Rayonnement UV intense, métaux lourds, fortes variations de température, faible teneur en oxygène : certains microbes vivent dans des environnements que l’on a du mal à imaginer. La géomicrobiologiste Judith Klatt, qui travaille depuis 2022 à l’Institut Max Planck de microbiologie terrestre à Marbourg et dirige un groupe de recherche au Centre d’avenir « Mikrokosmos Erde », a emmené son auditoire à la Steinmühle dans un voyage de découverte à la rencontre de ces micro-organismes passés maîtres dans l’art de la survie.

Travail interdisciplinaire

La conférence scientifique intitulée « Les bactéries à la limite » était également un voyage à la découverte des tout premiers microbes et des origines de la vie : « Il s’agit de comprendre la vie microbienne et, en même temps, les limites de la vie », a déclaré le Dr Judith Klatt. Cette compréhension naît à la croisée de plusieurs disciplines : la physique, la biologie et la chimie.

Une dimension temporelle de grande envergure

L’un des lieux de recherche du Dr Klatt est par exemple Hawaï : « Nos travaux nous ouvrent une fenêtre sur l’histoire de la Terre sur une période de 4,5 milliards d’années », a expliqué la chercheuse, donnant ainsi à son auditoire une idée de la dimension temporelle étudiée. Par ailleurs, des thèmes liés aux sciences de l’environnement reviennent régulièrement au cours de ce séjour de recherche et contribuent à mieux comprendre les fluctuations de la température maximale ainsi que de la teneur en oxygène et en CO₂ de l’atmosphère au cours de l’histoire de la Terre. Selon le Dr Klatt, ces deux éléments sont très étroitement liés au « microbiome mondial ».

Principes fondamentaux de la biologie moléculaire

Les milieux de vie extrêmes ouvrent sans cesse de nouveaux horizons à la recherche et aux équipes de chercheurs. C’est ainsi que les fondements de la biologie moléculaire ont été isolés à partir de micro-organismes vivant dans des milieux extrêmement chauds ou froids : par exemple, les enzymes utilisées pour les réactions en chaîne par polymérase (PCR), qui constituent la base des tests de paternité et des empreintes génétiques en médecine légale. De même, des micro-organismes tels que les cyanobactéries, communément appelées « algues bleues », ont assuré et assurent encore aujourd’hui la production d’oxygène et ont joué un rôle déterminant dans l’enrichissement en oxygène de notre atmosphère au Précambrien. Les cyanobactéries sont des organismes unicellulaires qui vivent en eau douce et en eau de mer et tirent leur énergie de la photosynthèse, à l’instar de nos plantes vertes. Ce processus génère de l’oxygène, qui s’échappe des « tapis microbiens » et peut être mesuré, par exemple, par l’équipe du Dr Klatt à l’aide de microsenseurs.

La recherche dans des conditions extrêmement difficiles

« Il peut être difficile de travailler sur le terrain », se souvient par exemple la conférencière, évoquant un séjour de recherche dans les hautes Andes, à 3 000 mètres d’altitude. Un trajet de 24 heures jusqu’au supermarché le plus proche a confronté l’équipe de chercheurs, outre la nécessité de répondre à la question de recherche à l’aide de méthodes complexes, à la tâche délicate de subvenir à ses propres besoins. Aucune vie stable de micro-organismes n’a pu y être constatée jusqu’à présent. La présence d’oxygène ne serait donc pas, à elle seule, un signe certain de vie.

Des photos impressionnantes

À l’Institut Max Planck de microbiologie terrestre de Marbourg, les conditions extrêmes auxquelles l’équipe de chercheurs est confrontée sur le terrain sont également simulées en laboratoire. « La reproduction des conditions observées lors des travaux de terrain ne parvient bien sûr jamais tout à fait à égaler celles de l’environnement naturel, mais cela nous permet néanmoins d’étudier de manière très fidèle les dynamiques considérables au sein d’un habitat extrême, même sur de longues périodes », explique le Dr Judith Klatt, qui a illustré ses propos par des photos impressionnantes et a suscité beaucoup d’enthousiasme parmi les élèves grâce à son exposé.

Une chercheuse distinguée

Par ses travaux, le Dr Judith Klatt contribue à faire de Marbourg un pôle d’excellence en matière de recherche de pointe. En 2024, par exemple, elle s’est vu attribuer la bourse « ERC Starting Grant » par le Conseil européen de la recherche.

Cette présentation s’inscrivait dans le cadre de la série de conférences « Microbes for Future » organisée par l’Institut Max Planck de microbiologie terrestre de Marbourg, en collaboration avec le Centre de recherche pour les élèves de Hesse centrale (SFZ).

Les présentations scientifiques se poursuivent.

