Revision as of 22:44, 20 October 2017

Règles de base

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.

Contexte

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.

But du jeu

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!

Déroulement d'un tour

Préparation :

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.

Tours :

A votre tour, vous pouvez d’abord jouer une carte de votre main. Effectuez ensuite une action parmi les trois proposées :

Piocher une carte. Sauf indication contraire la main ne peut contenir que 3 cartes. Vous pouvez vous défausser d’une carte pour piocher.
Se diviser (gagner 1 log à la colonie)

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 !

Attaquer une colonie adverse (- 1 log à la colonie adverse)

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.

Cartes Bactéries

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…).
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.

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.

Cartes milieux

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.

Cartes Plasmides

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 :

Avec 1 plasmide chiadé, rien ne se passe
Avec 2 plasmides chiadés, vous pouvez faire deux actions au choix pendant votre tour (ce peut deux fois la même action)
Avec 3 plasmides chiadés vous pouvez faire trois actions au choix.

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.

Cartes évènements

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.
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.

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.

Basic Rules

We chose to place this game under the protection of a Creative Commons licence in order to share it freely and make it a pedagogical tool open to all.

Context

MicroBioWorld is a card game dedicated to microbiology. This game is based on current scientific knowledge and offers you a trip into the world of microorganisms in order to significantly improve their grasp of the existence, diversity and manipulation of these microorganisms.

MicroBioWorld was created by students as part of the iGEM competition (= international Genetically Engineered Machine) and is accessible for all players, from the age of 1, to play with their family or friends.

Goal

Every player acts as a bacteria colony (a cluster of bacteria originating from the same mother bacterium).

To win, be the first to build a colony of 10 log, being ten billions of bacteria! To do so, you can use the benefits granted by your type of bacteria and the modifications you add to it it. There are also other paths to victory, but you will discover it by yourself along your journey.

Playing a game turn

Preparation

Each player receives one bacteria card. Every player as to put his bacterium card visible as well as all its equipped plasmids.

“Media” cards are mimicking the environment in which colonies are growing during the game (see paragraphs about “media” for further information). The game starts with the LB media. Shuffle all the other media cards and place the pile face down on the table.

Then, shuffle the stack. From this stack, hand out a deck of 3 cards to each player (the following effect isn’t active: “this card has to be played immediately”).

Every player starts with 5 log bacteria, which accounts for one hundred thousands bacteria. Indicate your progression witha little pointer (like the tip of a pen or a little triangular piece of paper).

Turn

When it is your turn you can play any card of your hand.Then, do one action among the three following:

Draw a card. Unless otherwise indicated, a drawn card must stay in the player’s deck for one turn before being played, and the deck can contain up to 3 cards. You can discard a card to draw another one from the pile.
Multiply (the colony gains 1 log)

A bacterium can develop by using resources of the medium (carbon, nitrogen, iron, etc.). Within a colony, bacteria are multiplying by creating a copy of themselves: they are dividing. In the game, the “log” are used to describe the amount of bacteria. This notion is used to describe the order of magnitude of a bacterial population that can reach billions of individuals. For example, in the large intestine, home to many bacteria, there are approximately 14 log bacteria, meaning a hundred of thousand of billions of bacteria!

Attack an opponent colony (- 1 log to the attacked colony)

Some bacteria have a whole arsenal to limit the growth of their competitors (for example by trapping for some resources like iron) or to destroy them! (for example by producing toxins) However, although in the game all bacteria are able to attack any other one, it is not the case in nature since they are rarely in competition.

Bacteria cards

Rule: at the start of the game, each player receives a random bacterium card that defines the type of bacteria that he is going to embody. The player has to take advantage of each bacterium’s strengths and weaknesses to be the first reaching 10 log.

