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title: "Les bactéries et la résistance aux antibiotiques"
book: "Biologie du lycée"
subject: biology
language: fr
chapter: 18
exercises: 15
source: https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/18-les-bacteries-et-la-resistance-aux-antibiotiques
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# Chapitre 18 — Les bactéries et la résistance aux antibiotiques

En 1941, un policier mourant d’une septicémie née d’une égratignure reçut les premières doses de pénicilline jamais administrées à un patient. Il se rétablit en quelques jours — puis rechuta et mourut quand la réserve, péniblement extraite d’une moisissure, fut épuisée. En une décennie, la pénicilline était fabriquée à la tonne et des infections qui tuaient depuis des millénaires devenaient curables en une semaine. En deux décennies, des bactéries que la pénicilline n’atteignait plus étaient courantes dans tous les hôpitaux. Ce chapitre dit pourquoi : comment les bactéries varient, comment un [antibiotique](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) les trie, et comment l’arithmétique d’une population de milliards d’individus change une [mutation](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/13-mutations-et-variation-genetique#def-g11-mutations-mutation) rare en un problème de service entier.

![Alexander Fleming à sa paillasse en 1943, avec les boîtes de culture sur lesquelles, quinze ans plus tôt, il avait remarqué une moisissure qui faisait disparaître les bactéries autour d’elle. Photographie, Imperial War Museums, domaine public.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-2/g11-antibiotic-resistance/img-c314ed25ca0d.jpg)

*Alexander Fleming à sa paillasse en 1943, avec les boîtes de culture sur lesquelles, quinze ans plus tôt, il avait remarqué une moisissure qui faisait disparaître les bactéries autour d’elle. Photographie, Imperial War Museums, domaine public.*

## 18.1 Comment les bactéries varient

**Proposition 18.1 (Reproduction et variation chez les bactéries).**

Une bactérie se reproduit en se divisant en deux après avoir copié son unique [chromosome](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/12-le-cycle-cellulaire-et-la-mitose#def-g11-cell-cycle-mitosis-chromosome) : les filles sont, aux erreurs de copie près, génétiquement identiques à la mère — un *clone*. En milieu riche, une division toutes les 20 minutes change une [cellule](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) en un milliard en dix heures. La variation génétique du clone a deux sources :

- les *[mutations](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/13-mutations-et-variation-genetique#def-g11-mutations-mutation)* ( [Chapitre 13](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/13-mutations-et-variation-genetique#ch-g11-mutations) ), rares par division mais fréquentes dans une population de milliards ;
- le *transfert horizontal de gènes* : de l’ [ADN](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/3-ladn-molecule-genetique-universelle#def-g10-universal-dna-information) reçu d’une autre bactérie, de la même [espèce](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/5-la-biodiversite-a-toutes-les-echelles#def-g10-biodiversity-scales-species) ou d’une autre, le plus souvent sous forme de *plasmide* — un petit cercle d’ [ADN](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/3-ladn-molecule-genetique-universelle#def-g10-universal-dna-information) , distinct du [chromosome](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/12-le-cycle-cellulaire-et-la-mitose#def-g11-cell-cycle-mitosis-chromosome) , qui porte quelques [gènes](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/3-ladn-molecule-genetique-universelle#def-g10-universal-dna-gene) et peut passer d’une [cellule](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) à l’autre par un pont de membrane.

**Démonstration.** *Admis à ce niveau.* ∎

![Le transfert horizontal. Un plasmide — petit cercle d’ADN qui peut porter un gène de résistance — est copié à travers un pont d’une bactérie à une autre, qui n’est pas forcément de la même espèce. La receveuse, et toutes ses descendantes, gagnent le gène d’un seul coup.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-2/g11-antibiotic-resistance/fig-8500160ea890.svg)

*Le transfert horizontal. Un plasmide — petit cercle d’[ADN](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/3-ladn-molecule-genetique-universelle#def-g10-universal-dna-information) qui peut porter un [gène](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/3-ladn-molecule-genetique-universelle#def-g10-universal-dna-gene) de résistance — est copié à travers un pont d’une bactérie à une autre, qui n’est pas forcément de la même [espèce](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/5-la-biodiversite-a-toutes-les-echelles#def-g10-biodiversity-scales-species). La receveuse, et toutes ses descendantes, gagnent le [gène](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/3-ladn-molecule-genetique-universelle#def-g10-universal-dna-gene) d’un seul coup.*

