Mai 2002
Intérêt pédagogique


L’intérêt scientifique de S. pombe résulte de la conjonction de facteurs favorables : unicellulaire eucaryote sans danger et facile à cultiver, cycle haploïde, nombreuses mutations notamment thermosensibles, relations morphologie-cycle cellulaire, petit génome comportant seulement 3 chromosomes, etc. Ces caractéristiques en font également un outil pédagogique particulièrement utile à l’instar de S. cerevisiae dont l’intérêt n’a plus besoin d’être souligné. Les caractéristiques exceptionnelles des levures en font des organismes modèles parmi les plus utilisés par les chercheurs et parmi les mieux connus puisque le génome de la levure bourgeonnante S. cerevisiae, comme celui de la levure fissipare, S. pombe ont été séquencés entièrement. Cette dernière constitue un des organismes modèles de choix pour comprendre les mécanismes du cycle cellulaire et la facilité de sa culture et de son observation microscopique en font aussi un modèle pédagogique du plus grand intérêt. Des activités scientifiques diverses mais complémentaires peuvent être mises en œuvre à partir de ce modèle, de la seconde à la terminale, pour résoudre divers problèmes  aux différents niveaux d'enseignement. 


  • Des usages généraux
S. pombe est aussi facile à utiliser que S. cerevisiae pour ce qui concerne les problèmes généraux de biologie cellulaire, d’enzymes, de croissance et de métabolisme. Elle se cultive aisément sur un milieu à base d’extrait de levure et de glucose et ses cellules, plus grandes que celles de la levure de bière, s’observent aisément au microscope optique sans aucune coloration ou avec les colorations courantes utilisées pour les levures. 
Consulter le manuel de laboratoire pour l'utilisation de S. pombe (en Anglais) sur le site de l'Université d'Amsterdam. 

  • En seconde
Comme S. cerevisiae, S. pombe se multiplie rapidement en fermentant ou en respirant dans un milieu nutritif liquide ou solide. En seconde, on peut ainsi l’utiliser dans le chapitre « Cellule, ADN et unité du vivant » pour caractériser deux métabolismes hétérotrophes différents et étudier l’unité élémentaire du vivant, la cellule. Pour tous ces types d’utilisation pédagogique, on peut se référer à mon ouvrage, Travaux pratiques de biologie des levures (Ellipses). Les mutants du cycle cellulaire peuvent être utilisés notamment pour illustrer la notion du programme intitulée : « Les activités fondamentales des cellules telles que le métabolisme et la division sont sous le contrôle d’un programme génétique ». 
Un exemple de démarche en seconde concernant le contrôle génétique des activités cellulaires est proposé en outre sur le site Biotic de l’INRP à l’adresse :
http://www.inrp.fr/Acces/biotic/genetic/cdc2/html/demarche.htm 


  • En première S
S. pombe constitue surtout un organisme modèle particulièrement pratique pour résoudre les problèmes relatifs au cycle cellulaire dont les mécanismes de contrôle semblent universels. Cet intérêt a été notamment souligné par le prix Nobel de médecine et physiologie 2001.
Le gène cdc2 (cdk1) de S. pombe peut servir de support concret en première S lors de l’étude des relations génotype-phénotype. En partant de cultures de diverses souches, notamment cdc2+, cdc2-33 et cdc2-3w dont les phénotypes cellulaires sont présentés à la page des données cellulaires, les différents phénotypes identifiables au microscope concrétisent les relations génotype-phénotype. En outre, l’utilisation de mutants thermosensibles montre que l’expression de certains gènes dépend de l’environnement (ici la température). 
On peut aller plus loin : un logiciel de traitement de séquences de macromolécules permet d’identifier et de caractériser diverses mutations du gène cdc2. Si l’on dispose du logiciel Anagène, très répandu dans les lycées, on peut obtenir les séquences de six allèles du gène cdc2 de la levure sur le site Biotic de l’INRP à l’adresse suivante :
http://www.inrp.fr/Acces/biotic/genetic/cdc2/html/telechar.htm
La comparaison des allèles et leur traduction en protéines permet de formuler des hypothèses quant à l’effet des diverses mutations sur la protéine correspondante compte tenu de l'effet sur la division, reculée ou avancée.
On a réuni dans un même diagramme ci-dessous les mutations ponctuelles de l'allèle cdc2 identifiées par le logiciel Anagène dans les séquences proposées par l'INRP.


Comparaison de la séquence de six allèles cdc2 avec Anagène
(WT : wild type, sauvage ; DP : division prématurée [phénotype wee], TS : thermosensibles)
Les tirés indiquent une identité par rapport à l'allèle de référence.

Il est possible d’aller encore plus loin dans la compréhension des mécanismes moléculaires avec l’étude des relations structure-fonction menée avec un logiciel de modélisation 3D comme un exemple en a été donné ci-dessus
Le modèle tridimensionnel présenté a été réalisé avec le logiciel Rasmol à partir des coordonnées fournies par la Protein Data Bank pour une protéine cdk humaine dont la structure tridimensionnelle est similaire à celle codée par le gène cdc2 de S. pombe
Le logiciel Rasmol, ainsi que l’utilitaire Chime pour le Web, sont librement téléchargeables sur le site Biogeo de l’INRP à l’adresse suivante :
http://www.inrp.fr/Acces/Biogeo/model3d/visu3d.htm 



 
  • En terminale S
Communs à tous les êtres vivants où on les a recherchés, les gènes cdk peuvent donc aussi servir à concrétiser la notion d’unité du vivant et de parenté évolutive en terminale S. La comparaison avec un logiciel de traitement de séquences de différents gènes cdk provenant d’espèces différentes montre leur caractère hautement conservé chez des espèces aussi éloignées que la levure, la drosophile et l’homme. Certaines séquences de la protéine cdk essentielles à ses fonctions, telle l’hélice PSTAIRE sont même totalement identiques dans toutes les espèces étudiées malgré des centaines de millions d’années d’évolution séparée. Une matrice des distances évolutives peut être construite à partir des résultats de comparaisons. 
Les séquences, préparées pour le logiciel Anagène, sont proposées en même temps que celles des allèles cdc2 sur le site Biotic
En terminale, l’étude des modèles 3D peut aussi servir à rafraîchir les connaissances sur les relations structure-fonction des protéines.

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Didier Pol © 2002
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