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Revision as of 08:56, 16 October 2017
Nous avons choisis de placer ce jeu sous la protection d'une licence Creative Commons afin de pouvoir le diffuser en toute liberté et d'en faire un outils pédagogique ouvert à tous les curieux.
MicroBioWorld est un jeu de cartes consacré à la microbiologie. Ce jeu, basé sur les connaissances scientifiques actuelles, vous propose un voyage dans le monde des microorganismes afin de mieux appréhender leur existence, leur diversité et leur manipulation.
MicroBioWorld a été conçu par des étudiants dans le cadre de la compétition iGEM (= international Genetically Engineered Machine) et s’adresse à tous, à partir de 10 ans, en famille ou entre amis.
Chaque joueur incarne une colonie bactérienne (ensemble de bactéries issues d’une même bactérie mère). Pour gagner, soyez le premier à constituer une colonie de 10 log, soit dix milliards de bactéries! Pour cela, vous utiliserez les avantages conférés par votre type de bactérie et les améliorations que vous lui aurez apportées!
Chaque joueur reçoit d’abord une carte “bactérie”. Tous les joueurs placent leur carte bactérie face visible devant eux.
Les cartes “milieux” permettent de mimer un environnement dans lequel les différentes colonies vont évoluer pendant la partie (voir plus d’explications dans le paragraphe “milieux”). La partie commence en milieu “LB”. Mélangez toutes les autres cartes “milieux” et posez-les face cachée sur la table.
Mélangez ensuite les cartes “pioche”. A partir de cette pioche, distribuez une main de 3 cartes à chaque joueur (ne pas prendre en compte l’effet “cette carte doit être posée immédiatement”).
Chaque joueur commence à 5 log de bactéries, indiquez votre progression sur la carte grâce à un petit pointeur comme une pointe de stylo ou un morceau de papier triangulaire.
A votre tour, vous pouvez d’abord jouer une carte de votre main. Effectuez ensuite une action parmi les trois proposées :
une colonie bactérienne se développe en utilisant les ressources du milieu (carbone, azote, fer, etc). Au sein d’une colonie, les bactéries se multiplient en créant un double d’elles-même : on dit qu’elles se divisent. Ainsi, à chaque division, le nombre de bactéries est multiplié par 2 dans la colonie. Dans le jeu, les “log” sont utilisées pour décrire la quantité de bactéries, qui peut atteindre des milliards d’individus. Par exemple, dans le gros intestin, lieu de résidence de multiples bactéries, il y a environ 14 log de bactéries, soit cent mille milliards de bactéries !
Certaines bactéries disposent de tout un arsenal pour limiter la croissance de leurs compétiteurs (par exemple en piégeant certaines ressources essentielles comme le fer), voire de les éliminer! ( par exemple en utilisant des toxines). Attention, si dans le jeu toutes les bactéries sont capables de s’attaquer entre elles, il en va autrement dans la nature car elles n’ont pas toutes le même environnement, et ne sont donc que rarement en compétition.
Les bactéries sont des organismes microscopiques (entre 0.2 et 2 µm) et ne sont composés que d’une simple cellule. Actuellement, on estime qu’il existe des milliards “d’espèces” bactériennes, occupant la quasi-totalité des environnements (des zones glacées aux déserts chauds, du système digestif humain au confin des abysses marins…).
Effet : Sporulation
Une fois par partie, lorsque votre colonie subit des dégâts, Bacillus subtilis peut entrer en sporulation. Vous ne subissez aucun dégât ce tour-ci.
Catégories: type bacille, Gram positif, non-pathogène, prototrophe.
La sporulation est une propriété permettant à certains organismes de survivre à différents stress. Pour cela, la bactérie se met dans un état végétatif appelé dormance, et s’entoure d’une paroi spéciale qui lui permet de résister aux agressions extérieures. Quand les conditions s’améliorent, la spore peut “germer” et la bactérie reprendre sa croissance. On a ainsi pu faire germer des spores isolées sur des momies égyptiennes !