**Exemple 18.2 (L’arithmétique d’une population).**

Une [mutation](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/13-mutations-et-variation-genetique#def-g11-mutations-mutation) de résistance apparaît environ une fois sur $10^8$ divisions. Un flacon de $10^9$ bactéries a donc connu, dans les divisions qui l’ont produit, une dizaine de telles [mutations](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/13-mutations-et-variation-genetique#def-g11-mutations-mutation) ; une plaie infectée ou un intestin, avec $10^{12}$ bactéries, une dizaine de milliers. Toute population nombreuse de bactéries contient, avant tout usage d’[antibiotique](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic), des [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) qui y résistent — les répliques sur velours du [Chapitre 13](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/13-mutations-et-variation-genetique#ch-g11-mutations) l’ont prouvé.

## 18.2 Les antibiotiques

**Définition 18.3 (Antibiotique).**

Un *antibiotique* est une molécule qui tue les bactéries ou arrête leur croissance, à des concentrations inoffensives pour les [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) du patient, en agissant sur une structure ou un processus que les bactéries possèdent et que les [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) humaines n’ont pas : la pénicilline et ses proches bloquent la construction de la [paroi bactérienne](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-organelle) ; la streptomycine et la tétracycline bloquent le [ribosome](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-organelle) bactérien, qui diffère du nôtre ; d’autres bloquent les [enzymes](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/15-les-enzymes-et-le-phenotype#def-g11-enzymes-and-phenotype-enzyme) bactériennes de la [réplication de l’ADN](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/11-la-replication-de-ladn#def-g11-dna-replication-replication). La plupart ont d’abord été trouvés chez des moisissures et des bactéries du sol, qui les fabriquent contre leurs concurrents. Les antibiotiques n’ont aucun effet sur les virus, qui n’ont aucune de ces cibles.

**Proposition 18.4 (Les mécanismes de la résistance).**

Une bactérie est *résistante* à un [antibiotique](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) lorsqu’elle pousse à des concentrations qui arrêtent ses parentes sensibles. La résistance a une base génétique de l’une de quelques sortes : un [gène](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/3-ladn-molecule-genetique-universelle#def-g10-universal-dna-gene) codant une [enzyme](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/15-les-enzymes-et-le-phenotype#def-g11-enzymes-and-phenotype-enzyme) qui détruit l’[antibiotique](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) (les pénicillinases coupent la pénicilline en deux) ; une [mutation](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/13-mutations-et-variation-genetique#def-g11-mutations-mutation) qui modifie la cible de l’[antibiotique](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) de sorte que le médicament ne s’y fixe plus (une [protéine](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/14-du-gene-a-la-proteine#def-g11-gene-expression-protein) ribosomique changée) ; une pompe qui expulse le médicament ; une paroi qui ne le laisse pas entrer. Chacune est un [allèle](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/3-ladn-molecule-genetique-universelle#def-g10-universal-dna-gene) ou un [gène](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/3-ladn-molecule-genetique-universelle#def-g10-universal-dna-gene), et chacune est héritée — verticalement par le clone et, quand elle est sur un plasmide, horizontalement par les voisines.

**Démonstration.** *Admis à ce niveau.* ∎

**Méthode 18.5 (Lire un antibiogramme).**

Un *antibiogramme* teste les bactéries d’un patient contre plusieurs [antibiotiques](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) à la fois.

1. Étaler les bactéries uniformément sur une boîte ; déposer des disques de papier imprégnés chacun d’un [antibiotique](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) ; incuber une nuit.
2. L’ [antibiotique](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) diffuse hors du disque, sa concentration décroissant avec la distance ; les bactéries poussent en tapis sauf là où la concentration les arrête : une *zone d’inhibition* claire entoure chaque disque.
3. Mesurer le diamètre de chaque zone et le comparer au seuil établi pour cet [antibiotique](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) : un diamètre supérieur au seuil signifie sensible, inférieur résistant.
4. Les plus grandes zones parmi les résultats sensibles orientent la prescription ; un disque sans aucune zone désigne un [antibiotique](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) que la souche ignore.