Bacteria are microscopic living organisms (between 0.2 et 2 µm) and are only composed of one single cell. Currently, we estimate more than billions bacterial “species” occupying almost all environments (from freezing areas to hot deserts, from human guts to marine abysses…).
Bacteria have wide ranges of properties, shapes and behaviours.
Some are rod-shaped (bacillus), others round-shaped (coccus).
Prototrophic bacteria are able to feed themselves in any environment, while auxotrophic ones need to get all nutritive elements from their environment to grow. Some bacteria are able to cause diseases to humans, we call them pathogens. The scientific community has also classified bacteria according to their ability to be stained by the Gram technique that depends on the composition of their membrane (they are called either Gram-positive or Gram-negative).
On agar medium, bacteria can multiply themselves and end up forming a visible cluster (around 8 log). This small dot is called a colony and is going to grow bigger and bigger as long as the nutritive elements are sufficient to sustain its growth. The color and the shape of this colony depends on bacteria.

Distinctive feature: Sporultaion
Once in the game, when your colony is undergoing damage, B. subtilis can sporulate: you do not lose any log during this turn.

Characteristics: Bacillus, Gram-positive, non-pathogenic, prototrophic.

Sporulation enables some organisms to survive a wide range of stresses. To do so, the bacterium enters a vegetative state called dormancy and surrounds itself with a cell wall, protecting it from outside aggressions. When the outside conditions improve, the spore can “sprout” and the bacterium can resume its growth. Scientists were able to make spores from egyptian mummies sprout!

Distinctive feature: Polyextremophile
D. radiodurans can divide itself at every temperature and is resistant to UV radiations.

Characteristics: Coccus, Gram-positive, non-pathogenic, auxotrophic.

Deinococcus radiodurans is a polyextremophile bacteria that is able to maintain its division on a wide range of temperatures. Thus it is of great interest for the scientific community to understand its survival capacity. This capacity is thought to be due to the multiple copies of its genes.

Distinctive feature: Microbiota
Once in the game you can chose another player to be part of E. coli microbiota: you can no longer attack or be attacked by this player. Be the first to reach 10 log to defeat your microbiota.

Characteristics: Bacillus, Gram-negative, non-pathogenic, prototrophic.

Escherichia coli is naturally very abundant in human guts, it is even the first organism to appear in it and colonize it at birth. It is a facultative aerobic, meaning that it can develop with or without oxygen. Because of its easy-to-grow capacity it has been the most widely used bacterial model in laboratories and bio-industries to produce different organic compounds.

Distinctive feature: Multiresistance
Staphylococcus aureus MRSA is chloramphenicol and ampicillin resistant.

Characteristics: Coccus, Gram-positive, pathogen, auxotrophic

Its common name is golden staph due to the pigments it is producing that give a gold color to its colonies. For humans, it is naturally present on epidermis. This bacterium is well-known for its pathogenic behaviour when an infection opportunity is declared, in case of a wound for example. MRSA (Multi Resistant Staphylococcus Aureus) variant is sadly famous for its capacity to resist to most antibiotics.

Distinctive feature: Competence
Once in the game, when you attack another colony or when you’re attacked by another colony, you can steal a plasmid card from it. Put this plasmid on your hand, you can have up to 4 cards in your hand.

Characteristics: Coccus, Gram-negative, pathogen, prototrophic.

S. pneumoniae is a human pathogen found in multiple infection, (pneumonia, ear infection, meningitis…) The competence mechanism of Streptococcus pneumoniae allows the bacteria to naturally take on plasmids of other microorganisms (see the paragraph “plasmids” for further information).

Distinctive feature: Cholera toxin
During your attack, cholera toxin is spread in the opposing colony: if the attacked colony has at least 7 log, V. cholerae can also divide in addition to the attack.

Characteristics: Bacillus, Gram-negative, pathogen, auxotrophic.

Vibrio cholerae is a bacterium that lives in water and causes the cholera disease. If it is consummated by human, it disrupts intestinal system and causes diarrhoea, then joins other water courses, allows it to colonize other environments. It also has a cutting apparatus, enabling it to attack other microorganisms to take advantage of their resources.

