Enseignement scientifique Terminale
Durée 1h – 10 points – Thème « Une histoire du vivant »
Sujet n°ENSSCI3191
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La pandémie de SIDA est liée à la propagation du VIH, virus de l’immunodéficience humaine. Ce virus a été découvert en 1983. Depuis, les connaissances sur la génétique et l’évolution de ce virus n’ont cessé de progresser, permettant de mieux lutter contre ce pathogène
Partie A – Évolution du VIH
Document 1 – Structure simplifiée du virus VIH
Le matériel génétique du virus VIH est composé de 9181 unités appelées nucléotides. À chaque fois qu’un virus se reproduit, il y a une mutation tous les 1000 nucléotides, c’est-à-dire qu’il y a une erreur de copie d’un nucléotide tous les 1000 nucléotides : c’est ce que l’on nomme la fréquence de mutation. Les mutations entrainent l’apparition de nouvelles caractéristiques moléculaires du virus VIH, notamment au niveau des protéines de l’enveloppe.
1- Montrer qu’il se produit environ 9 mutations dans le matériel génétique du VIH à chaque fois que le virus se reproduit.
D’après le document 1 : « Le matériel génétique du virus VIH est composé de 9181 unités appelées nucléotides. À chaque fois qu’un virus se reproduit, il y a une mutation tous les 1000 nucléotides, c’est-à-dire qu’il y a une erreur de copie d’un nucléotide tous les 1000 nucléotides »
Calculons le nombre de mutations dans le matériel génétique du VIH à chaque fois que le virus se reproduit.
| Une mutation | 1000 nucléotides |
| N | 9181 nucléotides |
$$N=\frac{9181 \times 1}{1000}=9,181$$
Ainsi, il se produit environ 9 mutations dans le matériel génétique du VIH à chaque fois que le virus se reproduit.
Chez l’espèce humaine, le matériel génétique d’une cellule possède 6,4 milliards de nucléotides. Lorsqu’une cellule humaine se reproduit, la fréquence de mutation est estimée à 1 mutation tous les 10 millions de nucléotides.
2- Au regard de ces informations et de celles données en document 1, comparer la fréquence de mutation du virus VIH à celle des cellules humaines.
Pour une cellule humaine se reproduit, la fréquence de mutation est estimée à 1 mutation tous les 10 millions de nucléotides alors que pour le VIH il y a une mutation tous les 1000 nucléotides.
Ainsi, la fréquence de mutation du virus VIH est très supérieure à celle des cellules humaines.
3- En mettant en relation la réponse à la question 2 et les informations issues du document 1, montrer que le virus VIH évolue rapidement.
La fréquence de mutation élevée du VIH, combinée à sa capacité à se reproduire rapidement, lui permet d’évoluer rapidement.
Les laboratoires pharmaceutiques élaborent un vaccin en fonction des caractéristiques moléculaires des protéines de l’enveloppe du virus (voir document 1) contre lequel il doit protéger. Un vaccin est donc efficace contre un seul type de virus : on dit qu’il est spécifique du virus.
4- Au regard de ces informations, de vos réponses aux questions précédentes, et de vos connaissances, expliquer pourquoi il est difficile d’élaborer un vaccin contre le virus VIH.
Le VIH subit des mutations fréquentes (9 mutations par reproduction), ce qui génère une grande diversité génétique au sein du virus. Les mutations entrainent l’apparition de nouvelles caractéristiques moléculaires du virus VIH, notamment au niveau des protéines de l’enveloppe (document 1). Ainsi, un vaccin conçu pour un type spécifique de VIH pourrait ne pas être efficace contre les nouvelles variantes du virus qui apparaissent très rapidement à cause de ces mutations.
Un vaccin est spécifique du virus.
C’est pourquoi il est difficile d’élaborer un vaccin contre le virus VIH.
Partie B – Lutte contre la propagation du virus VIH
Afin de lutter contre la propagation du VIH, des autotests de dépistage de ce virus sont en vente libre dans les pharmacies de France depuis 2015. Ces autotests s’utilisent par prélèvement d’une goutte de sang, à la maison et sans prescription médicale.
Document 2 – Performances de l’autotest VIH
La sensibilité d’un test représente la probabilité que le test soit positif si la maladie est présente. Elle est évaluée à 100 %.
La spécificité d’un test représente la probabilité que le test soit négatif si la maladie est absente. Elle est évaluée à 98,0 %.
Source : Notice d’utilisation autotest VIH ®
La prévalence d’une maladie est la proportion du nombre de cas positifs sur l’effectif total d’une population. On rappelle que la valeur prédictive positive d’un test dans une population donnée est la probabilité qu’un individu de cette population qui réagit positivement au test soit effectivement malade. Les valeurs prédictives positives (VPP) et négatives (VPN) dépendent de la prévalence. Par exemple, pour un test de dont la sensibilité est de 0,99 et la spécificité est de 0,98, la VPP varie de 33 % à 95 % quand la prévalence varie de 1 % à 30 %.
Le tableau de contingence, ci-dessous, donne les effectifs liés à une étude portant sur une population de 10 000 personnes :
| Test positif | Test négatif | Total | |
| Patients infectés par le VIH | 21 | ||
| Patients non infectés par le VIH | 9 979 | ||
| Total | 2 000 |
5- Montrer que la prévalence des individus porteurs du VIH dans cette population est de 0,21 %.
La prévalence d’une maladie est la proportion du nombre de cas sur l’effectif total d’une population.