![Un antibiogramme lu. Chaque disque porte un antibiotique ; la zone claire est l’endroit où les bactéries n’ont pas pu pousser. Comparés au seuil de chaque médicament, les diamètres classent la souche comme sensible à A et D, résistante à B, C et E.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-2/g11-antibiotic-resistance/fig-5a2331b7ab14.svg)

*Un antibiogramme lu. Chaque disque porte un [antibiotique](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) ; la zone claire est l’endroit où les bactéries n’ont pas pu pousser. Comparés au seuil de chaque médicament, les diamètres classent la souche comme sensible à A et D, résistante à B, C et E.*

![Une boîte d’antibiogramme après une nuit d’incubation : un tapis de bactéries et, autour de chaque disque d’antibiotique, une zone claire dont la taille mesure la sensibilité de la souche. Un disque n’a aucune zone.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-2/g11-antibiotic-resistance/img-f3f4e86b8ae8.jpg)

*Une boîte d’antibiogramme après une nuit d’incubation : un tapis de bactéries et, autour de chaque disque d’[antibiotique](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic), une zone claire dont la taille mesure la sensibilité de la souche. Un disque n’a aucune zone.*

## 18.3 Comment la résistance se répand

**Proposition 18.6 (La sélection par l’antibiotique).**

Un [antibiotique](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) ne crée pas de bactéries résistantes ; il les *sélectionne*. Dans une population où quelques [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) portent un [allèle](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/3-ladn-molecule-genetique-universelle#def-g10-universal-dna-gene) de résistance, le médicament tue ou arrête la majorité sensible et laisse les quelques résistantes se multiplier sans concurrence : en quelques jours, la population est résistante. Plus un [antibiotique](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) est utilisé — chez les patients, chez les animaux, dans l’environnement — plus souvent ce tri se produit, et plus les bactéries d’un hôpital, d’une ferme ou d’un pays deviennent résistantes. Une cure incomplète, qui tue les [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) les plus sensibles et épargne les moins sensibles, sélectionne plus efficacement que tout le reste.

**Faits expérimentaux.** Les répliques sur velours de Lederberg ont montré que les [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) résistantes étaient présentes avant l’exposition. Des cultures menées une semaine dans des concentrations croissantes d’[antibiotique](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) finissent résistantes à cent fois la dose initiale, et leur résistance est héréditaire et se rapporte à des [mutations](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/13-mutations-et-variation-genetique#def-g11-mutations-mutation) précises. Les pays qui consomment le plus d’[antibiotiques](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) par habitant ont les plus fortes proportions de souches résistantes ; les services hospitaliers qui réduisent leur consommation voient la résistance baisser en quelques mois. Une souche de la bactérie cutanée *Staphylococcus aureus* résistante à la pénicilline est apparue quatre ans après l’introduction du médicament et représente aujourd’hui la majorité des souches hospitalières ; la souche résistante au médicament de remplacement a suivi ce remplacement de deux ans. ∎

![La sélection au cours d’une cure d’antibiotique. Les cellules sensibles (en bleu) sont tuées en quelques jours ; les quelques résistantes (en rouge) se multiplient sans opposition et, à la fin de la semaine, forment toute la population. Si le patient s’arrête au jour 3, les survivantes repoussent — désormais presque toutes résistantes.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-2/g11-antibiotic-resistance/fig-a3d34df9814b.svg)

*La sélection au cours d’une cure d’[antibiotique](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic). Les [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) sensibles (en bleu) sont tuées en quelques jours ; les quelques résistantes (en rouge) se multiplient sans opposition et, à la fin de la semaine, forment toute la population. Si le patient s’arrête au jour 3, les survivantes repoussent — désormais presque toutes résistantes.*

**Exemple 18.7 (D’une cellule à un service).**

Un patient traité à la pénicilline porte, parmi $10^{10}$ bactéries, une centaine de résistantes. En trois jours, les sensibles ont disparu et le clone résistant a pris la place : $10^{10}$ [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) résistantes. Sur les mains d’une infirmière, sur une barrière de lit, chez le patient voisin, le clone continue — et si son [gène](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/3-ladn-molecule-genetique-universelle#def-g10-universal-dna-gene) de résistance est sur un plasmide, il le passe en chemin à d’autres [espèces](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/5-la-biodiversite-a-toutes-les-echelles#def-g10-biodiversity-scales-species). Rien dans cette suite n’exigeait que l’[antibiotique](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) agisse sur l’[ADN](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/3-ladn-molecule-genetique-universelle#def-g10-universal-dna-information) ; il n’a fait qu’écarter la concurrence.