Media cards

“Media” cards mimick the environment in which colonies are growing during the game. The “Transplanting” card allows players to change the culture media during the game: when it is played, take the next card of the media stake, it becomes the new common media for all players.

In laboratories microorganisms are grown on growth media, containing all the necessary nutrients for bacterial growth. The agar media is packaged in a Petri dish, a small round plastic box. If an antibiotic is added to a medium, this medium is called an selective medium: only the bacteria with the corresponding antibiotic resistance can grow on it. Some media are said differential, they color the bacteria according to their characteristics.

Distinctive feature: bacteria divide and attack in the normal way. In the game it is the starting growth medium.

It is composed of yeast extract, peptone (mix of small proteic molecules that provides a nitrogen source among other things), salt and water.

Distinctive feature: at the beginning of your turn, you lose 1 log before any other action.

Few mutations naturally occur in every genome. Ultra Violet (UV) radiations are highly mutagenic agents: they stimulate the apparition of a lot of mutations, leading to an alteration of the genetic information. If too many mutations occur, the bacteria can’t keep their vital functions.

Distinctive feature: all non-thermophilic bacteria cannot divide. This card promotes thermophilic organisms.

Thermophilic microorganisms are adapted to high temperature areas like volcanoes, hot springs or subsea hydrothermal ventings. High temperatures increase the fluidity of membranes and inactivate some of molecules. Therefore, these microorganisms use different fatty acids to maintain the integrity of their membrane. Thermophilic organisms also contain thermoresistant proteins with a more compact and stable structure.

Distinctive feature: all the non-resistant colonies lose 3 log.

Ampicillin is a bacteriocin antibiotic, killing the bacteria of the penicillin family. This antibiotic blocks the peptidoglycan production, one of the elements of the cell wall. To do so, it attaches to the enzymes that form the bonds between the molecules forming the peptidoglycan.

Distinctive feature: the non-chloramphenicol resistant bacteria cannot divide.

Chloramphenicol is a bacteriostatic antibiotic: it blocks the division of bacteria. It inhibits the production of the proteins needed for division.

Distinctive feature: A fungus has contaminated the growth medium, its initial log is equal to the number of players + 1. It divides at each round. Players can attack the fungus during their turn. If it dies, the media reverts to LB. If it reaches 10 log, it wins the game ! The media cannot be changed, and transplanting allows players to restart the fungus to the number of players + 1 log.

Microorganisms can live nearly everywhere. The microbiologist’s work is done under sterile conditions to avoid any unwanted contaminations. Even if done in the proper conditions, contaminants can grow, sometimes even in a selective medium. This contaminant can rapidly invade the culture media.

Distinctive feature: only the Gram-positive bacteria can divide.

Chapman medium is enriched in salts that promote the growth of Gram-positive bacteria, thus separating them. Moreover it can reveal the presence of colonies thanks to a colored marker. This change of color is achieved thanks to the fermentation of mannitol (a natural sweetener used as a nutrient substrate) which acidifies the medium, this acidity is revealed thanks to a dye sensitive to acidity (phenol red).

Distinctive feature: only the Gram-negative bacteria can divide.

Chapman medium is used to separate Gram-negative bacteria. It contains crystal violet and bile salts that slow down the growth of Gram-positive bacteria. Then like mannitol in Chapman medium, the fermentation of lactose acidifies the medium, allowing to detect more easily the colonies thanks to a dye sensitive to acidity.

Distinctive feature: auxotrophic bacteria (those that cannot synthesize all their molecules) cannot divide.

Auxotrophic bacteria need their environment to contain all the nutrients for their growth because they cannot synthesize all molecules that allows them to divide. For example, amino acid or a vital lipid need to be added to the culture media..