Effet : Polyextrêmophile
La croissance de Deinococcus radiodurans n’est pas affectée par la température et les UV.
Catégories: type coque, Gram positif, non-pathogène, auxotrophe
Deinococcus radiodurans est une bactérie polyextrêmophile capable de se diviser même à des températures extrêmes . Elle suscite un grand intérêt dans la communauté scientifique en raison de son impressionnante capacité de survie. Possédant plusieurs copies de son ADN, cette bactérie est beaucoup moins sensibles aux mutations causées par l’environnement.
Effet : Microbiote
Une fois dans la partie, vous pouvez choisir un joueur : vous faites alors partie du même microbiote. Vous ne pouvez plus attaquer ou être attaqué par ce joueur jusqu’à la fin de la partie. Arrivez le premier à 10 log pour battre votre microbiote.
Catégories : type bacille, Gram négatif, non-pathogène, prototrophe
Escherichia coli est naturellement présente dans le système digestif de l’homme. C’est même le premier microorganisme à coloniser cet environnement à la naissance du bébé. De part sa grande souplesse d’utilisation, c’est le modèle bactérien le plus étudié en laboratoire et elle est aussi très utilisée dans les bioindustries pour produire différents composés organiques.
Effet : Multirésistance
Staphylococcus aureus MRSA est résistante au chloramphénicol et à l’ampicilline.
Catégories : type coque, Gram positif, pathogène, auxotrophe
Son nom commun est staphylocoque dorée en raison des pigments qu’elle produit qui confèrent une couleur dorée à ses colonies. Chez l’homme, elle est naturellement présente sur la peau. Cette bactérie est surtout célèbre pour son caractère pathogène quand elle a l'opportunité d'infecter son hôte, à la suite d’une coupure par exemple. Le variant MRSA (Multi Resistant Staphylococcus Aureus) est plus tristement célèbre en raison de sa capacité à résister à la plupart des antibiotiques. Dans les hôpitaux, elle provoque des maladies nosocomiales.
Effet : Compétence
Une fois dans la partie, lorsque vous attaquez une autre colonie ou qu’une autre colonie vous attaque, vous pouvez lui voler une carte plasmide. Mettez ce plasmide dans votre main, vous pouvez alors avoir jusqu’à 4 cartes en main.
Catégories : type coque, Gram négatif, pathogène, prototrophe.
Cette bactérie est un pathogène de l’homme retrouvé dans différentes infections (pneumonie, otites, méningite…). Le mécanisme de compétence de Streptococcus pneumoniae lui permet d’acquérir naturellement des plasmides d’autres microorganismes (voir plus d’explications dans le paragraphe “Plasmides”).
Effet : Toxine cholérique
Si la colonie attaquée possède au moins 7 log, Vibrio cholerae peut lancer une division en plus de son attaque.
Catégories : type bacille, Gram négatif, pathogène, auxotrophe.
Vibrio cholerae est une bactérie qui vit dans les eaux stagnantes, elle est responsable du choléra. Lorsqu’elle est ingérée par l’homme, elle perturbe le système digestif et provoque des diarrhées, elle rejoint alors d’autres cours d’eau, ce qui lui permet de coloniser de nouveaux environnements. Elle possède aussi un système de perforation qui lui permet d’attaquer d’autres bactéries pour exploiter leurs ressources.
Les cartes milieux permettent de mimer un environnement dans lequel les différentes colonies vont évoluer pendant la partie. La carte “repiquage” permet de changer le milieu de culture : lorsqu’elle est jouée, retournez la première carte de la pile milieux, elle devient le nouveau milieu commun.
en laboratoire, les microorganismes sont cultivés sur des supports (appelés milieux) qui fournissent les nutriments nécessaires à leur croissance. Le milieu gélifié est conditionné dans une boîte de Petri, une petite boîte en plastique transparent. Un milieu additionné d’un antibiotique est dit sélectif : seules les bactéries résistantes à cet antibiotique pourront se développer. Certains milieux sont dits différentiels : ils permettent de colorer les bactéries en fonction de leurs propriétés.