## 18.4 Faire durer les antibiotiques

**Proposition 18.8 (Conséquences et réponses).**

Les infections résistantes sont plus longues, plus coûteuses et plus souvent mortelles ; certaines souches résistent aujourd’hui à tous les médicaments disponibles. Comme la résistance est entraînée par l’usage, la réponse consiste à utiliser les [antibiotiques](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) moins et mieux : seulement contre les infections bactériennes (jamais contre les rhumes et les grippes virales), choisis après un antibiogramme quand c’est possible, à pleine dose et pour toute la durée de la cure, avec le médicament au spectre le plus étroit qui fonctionne ; à limiter leur usage en élevage ; à prévenir les infections (hygiène, vaccination) pour que moins de cures soient nécessaires ; et à isoler les [porteurs](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/16-variation-genetique-et-maladies#def-g11-genes-and-disease-genetic) de souches résistantes à l’hôpital. Les nouveaux [antibiotiques](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) achètent du temps ; l’arithmétique de la sélection garantit que la résistance à chacun apparaîtra.

**Démonstration.** *Admis à ce niveau.* ∎

**Remarque 18.9 (L’évolution en une semaine).**

La [mutation](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/13-mutations-et-variation-genetique#def-g11-mutations-mutation) qui fournit au hasard la variation, l’environnement qui la trie, les descendants des survivants qui héritent la différence : les bactéries de ce chapitre parcourent en une semaine le processus que la dernière année décrira sur des millions d’années pour les baleines et les chênes. La [résistance aux antibiotiques](#prop-g11-antibiotic-resistance-mechanisms), c’est l’évolution par sélection naturelle observée en temps réel, avec l’humain pour agent de sélection — et la démonstration la plus claire que le processus n’est pas une théorie sur le passé mais un fait valable pour toute population qui varie et se reproduit.

## 18.5 Exercices

**Exercice 18.1 ★.**

Nommer les deux sources de variation génétique d’une population bactérienne.

**Solution de Exercice 18.1.**

Les [mutations](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/13-mutations-et-variation-genetique#def-g11-mutations-mutation) qui surviennent au cours des divisions du clone, et le [transfert horizontal de gènes](#prop-g11-antibiotic-resistance-variation) — de l’[ADN](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/3-ladn-molecule-genetique-universelle#def-g10-universal-dna-information), le plus souvent un plasmide, reçu d’une autre bactérie.

**Exercice 18.2 ★.**

Qu’est-ce qu’un [antibiotique](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic), et pourquoi nuit-il aux bactéries et non aux [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) du patient ? Pourquoi est-il inutile contre un rhume ?

**Solution de Exercice 18.2.**

Une molécule qui tue les bactéries ou arrête leur croissance en agissant sur une structure que les bactéries possèdent et que les [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) humaines n’ont pas (la paroi, le [ribosome](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-organelle) bactérien, les [enzymes](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/15-les-enzymes-et-le-phenotype#def-g11-enzymes-and-phenotype-enzyme) bactériennes de réplication). Un rhume est viral, et les virus n’ont aucune de ces cibles.

**Exercice 18.3 ★.**

Donner trois mécanismes par lesquels une bactérie peut résister à un [antibiotique](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic).

**Solution de Exercice 18.3.**

Une [enzyme](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/15-les-enzymes-et-le-phenotype#def-g11-enzymes-and-phenotype-enzyme) qui détruit l’[antibiotique](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) ; une cible mutée sur laquelle le médicament ne se fixe plus ; une pompe qui expulse le médicament (ou une paroi qui l’exclut).

**Exercice 18.4 ★.**

Sur la figure de l’antibiogramme, un nouveau disque F donne une zone de $20\,\mathrm{mm}$ pour un seuil de $18\,\mathrm{mm}$. Sensible ou résistante ? Quel [antibiotique](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) prescririez-vous parmi A à F ?

**Solution de Exercice 18.4.**

Sensible (20 au-dessus de 18), mais de justesse. D, dont la marge au-dessus du seuil est la plus large, puis A.

**Exercice 18.5 ★.**

Un [antibiotique](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) cause-t-il les [mutations](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/13-mutations-et-variation-genetique#def-g11-mutations-mutation) de résistance ? Justifier avec l’expérience du [Chapitre 13](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/13-mutations-et-variation-genetique#ch-g11-mutations).

**Solution de Exercice 18.5.**

Non. Sur les répliques sur velours, les colonies résistantes apparaissent aux mêmes positions sur chaque boîte à [antibiotique](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) : les [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) résistantes existaient donc dans les colonies d’origine, qui n’avaient jamais rencontré le médicament. L’[antibiotique](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) révèle et sélectionne ; il n’induit pas.