Plasmids cards

Rules: Plasmids cards are assets you can add to your bacteria during your turn. It remain attached to your colony during the game (expect special effect). They are 3 plasmid family (red, blue, green). You cannot equip your bacteria with two plasmids of the same family. If you want to change a plasmid for another one of the same family, you need to pick randomly one of the two cards to equip your bacteria and discard the other one.

Plasmids are round little DNA molecules. Like chromosomal DNA, they own genes, that give new abilities to bacteria that get the plasmid. Plasmids are able to replicate themselves into bacteria, that means generate the synthesis of another similar plasmid thanks to the proteins inside the bacterium. Plasmid replication is possible thanks to a special DNA sequence called the ORI sequene (for replication origin). They are several ORI families and plasmids with the same ORI can’t coexist in one bacterium, one of them will be randomly lost. This phenomenon is called plasmid incompatibility.

Distinctive feature: The colony you attack cannot divide during the next turn.

The cytoskeleton is a structure made of filaments that maintain the cell size, internal organization and mechanical properties. It is a crucial element, needed for cell division. The YeeV toxin inhibits the enzyme that assembles the filaments of the cytoskeleton, thus blocking cell division. In eukaryotes, like humans or mammals, it is the phalloidin that blocks the cytoskeleton formation. This toxin was taken from Amanita phalloides, a fungus.

Distinctive feature: You only lose 1 log when damaged.

Microorganisms are able to develop forming a compact and structured pile called biofilm. This type of growth allows the bacteria it contains to respond to external stress (physical attack, acidity, toxins, antibiotics…) like a uniform tissue, by establishing complex communication systems within the biofilm itself. This is a very efficient defence strategy to protect microorganisms against an hostile environment.

Distinctive feature: During your attack phase, you can steal a plasmid card from your opponent’scolony. Put this card in your hand. You can have up to 4 cards in hand.

Conjugation is a mechanism that allows a bacterium to transfer plasmids to another one. A donor bacterium possesses a plasmid, and a receiver one is able to initiate conjugation, and will receive the plasmid from the donor. In the game, the “conjugation plasmid” means your colony is the receiver.

Distinctive feature: Choose a colony to be symbiotic with. Each time one of the symbiote divides, the other also divides. This effect does not apply to special division cards (fructose, xylose, glucose or any special division of a bacteria card). If the culture media inhibits the growth of your symbiote, it move of 1 log if you divide yourself.

Over time, living organisms have developed different strategies to fit best specific living conditions. For this purpose, some of these organisms evolved to live together so that they benefit from each other, this is called symbiosis.

Distinctive feature: you cannot be attacked twice in a row.

For a bacterial colony, it is crucial to detect and be detected by other bacteria in the same environment. To do so, they produce specific molecules that are sensed by other bacteria. Then, depending on the molecules that are sensed, a colony “knows” which bacteria are around. This phenomenon, called quorum sensing, allows bacteria to activate different mechanisms in order to unsettle competitive bacteria, or to better protect themselves.

Distinctive feature: Your attacks cause twice as much damage.

Bacteria have systems to excrete molecules from inside to outside, or even directly inside the opponent bacteria. Type VI secretion system (SST6) is an example of that. It is a structure that looks like an hollow needle able to inject toxic molecules inside a target cell.

Distinctive feature: Your colony is no longer impacted by Ampicillin.

This plasmid contains the ampicillin resistance gene (bla gene) that produces the β-lactamase enzyme, able to cut ampicillin molecules, thus inactivating its antibiotic effect.

Distinctive feature: Your colony is no longer impacted by chloramphenicol.

This plasmid contains the chloramphenicol resistance gene (caf gene) that produces the acetyltransferase enzyme, able to add chemical groups to chloramphenicol molecules, thus inactivating its antibiotic effect.

Distinctive feature: you can draw a card and attack a colony during your turn.