Effet : les bactéries se divisent et attaquent normalement. C’est le milieu de culture de départ.
Il est composé d’extrait de levure, de peptone (mélange de petites molécules protéiques qui fournit notamment la matière azotée), de sel et d’eau.
Effet : au début de votre tour, vous perdez 1 log avant de pouvoir effectuer toute action.
Des mutations se produisent naturellement dans le génome mais elles sont très ponctuelles. Le rayonnement Ultra-Violet est un agent mutagène : il favorise l'apparition d’un grand nombre de mutations qui altèrent l’information de l’ADN. S’il y a trop de mutations, la bactérie n’est plus capable de maintenir toutes ses fonctions vitales.
Effet : les bactéries non thermophiles ne peuvent plus se diviser.
Les microorganismes thermophiles sont adaptés pour vivre dans des milieux à très haute température comme les volcans ou les sources chaudes. Une température élevée augmente la fluidité de la membrane et inactive de nombreuses molécules chez les microorganismes. Les thermophiles utilisent des acides gras différents pour maintenir l’intégrité de leur membrane. Ils présentent aussi des protéines thermorésistantes : elles ont une structure plus compacte et sont plus stables.
Effet : toutes les bactéries non résistantes à l’ampicilline perdent 3 log.
L'ampicilline est un antibiotique de type bactéricide : il tue les bactéries. Il fait partie de la famille de la pénicilline. Cet antibiotique empêche la production du peptidoglycane, un constituant de la paroi des bactéries. Pour ce faire, il se fixe sur des enzymes qui participent à la formation de liaisons entre les molécules du peptidoglycane.
Effet : toutes les bactéries non résistantes au chloramphénicol ne peuvent plus se diviser.
Le chloramphénicol est un antibiotique de type bactériostatique : il empêche la division des bactéries. Il bloque la production des protéines utilisées pour la division.
Effet : Un champignon s’est développé sur le milieu, il a une colonie de (nombre joueur +1) log. Il se divise à chaque tour de table. Les joueurs peuvent attaquer le champignon pendant leur phase d’attaque. S’il meurt, le milieu redevient un LB standard. S’il atteint 10 log, il gagne la partie ! On ne peut plus changer le milieu de culture, les repiquages permettent de remettre le champignon à n joueur +1 log.
Les microorganismes sont présents partout. Le travail du microbiologiste s’effectue en condition stérile pour éviter les contaminations non désirées. Il arrive quand même que des contaminants se développent sur les boîtes de Pétri. Ces contaminants peuvent alors envahir le milieu.
Effet : seules les bactéries à Gram positif peuvent se diviser.
Le milieu Chapman est un milieu enrichi en sels utilisé pour l'isolement des bactéries à Gram positif. Outre le fait que seules les bactéries à Gram positif s’y développent, il permet aussi de révéler la présence de colonies par un marquage coloré. Le critère de différenciation est la fermentation du mannitol (un édulcorant naturel qui est utilisé comme substrat nutritif) qui acidifie le milieu. L’acidification est révélée grâce à un indicateur qui change de couleur (le rouge de phénol).
Effet : seules les bactéries à Gram négatif peuvent se diviser.
Le milieu McConkey est un milieu pour l'isolement des Gram négatifs. Il contient des agents (cristal violet et sels biliaires) qui freinent le développement des bactéries à Gram positif. La fermentation du lactose par ces bactéries permet d’acidifier le milieu. L’acidification est révélée grâce à un indicateur coloré (le rouge de phénol) qui permet alors de faciliter de détecter les colonies.
Effet : les bactéries auxotrophes (qui ne peuvent pas se nourrir sur un environnement pauvre en nutriments) ne se développent plus.