**Exercice 18.6 ★★.**

En partant d’une bactérie qui se divise toutes les 20 minutes, combien y en a-t-il après 10 heures ? Si la résistance apparaît une fois pour $10^8$ divisions, combien de [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) résistantes la culture contient-elle probablement ?

**Solution de Exercice 18.6.**

30 divisions : $2^{30} \approx 10^9$ [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell). Environ $10^9$ divisions les ont produites : une dizaine de [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) résistantes en moyenne — davantage si la [mutation](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/13-mutations-et-variation-genetique#def-g11-mutations-mutation) est survenue tôt.

**Exercice 18.7 ★★.**

Sur la figure de la sélection, à quel jour les [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) résistantes deviennent-elles majoritaires ? Quelle est la population totale au jour 6 dans le cas en pointillés, et de quoi est-elle faite ?

**Solution de Exercice 18.7.**

Vers le jour 3, quand les [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) sensibles sont tombées à environ 0.2 % et les résistantes montées à environ 1 %. Au jour 6, le total en pointillés est revenu à 100 %, fait presque uniquement de [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) résistantes (les sensibles survivantes du jour 3 ont repoussé aussi, mais à partir d’une base plus petite).

**Exercice 18.8 ★★.**

Expliquer pourquoi un [gène](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/3-ladn-molecule-genetique-universelle#def-g10-universal-dna-gene) de résistance porté par un plasmide se répand plus vite qu’un [gène](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/3-ladn-molecule-genetique-universelle#def-g10-universal-dna-gene) porté par le [chromosome](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/12-le-cycle-cellulaire-et-la-mitose#def-g11-cell-cycle-mitosis-chromosome).

**Solution de Exercice 18.8.**

Un [gène](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/3-ladn-molecule-genetique-universelle#def-g10-universal-dna-gene) chromosomique ne passe qu’aux descendantes du clone ; un plasmide passe aussi horizontalement, à des [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) sans lien de parenté et à d’autres [espèces](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/5-la-biodiversite-a-toutes-les-echelles#def-g10-biodiversity-scales-species), et un seul transfert donne à une [cellule](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) la résistance d’un coup, sans attendre une [mutation](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/13-mutations-et-variation-genetique#def-g11-mutations-mutation).

**Exercice 18.9 ★★.**

Un patient se sent mieux après trois jours d’une cure de sept jours et s’arrête. Expliquer, à l’aide de la figure, ce qui se passe les jours suivants et pourquoi la rechute est plus difficile à traiter.

**Solution de Exercice 18.9.**

Au jour 3, les [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) sensibles sont tombées à une fraction de pour cent tandis que les résistantes montent ; sans le médicament, toutes les survivantes repoussent, et la population qui revient est bien plus riche en [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) résistantes que l’originale. La rechute ne répond plus au même médicament.

**Exercice 18.10 ★★.**

Pourquoi la proportion de souches résistantes est-elle plus élevée à l’hôpital que dans la population générale ?

**Solution de Exercice 18.10.**

Les hôpitaux emploient les [antibiotiques](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) intensivement chez de nombreux patients rassemblés : la sélection est constante et les souches sélectionnées passent d’un patient à l’autre par les mains et les surfaces.

**Exercice 18.11 ★★.**

Expliquer pourquoi une [mutation](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/13-mutations-et-variation-genetique#def-g11-mutations-mutation) qui modifie une [protéine](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/14-du-gene-a-la-proteine#def-g11-gene-expression-protein) ribosomique peut rendre une bactérie résistante à la streptomycine, et pourquoi une telle bactérie pousse souvent un peu plus lentement que ses parentes sensibles.

**Solution de Exercice 18.11.**

La streptomycine agit en se fixant sur une [protéine](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/14-du-gene-a-la-proteine#def-g11-gene-expression-protein) ribosomique ; une [protéine](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/14-du-gene-a-la-proteine#def-g11-gene-expression-protein) changée ne la fixe plus et la [traduction](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/14-du-gene-a-la-proteine#prop-g11-gene-expression-translation) continue. Mais le changement gêne aussi un peu le travail normal du [ribosome](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-organelle), si bien que la synthèse des [protéines](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/1-la-composition-chimique-des-etres-vivants#def-g10-chemistry-of-life-families), et la croissance, sont un peu plus lentes — un coût de la résistance.