(Angela Heinemann / Dr Sven-A. Freibert)

Savoir transmettre des notions complexes en s’adaptant à son public : cela relève, dans le meilleur des cas, des compétences des professeurs d’université, des enseignants universitaires en général, mais aussi des enseignants du secondaire. C’est dans cet esprit que le directeur de l’école Steinmühle, Björn Gemmer, a vivement félicité le biologiste et chimiste de Marbourg, le professeur Tobias Erb, de l’Institut Max Planck de microbiologie terrestre, pour sa conférence publique à la Steinmühle.

Une centaine de personnes intéressées étaient venues assister à la conférence intitulée « L’énergie microbienne : de nouvelles voies pour sortir de la crise climatique ». Dans l’auditorium se trouvaient des élèves des cours approfondis de biologie des classes Q2 et Q4, les élèves du cours de base de notre classe Q4, ainsi que des personnes extérieures intéressées et tous les membres du groupe plus-MINT de la Steinmühle.

Dans quelle mesure la microbiologie peut-elle contribuer à réduire la teneur en CO₂ de l’atmosphère ?

Tel était le thème de la conférence spécialisée que le professeur de biologie et de mathématiques, le Dr Sven Freibert, membre de l’équipe d’encadrement du programme Plus-MINT de l’école Steinmühle, résume ainsi :

Le « microbiome terrestre » joue un rôle extrêmement important dans le cycle du carbone. La fixation du CO₂, y compris celui d’origine anthropique, est assurée en très grande partie par les plantes terrestres et, justement, par les micro-organismes aquatiques. Ces derniers sont principalement présents dans les océans du monde entier. Cependant, l’efficacité de la fixation du CO₂ par les micro-organismes n’est pas très élevée. En raison de la disponibilité relativement élevée du CO₂, tant au cours des époques géologiques anciennes que récentes, il n’y a pas eu et il n’y a toujours pas de pression évolutive pour améliorer sensiblement cette efficacité.

La microbiologie, ou plus précisément dans ce cas la microbiologie synthétique, et en premier lieu l’équipe dirigée par le professeur Tobias Erb, a désormais placé ce « problème » d’efficacité au cœur de ses recherches. L’objectif est d’identifier et d’isoler les voies métaboliques des micro-organismes à l’aide de méthodes microbiologiques, génétiques et biochimiques, puis d’en améliorer l’efficacité afin de pouvoir finalement utiliser ces machines moléculaires pour la fixation artificielle du CO₂. Précisons bien : l’objectif n’est pas de disséminer des micro-organismes créés artificiellement !

Une autre approche de l’équipe dirigée par le professeur Erb consiste à modifier génétiquement les cultures, qui sont cultivées en grandes quantités, de manière à ce que ces plantes puissent fixer le CO₂ plus efficacement. Cela présenterait d’une part l’avantage de permettre de retirer de grandes quantités de CO₂ d’origine anthropique de l’atmosphère et, d’autre part, de faire croître les plantes nettement plus rapidement, ce qui rendrait les denrées alimentaires beaucoup plus accessibles et contribuerait ainsi à l’approvisionnement alimentaire mondial. « Faire d’une pierre deux coups » !

Une attention maximale de la part du public

Il est rare que le public écoute un intervenant avec une attention soutenue pendant toute la durée de son intervention. Tobias Erb a réussi à capter toute l’attention de son auditoire pendant les quelque 45 minutes que durait son exposé. Il a su trouver le juste équilibre entre technicité et clarté, et la séance de questions-réponses qui a suivi, d’une durée d’environ 30 minutes, a clairement montré qu’il avait « captivé » son auditoire par le contenu de son intervention.

À la fin, M. Erb a expressément salué le vif intérêt manifesté par les élèves de Steinmühlen ainsi que la qualité de leurs questions.

L’intervenant a suscité l’intérêt pour la recherche

Le professeur Erb a commencé par présenter l’Institut Max Planck de Marbourg, l’un des 86 instituts Max Planck que compte l’ensemble du réseau. Il a souligné la qualité de la recherche qui y est menée, comme en témoignent notamment les nombreuses distinctions décernées, parmi lesquelles plusieurs prix Nobel. Le scientifique a mis en avant le travail des équipes de recherche internationales et a suscité l’intérêt pour la recherche en sciences naturelles.

Le Centre de recherche scolaire de Hesse centrale, en tant qu’organisateur

Pour conclure, le directeur de l’école Steinmühlen, Björn Gemmer, a remercié non seulement le conférencier, le professeur Tobias Erb, et la docteure Virginia Geisel, attachée de presse, mais également le Centre de recherche des élèves de Hesse centrale, qui en a été l’initiateur et l’organisateur. En tant que membre de ce groupe, l’école Steinmühle accueille quatre conférences dans le cadre de la série « Microbes@School ».

(Gem / Dr S. Freib / Heinm)