Les bactéries auxotrophes ont besoin que leur environnement contienne tous les éléments nutritifs pour se développer car elles ne sont pas capables de synthétiser toutes les molécules qui lui permettent de se développer. Il peut s’agir par exemple de la synthèse d’un acide aminé ou d’un lipide essentiel. Il faut alors ajouter dans le milieu la molécule nécessaire à la croissance.
Règles : vous pouvez attacher un plasmide à votre colonie, il reste attaché durant toute la partie (sauf effet spécial). Les cartes plasmides procurent des avantages aux colonies qui les contrôlent (en attaque, en défense ou en division). Il y a 3 familles de plasmides (rouge, bleu, vert). Vous ne pouvez pas équiper deux plasmides de la même famille dans votre colonie. Si elle possède un plasmide et que vous voulez l’équiper avec un autre plasmide de la même famille, tirez au sort celui que vous gardez, et défaussez l’autre plasmide.
Les plasmides sont de petites molécules d'ADN de forme circulaire. Comme l’ADN chromosomique, ils possèdent des gènes, qui donnent à la bactérie possédant ce plasmide de nouvelles capacités. Les plasmides sont capables de se répliquer dans les bactéries, c’est-à-dire de provoquer la synthèse d’un autre plasmide similaire grâce aux protéines présentes à l’intérieur de la bactérie. La réplication des plasmides est possible grâce à une séquence d’ADN particulière appelée ORI (pour origine de réplication) sur laquelle les protéines de la bactéries se fixent pour commencer la réplication du plasmide. Il existe plusieurs familles d’ORI et les plasmides ayant le même ORI (donc de la même famille) ne peuvent pas coexister dans une bactérie, l’un d’eux sera aléatoirement perdu. On appelle ce phénomène l’incompatibilité plasmidique.
Effet : lorsque vous attaquez une colonie, elle ne peut pas se diviser au prochain tour.
Le cytosquelette est un ensemble de filaments qui permet à la bactérie de maintenir sa taille, ses propriétés mécaniques et son organisation interne. Il participe activement à la division. La toxine YeeV inhibe l’enzyme qui assemble les filaments du cytosquelette, ce qui empêche la division. Chez les organismes eucaryotes comme l’homme, un toxine similaire, la phalloïdine paralyse la formation du cytosquelette. Cette toxine provient du champignon Amanite phalloïde.
Effet : Vous perdez seulement 1 log lorsque vous subissez de dégâts.
Les microorganismes sont capables de se développer en formant des amas compacts et structurés qu’on appelle les biofilms. Ce mode de vie permet aux bactéries qui le composent de réagir aux stress externes (attaque physique, acidité, toxine, antibiotique...) comme un tissu uniforme en mettant en place un système complexe de communication interne. C’est une défense très efficace pour se protéger d’un environnement hostile.
Effet : Lors d’une attaque, vous pouvez voler une carte plasmide à votre adversaire (une fois dans la partie). Mettez-la dans votre main, vous pouvez alors avoir jusqu’à 4 cartes en mains.
La conjugaison est un mécanisme qui permet aux bactéries de se transférer des plasmides. Une bactérie donneuse possède un plasmide, et une bactérie réceptrice capable d’initier la conjugaison recevra le plasmide de la donneuse. Dans le jeu, le fait de pouvoir initier une conjugaison est représenté par la carte “plasmide conjugaison”.
Effet : Choisissez une colonie avec laquelle vous serez en symbiose. A chaque fois que vous ou votre symbiote se divise, l’autre se divise aussi. Vous n'êtes pas alliés pour autant! Cet effet ne prend pas en compte les boost de division (fructose, xylose, glucose ou effet de colonie). Si le milieu de culture empêche votre symbiote de se diviser et que vous lancez une division, il avance quand même d’un log (et inversement).
Au cours du temps, les organismes vivants ont mis en place différentes stratégies pour mieux s’adapter à des conditions de vie particulières. Certains organismes ont ainsi développé des associations symbiotiques dans lesquelles chacun des organismes impliqués procure un avantage à l’autre.
Effet : Vous ne pouvez pas subir deux attaques consécutives.