**Exercice 18.12 ★★★.**

Deux [antibiotiques](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) de cibles différentes sont donnés ensemble. Estimer la probabilité qu’une [cellule](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) résiste aux deux par des [mutations](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/13-mutations-et-variation-genetique#def-g11-mutations-mutation) indépendantes (une sur $10^8$ chacune), et expliquer pourquoi une bithérapie est utilisée contre les infections lentes et longues comme la tuberculose.

**Solution de Exercice 18.12.**

$10^{-8} \times 10^{-8} = 10^{-16}$ par division : avec $10^{12}$ bactéries, il est peu probable qu’une [cellule](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) porte les deux. Dans la tuberculose, le traitement dure des mois et les bactéries se comptent en milliards, si bien que la résistance à un seul médicament est certaine d’être sélectionnée ; deux médicaments à la fois ne laissent aucune survivante à sélectionner.

**Exercice 18.13 ★★★.**

Un élevage ajoute de faibles doses d’[antibiotique](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) à l’aliment des animaux pour accélérer leur croissance. Prévoir les conséquences pour les bactéries des animaux, pour les employés de l’élevage et pour la médecine humaine, en utilisant la sélection et le transfert horizontal.

**Solution de Exercice 18.13.**

De faibles doses sélectionnent des souches résistantes dans l’intestin des animaux sans tuer la population ; les employés les acquièrent par contact ; des plasmides portent les [gènes](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/3-ladn-molecule-genetique-universelle#def-g10-universal-dna-gene) jusque dans des pathogènes humains et dans l’environnement par le lisier. La résistance au médicament, et à des médicaments humains apparentés, monte en médecine.

**Exercice 18.14 ★★★.**

Un service divise par deux ses prescriptions d’[antibiotiques](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) ; en un an la proportion de souches résistantes baisse. Expliquer pourquoi la résistance peut reculer, en utilisant le coût de la résistance pour la bactérie et la concurrence.

**Solution de Exercice 18.14.**

La résistance coûte souvent quelque chose à la bactérie (un [ribosome](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-organelle) plus lent, une [enzyme](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/15-les-enzymes-et-le-phenotype#def-g11-enzymes-and-phenotype-enzyme) à fabriquer) : sans le médicament, les [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) sensibles croissent un peu plus vite et l’emportent sur les résistantes au fil des générations. La proportion baisse — mais les [gènes](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/3-ladn-molecule-genetique-universelle#def-g10-universal-dna-gene) de résistance restent dans la population à basse fréquence, prêts à être sélectionnés de nouveau.

**Exercice 18.15 ★★★.**

« Les bactéries deviennent résistantes parce qu’elles s’habituent à l’[antibiotique](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic). » Réécrire cette phrase correctement, en un court paragraphe, avec la [mutation](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/13-mutations-et-variation-genetique#def-g11-mutations-mutation), la sélection et l’hérédité.

**Solution de Exercice 18.15.**

Les bactéries ne s’adaptent pas individuellement. Dans toute population nombreuse, quelques [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) portent, par [mutation](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/13-mutations-et-variation-genetique#def-g11-mutations-mutation) aléatoire ou par un plasmide reçu d’une autre [cellule](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell), un [allèle](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/3-ladn-molecule-genetique-universelle#def-g10-universal-dna-gene) qui les rend résistantes. L’[antibiotique](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) tue les autres ; les [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) résistantes se multiplient et transmettent l’[allèle](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/3-ladn-molecule-genetique-universelle#def-g10-universal-dna-gene) à leurs descendantes. La population devient résistante parce qu’elle a été triée, non parce que ses membres ont appris quoi que ce soit.

## 18.6 Problème : le service

**Problème 18.1.**

Problème du week-end — une épidémie dans un service hospitalier suivie depuis une seule cellule mutante : l’arithmétique d’une colonie, un antibiogramme lu, une cure interrompue, et la politique qui arrête la propagation

La plaie d’un patient est infectée par $10^{10}$ bactéries d’une même [espèce](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/5-la-biodiversite-a-toutes-les-echelles#def-g10-biodiversity-scales-species). Les bactéries se divisent toutes les 30 minutes ; une [mutation](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/13-mutations-et-variation-genetique#def-g11-mutations-mutation) donnant la résistance à l’[antibiotique](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) amoxicilline survient une fois pour $10^8$ divisions. L’[antibiotique](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) tue 90 % des [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) sensibles toutes les 6 heures et n’a aucun effet sur les [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) résistantes, qui continuent de se diviser.

