Bac 2025 Sciences de la vie et de la Terre : sujet et corrigé

Expliquer les mécanismes impliqués dans les refroidissements du climat terrestre à différentes échelles de temps.

Vous rédigerez un texte argumenté. On attend des expériences, des observations, des exemples pour appuyer votre exposé et argumenter vos propos.
Le document est conçu comme une aide : il peut vous permettre d’illustrer votre exposé mais son analyse n’est pas attendue.

Document : Variations climatiques globales sur Terre depuis 541 Ma (millions d’années)

Dans un contexte de raréfaction des combustibles fossiles comme le pétrole et le gaz, des solutions alternatives plus durables sont proposées. Ainsi la production de biocarburants à base d’algues unicellulaires, est une solution permettant de produire des carburants renouvelables.
Le défi est donc de trouver les souches d’algues apportant le meilleur rendement en matière de production de biocarburant.

Expliquer comment obtenir des mutants d’algues favorables à la production de biocarburants en précisant les mécanismes cellulaires à l’origine de cette meilleure productivité.

Vous organiserez votre réponse selon une démarche de votre choix intégrant des données issues des documents et les connaissances utiles.

Document 1 : produire des biocarburants à partir d’algues

Document 1a : principe de production de biocarburants
Le document présente une chaîne de production :

1. Mise en culture d'algues unicellulaires à forte production de lipides dans un dispositif de culture (photo-bioréacteur) où elles se multiplient par reproduction asexuée (mitose) grâce à la lumière et au $C{O}_2$.
2. Extraction d'huiles issues des algues.
3. Transformation en biocarburants (les huiles sont produites à partir des lipides contenus dans les algues, dont les Esters Méthyliques d'Acide Gras ou EMAG).

Document 1b : les réserves lipidiques dans les algues
L’objectif des recherches menées actuellement est d’optimiser la production des lipides des microalgues tout en maintenant une croissance rapide de l’algue.
Dans certaines situations métaboliques défavorables, appelées « stress métabolique », des modifications dans la production de certaines molécules organiques, sont observées au sein de l’algue unicellulaire.

Photographie de deux algues unicellulaires du genre Nannochloropsis, réalisée au microscope électronique :

• Algue A témoin « non stressée » : présente un noyau (n), des chloroplastes (cl) et quelques corps huileux (C.h).
• Algue B, placée dans une condition de stress métabolique : présente des corps huileux (C.h) beaucoup plus volumineux. Ces organites contiennent des réserves de lipides, utilisables pour produire des biocarburants.

Document 2 : rechercher des mutants prometteurs par mutagénèse aléatoire

Document 2a : principe de la manipulation réalisée : mutagénèse aléatoire

• Une construction génétique appelée « plasmide » est insérée de manière aléatoire dans le génome de l'algue.
• L’insertion du plasmide inactive le gène touché par cette insertion.
• Chaque mutant obtenu est cultivé par mitose.
• Les mutants sont traités avec un colorant, le BODIPY, qui se fixe spécifiquement sur les lipides et émet une fluorescence sous UV. Plus la fluorescence est forte, plus la quantité de lipides est importante.

Doc 2b : résultats des mesures de fluorescence
Le graphique montre l'intensité de fluorescence (en UA) de 181 mutants classés par ordre croissant. Le Mutant 68 (Mut 68) présente l'une des intensités les plus élevées (environ 400 UA) par rapport à l'algue témoin (moins de 100 UA).

Document 3 : caractérisation du mutant 68 (Mut 68)

Document 3a : évolution des populations d’algues au cours du temps
Le graphique montre la densité de cellules (en millions/mL) sur 14 jours :

• Le Mutant 68 atteint une densité d'environ 280 millions/mL à 12 jours.
• Les algues témoins non mutées atteignent environ 200 millions/mL à 12 jours.

Document 3b : teneur en lipides de deux souches
L'histogramme compare la teneur cellulaire en EMAG (en % du volume cellulaire) :

• À 8 jours : Mutant 68 $\approx 18\%$, Témoin $\approx 12\%$.
• À 12 jours : Mutant 68 $\approx 32\%$, Témoin $\approx 24\%$.
  Les écarts sont indiqués comme significatifs.

Document 4 : identification du gène muté chez Mut 68

Le plasmide s’est intégré dans un gène nommé Ns-TPS, qui code une enzyme à double activité catalytique composée de deux domaines : le domaine TPS et le domaine TPP.

Document 4 a : rôle du gène Ns-TPS
L'enzyme intervient dans la réaction suivante :
$$\text{Glucose-6-P}+\text{UDP-Glucose}\stackrel{\text{TPS}}{\to }\text{T6P (Treˊhalose-6-phosphate)}+\text{UDP}$$
$$\text{T6P}+H_{2}O\stackrel{\text{TPP}}{\to }\text{Treˊhalose}+Pi$$

Document 4 b : zone d’insertion du plasmide pour le mutant Mut 68
Le schéma montre que le plasmide s'est inséré entre les nucléotides 2100 et 2400, soit en plein milieu du domaine TPP du gène Ns-TPS.

Document 4 c : production de T6P et de tréhalose

• Teneur en T6P : Pas de différence significative entre le Mutant 68 et le témoin à 8 ou 12 jours.
• Teneur en tréhalose : Le Mutant 68 présente une absence quasi-totale de tréhalose (proche de 0 UA) par rapport au témoin (50 000 à 70 000 UA).

Document 5 : tréhalose et stress
Les scientifiques mesurent la composition en acides aminés, marqueurs d’un stress métabolique, chez le mutant Mut 68.