Pour une colonie bactérienne, il est indispensable de détecter et de se faire détecter par les autre bactéries qui partagent le même environnement. Pour cela, elles produisent des molécules de reconnaissance qui sont captées par les autres bactéries. Ainsi, en fonction des molécules qu’elle capte, une colonie “sait” quelles sont les autres bactéries qui l’entourent. Ce phénomène, appelé le quorum sensing, permet aux bactéries d’activer différents mécanismes pour déstabiliser les bactéries compétitrices ou mieux se défendre contre elles.
Effet : Vous infligez deux fois plus de dégâts à chaque attaque.
Certaines bactéries possèdent des systèmes qui leur permettent de transporter des molécules de l’intérieur de la bactérie vers le milieu extérieur ou même directement à l’intérieur de bactéries compétitrices. Le système de sécrétion de type VI (SST6) est l’un de ces systèmes. Aussi surnommé “arbalète moléculaire”, il est capable d’injecter des molécules toxiques directement dans la bactérie cible!
Effet : votre colonie n’est plus affectée par les effets de l’ampicilline.
Ce plasmide contient un gène de résistance à l’ampicilline qui permet de produire une enzyme (la β-lactamase) capable de couper les molécules d’ampicilline, leur faisant perdre l’effet antibiotique.
Effet : votre colonie n’est plus affectée par les effets du chloramphénicol.
Ce plasmide contient un gène de résistance au chloramphénicol. Le gène de résistance caf permet de produire une enzyme, (l’acetyltransférase) capable d’ajouter des groupements chimiques sur les molécules de chloramphénicol. Ces modifications inactivent l’antibiotique.
Effet : vous pouvez piocher une carte de plus après votre phase d’attaque.
Quand une colonie bactérienne est en contact avec d’autres bactéries, elle doit constamment élaborer de nouvelles stratégies pour contourner les attaques ou la pression exercée par ces compétitrices. Dans un tel contexte, les bactéries qui s’adaptent vite aux stratégies adverses sont avantagées. L’adaptation se manifeste par le gain d’une nouvelle fonction / d’un nouveau gène (dans le jeu cela se traduit par l’action de piocher une carte).
Effet : lors de votre phase d’attaque, votre colonie produit des peptides antimicrobiens (AMP). Vous pouvez envoyer ces AMP à une autre colonie cible, elle perd 1 log.
Ce plasmide contient des peptides antimicrobiens capable de former des pores dans la membrane des bactéries. Le cytoplasme (l’intérieur de la bactérie) se déverse alors à l’extérieur de la bactérie et celle-ci meurt. Ces peptides antimicrobiens sont souvent produit par d’autres organismes pour lutter contre des infections de bactéries pathogènes.
Effets :
En biologie synthétique, “chiadé” désigne un système génétique complexe hautement régulé qui confère aux bactéries des caractéristiques badass. La biologie synthétique permet de créer de nouvelles fonctions dans le vivant ou de transposer certaines fonctions d’un organisme à l’autre. Cette discipline répond à un cahier des charges précis et réglementé, par exemple pour prévenir la dissémination des microorganismes créés en laboratoire.
Effet : Le milieu de culture change ! Retournez la première carte de la pile de milieux, elle devient le milieu de culture pour toutes les bactéries en jeu. Cette carte doit être jouée au tour du joueur.
En laboratoire le repiquage consiste à prendre les bactéries présentes sur un milieu et à les déposer sur un nouveau milieu.
Effet : à partir du moment où cette carte est jouée, les joueurs s'affrontent par équipe (équipe “bacilles” contre équipe “coques”). Cette carte dure jusqu’à l’extermination d’une des deux équipes.
Bacille et coque représentent des morphotypes de bactéries. Un bacille est une bactérie de forme allongée dite « en bâtonnet », et la forme cocci ou coque est ronde. Cette carte est avant tout destinée à illustrer la variabilité de forme des bactéries! Dans la nature, les bactéries n’ont pas d’affinité selon leur morphotype.