**Partie I — Avant le traitement.**

1. Combien de divisions ont produit les $10^{10}$ bactéries à partir de la première [cellule](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) ? (Compter le nombre de [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) .)
2. Estimer le nombre de [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) résistantes présentes avant tout [antibiotique](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) .
3. Expliquer pourquoi l’infection du patient est néanmoins qualifiée de « sensible » sur l’antibiogramme.
4. L’antibiogramme montre des zones de $24\,\mathrm{mm}$ pour l’amoxicilline (seuil 17), $12\,\mathrm{mm}$ pour l’érythromycine (seuil 20) et aucune pour la pénicilline. Interpréter les trois résultats.
5. Le médecin prescrit de l’amoxicilline pour 7 jours. Pourquoi pas de la pénicilline, et pourquoi pas le médicament à la plus grande zone si l’une avait été plus grande ?

**Partie II — Pendant le traitement.**

6. Combien de [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) sensibles reste-t-il après 1 jour ? Après 3 jours ?
7. En partant de votre réponse à la question 2, combien y a-t-il de [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) résistantes après 1 jour si elles doublent toutes les 30 minutes sans limite ? (Utiliser $2^{48} \approx 2.8 \times 10^{14}$ .) Pourquoi ce chiffre est-il irréaliste, et qu’est-ce qui le limite ?
8. Supposons que le clone résistant soit limité à la place que libèrent les [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) sensibles, de sorte qu’il ne puisse pas dépasser $10^{10}$ . Vers quand remplit-il cette place ?
9. Esquisser, ou décrire, les courbes des [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) sensibles, résistantes et totales sur les 7 jours.
10. En réalité, le système immunitaire du patient élimine en quelques jours les derniers millions de [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) , quelles qu’elles soient. Expliquer pourquoi l’issue dépend de ce que le clone résistant croisse plus vite ou moins vite que le système immunitaire ne l’élimine.

**Partie III — La cure interrompue.**

11. Le patient s’arrête au bout de 2 jours, se sentant bien. Combien de [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) sensibles reste-t-il, et quelle fraction de la population survivante est résistante ?
12. Les bactéries repoussent jusqu’à $10^{10}$ les jours suivants. Quelle proportion est désormais résistante, si les [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) résistantes et sensibles croissent au même rythme ?
13. Le patient rechute et reçoit de nouveau de l’amoxicilline. Prévoir le résultat.
14. Un antibiogramme de la rechute ne montre aucune zone pour l’amoxicilline. Expliquer le changement par rapport au premier antibiogramme.
15. Le [gène](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/3-ladn-molecule-genetique-universelle#def-g10-universal-dna-gene) de résistance est sur un plasmide. Quel risque supplémentaire cela ajoute-t-il pour le service ?

**Partie IV — La politique du service.** Le service traite 400 patients par an à l’amoxicilline ; 30 % des infections isolées dans le service sont désormais résistantes, contre 5 % en ville.

16. Expliquer la différence entre le service et la ville en termes de pression de sélection.
17. Le service décide : antibiogramme avant toute prescription, cures menées à leur terme, hygiène des mains et isolement des [porteurs](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/16-variation-genetique-et-maladies#def-g11-genes-and-disease-genetic) de souches résistantes. Dire sur quel mécanisme du chapitre chaque mesure agit.
18. Au bout de deux ans, la résistance dans le service est de 12 %. Expliquer pourquoi elle a baissé, et pourquoi elle n’est pas revenue à 5 %.
19. Pourquoi un nouvel [antibiotique](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) introduit dans le service ne résoudrait-il pas le problème plus de quelques années ?
20. Énoncer le résultat : le nombre de [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) résistantes que la plaie contenait avant tout médicament, le jour où elles en ont hérité, et l’unique habitude du patient qui a changé une infection curable en une épidémie.

**Solution de Problème 18.1.**

**1.** Environ $10^{10}$ divisions (une par [cellule](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) produite).

**2.** $10^{10} \times 10^{-8} = 100$ [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) résistantes, en moyenne.

**3.** Cent [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) sur dix milliards sont invisibles sur une boîte : le tapis se comporte comme sensible parce que 99.999999 % de lui l’est.

**4.** Amoxicilline : sensible (24 au-dessus de 17). Érythromycine : résistante (12 en dessous de 20). Pénicilline : pleinement résistante, aucune inhibition.

**5.** La pénicilline est sans effet sur cette souche. Le choix parmi les médicaments efficaces pèse aussi les effets secondaires et le spectre ; on préfère le médicament efficace au spectre le plus étroit, pour épargner les autres bactéries du patient.