When a colony are close to other bacteria, it must elaborate new strategy to avoid attacks or pressure of competitor. In this context, those who can adapt themselves quickly are advantaged. Adaptation is defined by the gain of a new function / of a new gene (in the card game, it’s illustrated by picking a card).

Distinctive feature: During your attacks, you can excrete antimicrobial peptides aiming to a second target colony: it loses 1 log.

This plasmid contains the genes for antimicrobial peptides, capable to create porous into the bacterial membrane. The cytoplasm (inside the bacteria) drains outside the bacteria, and the bacteria dies. Those peptides are usually produce by other organisms to fight against infection of pathogenic bacteria.

Distinctive feature:

With 1 chiadé plasmid, nothing happens
With 2 chiadé plasmids, you can do 2 actions at your turn (you can do twice the same action)
With 3 chiadé plasmids, you can do 3 actions at your turn.

In synthetic biology, this french word qualify a complex and highly regulated genetic system that confere to bacteria badass effects. Synthetic biology allows to create new functions in organisms or transfer functions from an organism to another. This field is controlled by technical specifications to avoid GMO spreading (for example).

Events cards

Distinctive feature: Growth medium changes! Turn the first card of the media stack, it becomes the growth medium for all the bacteria. Play this card only at your turn.

In the laboratory transplanting means taking a bacteria colony and put it on another growth medium.

Distinctive feature: once this card is played, the bacillus team confronts the coccus team. You must play this card as soon as you draw it, it is discarded when one of team wins.

Bacillus and coccus are different types of bacteria, respectively rod and round-shaped. This card was mostly designed to show the diversity of shapes but bacteria do not naturally have affinity according to their shape.

Distinctive feature: all human pathogen colonies loses 2 log. Discard after use.

In case of wound or infection, antiseptics and antibiotics are used to protect or treat the organism. These agents reduce the bacterial proliferation but the infection can start again when the treatment is stopped. This relapse especially occur when the immune system is weak.

Distinctive feature: during your next division you will win 1 extra log (+ 2 log). Discard this card after use.

Fructose, galactose and xylose provides additional carbon source to the colony, improving its division. It is a very common sugar in nature.
Glucose is one of the most efficient sugars to support the bacterial growth. To optimize its consumption, bacteria often have systems of regulation to consume glucose before any other carbon source.

Distinctive feature: you can play the transposon on the plasmid of one of your opponents, it is immediately discarded.

Transposable elements are DNA sequences that can change their position within a genome. They can extract themselves and insert in another locus (in a chromosomal DNA or a plasmid). Their integration can create mutations (that can lead to the malfunction or an inactivation of a gene). They exist in all living organisms and are powerful evolution trigger.

Distinctive feature: choose the direction in which the phage is spreading. During the attack you lose 1 log, your neighbour 2 and his neighbour 3.

Phages are like viruses that target bacteria. They are only composed of a protein structure that contains their DNA and allows them to anchor on their bacterial prey. Their DNA is then injected inside the bacterium where they replicate, thus producing new phages. This mechanism can result in the cell lysis (cell death), hence in the release of newly created phages in the environment, leading to the infection of further bacteria.

Distinctive feature: all human pathogens win + 2 log. Discard after use.

Pathogen bacteria are often commensal, meaning that they are living on or in their host but they do not trigger symptoms. An equilibrium is reached between the bacteria and the immune system of the host. A weakening of this immune system can lead to the thriving of the bacteria and the installation of the pathology.

Règles de base

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.

Contexte

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.

But du jeu

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!

Déroulement d'un tour

Préparation :

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.

Tours :

A votre tour, vous pouvez d’abord jouer une carte de votre main. Effectuez ensuite une action parmi les trois proposées :

Piocher une carte. Sauf indication contraire la main ne peut contenir que 3 cartes. Vous pouvez vous défausser d’une carte pour piocher.
Se diviser (gagner 1 log à la colonie)

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 !

Attaquer une colonie adverse (- 1 log à la colonie adverse)