Effet : Chaque colonie pathogène de l'homme perd 2 log. Défaussez ensuite cette carte.
Les agents antiseptiques et les antibiotiques sont utilisés pour protéger l’organisme en cas de blessure ou d’infection. Ils permettent de réduire les risques de prolifération de bactéries. Cependant, l'arrêt du traitement peut permettre à la bactérie de réinfecter un patient, notamment quand son système immunitaire est affaibli.
Effet : lors de votre prochaine division, votre colonie gagne 1 log de bactéries supplémentaires (+ 2 log). Défaussez la carte après la division.
Le fructose, le galactose et le xylose fournissent une source supplémentaire de carbone pour la colonie et améliorent ainsi sa croissance. Ce sont sont des sucres très courants dans la nature.
Effet : jouez le transposon sur le plasmide d’un de vos adversaires, il est immédiatement défaussé.
Tout comme les plasmides, les transposons sont des éléments génétiques mobiles. Ils peuvent s’exciser et se réintégrer ailleurs dans le génome bactérien (sur l’ADN chromosomique ou sur un plasmide). Leur intégration peut créer des mutations (qui peuvent conduire à un malfonctionnement du gène). Ils sont présents chez tous les organismes vivants et sont considérés comme des puissants vecteurs d’évolution des espèces.
Effet : Choisissez le côté par lequel se propagent les phages. L’attaque de phages vous fait perdre 1 log, 2 log à votre voisin, et 3 log à son voisin. Défaussez ensuite cette carte.
Les phages sont des virus qui ciblent les bactéries. Ils sont composés d’une structure protéique qui contient leur ADN et leur permet de se fixer sur leur bactérie cible. Leur ADN est ensuite injecté dans la bactérie cible où ils vont se répliquer et engendrer la production de nouveaux phages. Ceci peut entraîner la lyse (mort) de la bactérie qui libère les phages dans le milieu où ils peuvent alors infecter de nouvelles bactéries.
Effet : Chaque colonie pathogène de l'homme gagne 2 log.
Défaussez ensuite cette carte.
Les bactéries pathogènes sont souvent des commensales, c’est à dire qu’elles sont présentes dans leur hôte sans pour autant que celui-ci ne présente de symptôme. Un équilibre s'installe entre la bactérie et le système immunitaire de l'hôte. Un affaiblissement du système immunitaire de cet hôte peut déclencher la multiplication du pathogène et l’installation de la pathologie.
iGEM UPS-INSA Toulouse 2017
Règles de base
Contexte
But du jeu
Déroulement d'un tour
Préparation :
Tours :
Cartes Bactéries
Les bactéries ont des propriétés, des formes et des comportements très divers. Certaines sont de forme allongée (bacilles), d’autres rondes (coques).
Les bactéries prototrophes sont capables de se nourrir dans n’importe quel environnement, alors que les auxotrophes ont besoin que leur environnement contienne tous les éléments nutritifs pour se développer.
Certaines sont capables de provoquer des maladies chez l’homme, ce sont les pathogènes.
La communauté scientifique a classé les bactéries en fonction de leur capacité à être colorées par une technique appelé test de Gram (elles sont dites à Gram positif ou à Gram négatif), cette coloration dépend de la composition de la membrane qui les entoure.
Sur milieu gélosé, une bactérie qui se multiplie finit par former un petit point visible à l’oeil nu (environ 8 log). Il s’agit d’une colonie bactérienne, elle va continuer de s’étendre tant que les ressources nutritives sont suffisantes pour assurer son développement. La forme et la couleur de ces colonies dépendent des bactéries.
Cartes milieux
Cartes Plasmides
Cartes évènements
Le glucose est un des sucres les plus efficaces pour soutenir la croissance de nombreuses bactéries. Pour optimiser sa consommation, elles ont notamment mis en place des systèmes de régulation empêchant l’utilisation d’autres sources de carbone en présence de glucose.