**6.** Quatre périodes de 6 heures par jour : $10^{10} \times 0.1^4 =
10^6$ après 1 jour ; $10^{10} \times 0.1^{12} = 0.01$ après 3 jours — autant dire aucune.

**7.** $100 \times 2^{48} \approx 2.8 \times 10^{16}$ : absurde, bien plus que ce que la plaie pourrait contenir. La croissance est limitée par la place, les nutriments et le système immunitaire.

**8.** Passer de 100 [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) à $10^{10}$ demande $\log_2 10^8 \approx 27$ doublements, soit environ 13 heures ; en pratique la place se libère au cours du premier jour, si bien que du jour 1 au jour 2 le clone résistant a remplacé la population sensible.

**9.** Sensibles : en baisse d’un facteur 10 toutes les 6 heures jusqu’à disparaître au jour 3. Résistantes : montant de 100 à remplir la place en un jour ou deux, puis stables à $10^{10}$. Total : un creux pendant le jour 1, puis retour à $10^{10}$, désormais toutes résistantes.

**10.** Si le système immunitaire élimine les [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) plus vite que la centaine de résistantes ne peut se multiplier, l’infection s’achève malgré elles ; si le clone dépasse l’élimination, l’infection devient résistante. Les [antibiotiques](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) travaillent avec le système immunitaire, non à sa place.

**11.** Sensibles après 2 jours : $10^{10} \times 0.1^8 = 100$. Résistantes : environ $10^{10}$ si le clone a rempli la place, ou au moins plusieurs milliers : les survivantes sont presque toutes résistantes.

**12.** Croître au même rythme conserve la proportion : la population est pour ainsi dire résistante à 100 %.

**13.** Aucun effet : le clone résistant ignore l’amoxicilline.

**14.** La première boîte portait la population d’origine, sensible à 99.999999 % ; la boîte de la rechute porte le clone sélectionné, entièrement résistant, si bien que le tapis pousse jusqu’au disque.

**15.** Le [gène](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/3-ladn-molecule-genetique-universelle#def-g10-universal-dna-gene) peut passer à d’autres [espèces](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/5-la-biodiversite-a-toutes-les-echelles#def-g10-biodiversity-scales-species) portées par d’autres patients ou par le personnel, si bien que les autres pathogènes du service peuvent devenir résistants sans attendre leur propre [mutation](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/13-mutations-et-variation-genetique#def-g11-mutations-mutation).

**16.** Dans le service, 400 cures par an dans une petite population fermée trient continuellement les bactéries, et les souches sélectionnées passent d’un patient à l’autre ; en ville, la sélection est diluée entre de nombreuses personnes et de nombreuses [espèces](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/5-la-biodiversite-a-toutes-les-echelles#def-g10-biodiversity-scales-species).

**17.** L’antibiogramme : choisir un médicament auquel la souche ne résiste pas, de sorte qu’aucun clone ne soit sélectionné. Les cures complètes : aucune cure interrompue ne laisse repousser les survivantes résistantes. L’hygiène : aucune transmission du clone sélectionné d’un patient à l’autre. L’isolement : aucune propagation horizontale ni verticale à partir des [porteurs](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/16-variation-genetique-et-maladies#def-g11-genes-and-disease-genetic).

**18.** Une sélection moindre a laissé les souches sensibles, qui croissent un peu plus vite, regagner du terrain, et la transmission des résistantes a été coupée. Elle n’est pas revenue à 5 % parce que les souches résistantes et leurs plasmides persistent à basse fréquence et sont resélectionnés par chaque cure restante.

**19.** Toute population bactérienne nombreuse contient des [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) résistantes au nouveau médicament par [mutation](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/13-mutations-et-variation-genetique#def-g11-mutations-mutation) fortuite ; l’utiliser les sélectionne, et en quelques années la souche résistante est courante, comme pour tous les [antibiotiques](#def-g11-antibiotic-resistance-antibiotic) introduits jusqu’ici.

**20.** Environ une centaine de [cellules](https://one-course.com/books/biology/2/fr/chapter/2-la-cellule-unite-commune-du-vivant#def-g10-cells-common-unit-cell) résistantes sur dix milliards avant tout médicament ; le deuxième jour du traitement, elles ont hérité de la plaie ; arrêter la cure trop tôt a changé l’infection curable en une infection résistante qui s’est répandue.