Calculons la prévalence des individus porteurs du VIH dans cette population :
prévalence = $\dfrac{\text{nombre de cas}}{\text{effectif total d’une population}}$
prévalence = $\dfrac{21}{10\ 000}$
prévalence = $0,0021 = 0,21%$
La prévalence des individus porteurs du VIH dans cette population a pour valeur 0,21%.
Remarque : il y a une erreur sur le sujet il indique 2 000 au lieu de 10 000 (21+ 9 979 =10 000).
6- À l’aide des informations du document 2, recopier et compléter le tableau de contingence. Les résultats des calculs seront arrondis à l’entier.
La sensibilité du test est évaluée à 100 %.
La sensibilité d’un test représente la probabilité que le test soit positif si la maladie est présente.
21 patients sont malades soit 21 tests positifs et 0 négatifs.
La spécificité du test est évaluée à 99,8 %.
La spécificité d’un test représente la probabilité que le test soit négatif si la maladie est absente.
| 100 patients non malades | 99,8 négatifs |
| 9 979 patients non malades | x négatifs |
$$x=\frac{9\ 979 \times 99,8}{100}$$
$$x=9\ 959$$
Nombre de positifs sur patient non malades = Nombre total de patients non malades − nombre de test négatifs sur patients non malades
Nombre de positifs sur patient non malades = 9 979 − 9 959
Nombre de positifs sur patient non malades = 20
| Test positif | Test négatif | Total | |
| Patients malades | 21 | 0 | 21 |
| Patients non malades | 20 | 9 959 | 9 979 |
| Total | 21+20=41 | 0+9 959=9 959 + | 10 000 |
7- Montrer que parmi tous les tests positifs, 9,5 % des patients sont réellement infectés par le VIH (« vrais positifs »), alors que 90,5 % des patients ne sont pas infectés par le VIH (« faux positifs »).
La valeur prédictive positive représente la probabilité que la maladie soit présente lorsque le test est positif.
valeurs prédictives positives = $\dfrac{21}{20+21}$
valeurs prédictives positives = $0,5122 = 51,22%$
La valeur prédictive négative est la probabilité que la maladie ne soit pas présente lorsque le test est négatif.
Calculons les valeurs prédictives négatives de cet autotest VIH :
valeurs prédictives négatives = $\dfrac{9\ 959}{9\ 959}$
valeurs prédictives négatives = $0,1000 = 100,00%$
Ainsi, parmi tous les tests positifs, 51,2% des patients sont réellement infectés par le VIH (« vrais positifs »), donc 100-51,2=47,8 % des patients ne sont pas infectés par le VIH (« faux positifs »)
Remarque : je trouve des résultats bien différents de ceux annoncés (9,5 % des patients sont réellement infectés par le VIH (« vrais positifs »), et 90,5 % des patients ne sont pas infectés par le VIH (« faux positifs »)).
8- Proposer une explication au fort pourcentage de patients « faux positifs ».
Sur 10 000 personnes testés, 21 sont réellement infectés par le VIH et seulement 20 ont eu un faux positif.
Cependant, rapporté au nombre de positif, cela représente un pourcentage important.
9- Au regard des réponses aux questions de la partie B, discuter de la pertinence de l’autotest étudié.
L’autotest étudié présente un fort taux de faux positifs.
Si le test est négatif, le patient peut être quasiment certain à 100 % qu’il n’est pas infecté (ou que l’infection n’est pas encore détectable si le test est effectué trop tôt).
Si le test est positif, il y a de fortes chances qu’il ne soit en réalité pas infecté.
C’est pourquoi :
- Le test doit être réalisé uniquement en cas d’exposition possible.
- En cas de résultat positif, une analyse sanguine doit être effectuée pour valider le résultat.
Partie C – Traitements proposés aux personnes contaminées par le VIH
Différents traitements ont été progressivement mis au point depuis la découverte du virus VIH, et permettent désormais aux personnes contaminées de vivre en bonne santé.
10- En mettant en relation les informations du document 3 page suivante et de vos connaissances sur la sélection naturelle, expliquer les causes possibles de l’augmentation de la résistance aux antiviraux anti-VIH.
Le VIH, en raison de son taux de mutation élevé, donne une grande diversité génétique à chaque reproduction. Parmi ces mutations, certaines peuvent conférer une résistance aux médicaments.
Lorsqu’un patient est traité avec des antiviraux, les virus sensibles sont éliminés, tandis que les résistants survivent et se multiplient. Cela favorise la sélection des virus résistants, qui deviennent plus nombreux au fil du temps.
Ainsi, la pression exercée par les médicaments crée un environnement propice à l’émergence de nouvelles souches de VIH résistantes, augmentant la résistance aux antiviraux anti-VIH et réduisant ainsi l’efficacité des traitements.
Document 3 – La résistance du VIH aux médicaments antiviraux (données collectées entre 2014 et 2017)
Il n’existe actuellement pas de traitement permettant d’éliminer le virus VIH d’un organisme contaminé. Cependant, des médicaments appelés antiviraux permettent de contrôler la prolifération du virus VIH en inhibant sa reproduction. Une personne est dite résistante aux antiviraux lorsque le médicament n’est plus efficace.
| Proportion de personnes résistantes aux antiviraux anti-VIH | ||
| Pays | Avant traitement aux antiviraux | Après traitement aux antiviraux |
| Namibie | Inférieur à 10 % | Entre 10 et 30 % |
| Argentine | Inférieur à 10 % | Entre 10 et 30 % |
| Vietnam | Inférieur à 10 % | Entre 10 et 30 % |
Source : HIV drug resistance report, OMS, 2019.