellules immunitaires et VIH § Modèle in vivo § Modèle in vitro 2. L’action des lymphocytes T cytotoxiques § Construction d’un modèle Net. Biodyn § Modèle in vitro § Modèle in vivo, didactique, niveau lycée § Modèle didactique pour aller plus loin 3. Le mode d’action des LT 4 § Modèle in vitro : dispositif de Marbrook

3. Le mode d’action des lymphocytes T 4 § Prérequis : notion de coopération cellulaire - LT 4 pivot § Problématique : on recherche par quel moyen les LT 4 interviennent dans la différenciation des LB en plasmocytes sécréteurs d'anticorps.

Le mode d’action des LT 4 Pour déterminer comment les LT 4 déclenchent la différenciation des LB en plasmocytes … Expérience référente

L’action des LTc Pour déterminer comment les LT 4 déclenchent la différenciation des LB en plasmocytes … Accès au modèle : Biodynothèque / mode d’action LT 4/ Marbrook/ marbrook. nbd Modèle « marbrook. nbd » activité de l’élève : Réaliser les simulations appropriées pour confirmer le rôle pivot joué in vivo par les LT 4. Réaliser les simulations appropriées pour déterminer la nature de l'interaction entre les LT 4 et les LB.

L’action des LTc Pour déterminer comment les LT 4 déclenchent la différenciation des LB en plasmocytes … Modèle « marbrook. nbd » activité de l’élève : Réaliser les simulations appropriées pour confirmer le rôle pivot joué in vivo par les LT 4. Réaliser les simulations appropriées pour déterminer la nature de l'interaction entre les LT 4 et les LB.

L’action des LTc Pour déterminer comment les LT 4 déclenchent la différenciation des LB en plasmocytes … Modèle « marbrook. nbd »

L’action des LTc Confirmation du rôle pivot joué par les LT 4 ? Modèle « marbrook. nbd » Situation initiale Situation finale

L’action des LTc Confirmation du rôle pivot joué par les LT 4 ? Modèle « marbrook. nbd » Situation initiale Situation finale

L’action des LTc Nature de l'interaction entre les LT 4 et les LB ? Modèle « marbrook. nbd » Exemple de situation initiale

L’action des LTc Nature de l'interaction entre les LT 4 et les LB ? Modèle « marbrook. nbd » Exemple de résultat

L’action des LTc Nature de l'interaction entre les LT 4 et les LB ? Modèle « marbrook. nbd » Exemple de résultat (avec zoom)

Pour en finir ? • Parcours du dossier ACCES • Les évolutions attendues de l’outil Net. Biodyn • Votre avis nous intéresse …

L’action des lymphocytes T cytotoxiques Pour déterminer les conditions d’action des LTc … Confection d’un modèle Net. Biodyn : modélisation de l’expérience référente Pour déclarer les entités Pour déclarer les comportements des entités Pour régler (si nécessaire) les « dimensions » (nombre de pixels) de l’environnement

L’action des lymphocytes T cytotoxiques Pour déterminer les conditions d’action des LTc … Confection d’un modèle Net. Biodyn : modélisation de l’expérience référente Phase 1 : Déclaration des entités 2 1

L’action des lymphocytes T cytotoxiques Pour déterminer les conditions d’action des LTc … Confection d’un modèle Net. Biodyn : modélisation de l’expérience référente Phase 1 : Déclaration des entités 1 - Taper le nom de l’entité 2 – Choisir la taille adaptée pour représenter l’entité [pour personnaliser la représentation de l’entité] 3 – Valider

L’action des lymphocytes T cytotoxiques Pour déterminer les conditions d’action des LTc … Confection d’un modèle Net. Biodyn : modélisation de l’expérience référente Phase 1 : Déclaration des entités Réitérer le processus jusqu’à ce que toutes les entités souhaitées soient déclarées

L’action des lymphocytes T cytotoxiques Pour déterminer les conditions d’action des LTc … Confection d’un modèle Net. Biodyn : modélisation de l’expérience référente Phase 2 : Mise en équation du comportement des entités 2 3 1

L’action des lymphocytes T cytotoxiques Pour déterminer les conditions d’action des LTc … Confection d’un modèle Net. Biodyn : modélisation de l’expérience référente Phase 2 : Mise en équation du comportement des entités 1. Écrire ici le nom réel de la réaction qu’on modélise (par exemple : lyse) [Préférer le type : « située en absolu» ] 2. Choisir dans le menu déroulant les entités qui vont participer à la réaction 3. Choisir dans le menu déroulant les entités qui vont être produites ainsi que les réactifs non modifiés

L’action des lymphocytes T cytotoxiques Pour déterminer les conditions d’action des LTc … Confection d’un modèle Net. Biodyn : modélisation de l’expérience référente Phase 2 : Mise en équation du comportement des entités