Des chercheurs s’apprêtent à exploiter l’électricité des bactéries

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Des ingénieurs américains ont signalé des progrès dans la recherche de l’électricité utilisable à partir de bactéries. Les scientifiques savent que certaines espèces de bactéries vivantes dans des environnements dépourvus d’oxygène (y compris les intestins humains) ont développé une forme unique de respiration qui consiste à excréter et à émettre des électrons.

Cerner la nature des propriétés électriques d’une bactérie

En d’autres termes, ils produisent de l’électricité qui pourrait, en théorie, être utilisée pour alimenter des équipements ou purifier l’eau et partir de ces connaissances, des chercheurs travaillent, par exemple, à concevoir des piles à combustible microbiennes efficaces ou à générer de l’énergie à partir de déchets organiques. La NASA étudie même si des bactéries pourraient alimenter de futures missions spatiales.

Cependant, ce qui a empêché de transformer cette théorie en une réalité pratique, c’est qu’il est difficile de cerner la nature exacte des propriétés électriques d’une bactérie. Les cellules sont beaucoup plus petites que celles des mammifères et extrêmement difficiles à cultiver en laboratoire.

Des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) aux États-Unis ont mis au point une technique microfluidique capable de traiter rapidement de petits échantillons de bactéries et d’évaluer une propriété spécifique fortement corrélée à la capacité des microbes à produire de l’électricité.

Dans la revue Science Advances, ils expliquent que cette propriété, appelée polarisabilité, peut être utilisée pour évaluer efficacement et en toute sécurité l’activité électrochimique des bactéries, leur permettant de sélectionner le meilleur candidat pour une tâche spécifique.

Sonder ces organismes

« De récents travaux suggèrent qu’il pourrait y avoir une gamme beaucoup plus large de bactéries ayant des propriétés [productrices d’électricité] », explique l’ingénieur en mécanique Cullen Buie. « Ainsi, un outil permettant de sonder ces organismes pourrait être beaucoup plus important que nous le pensions. Ce n’est pas simplement une poignée de microbes qui peut le faire. »

Les bactéries produisent de l’électricité en générant des électrons dans leurs cellules, puis en les transférant à travers leurs membranes via de minuscules canaux formés par des protéines de surface, selon un processus appelé transfert extracellulaire d’électrons (EET).

Les techniques existantes pour sonder cette activité électrochimique comprennent la croissance de grands lots de cellules et la mesure de l’activité des protéines EET ou la rupture d’une cellule afin de purifier et de sonder ses protéines. Buie et ses collègues du MIT, y compris le post-doc Qianru Wang, ont décidé d’essayer de trouver quelque chose de plus rapide et de moins destructeur.

Dans leur étude, ils ont utilisé la microfluidique pour comparer diverses souches de bactéries, chacune ayant une activité électrochimique différente et connue. Ils ont fait passer de minuscules échantillons de chaque souche à travers un canal microfluidique en forme de sablier et ont progressivement amplifié la tension de zéro à 80 volts.

Le champ électrique résultant a propulsé les cellules bactériennes dans le canal jusqu’à ce qu’elles se rapprochent de la section comprimée, où le champ le plus puissant agit pour repousser les bactéries via la diélectrophorèse (le mouvement d’une particule neutre provoqué par des effets de polarisation dans un champ électrique non uniforme) et les piéger sur place.

La « tension de piégeage » de chaque cellule bactérienne

Wang a pris note de la « tension de piégeage » de chaque cellule bactérienne, a mesuré la taille des cellules, puis a utilisé une simulation informatique pour calculer la polarisabilité d’une cellule – en d’autres termes, il est plus facile pour une cellule de former des dipôles électriques en réponse à un champ d’impulsions électriques externes.

D’après ses calculs, elle a découvert que les bactéries les plus électrochimiquement actives avaient tendance à avoir une polarisabilité plus élevée, et cette corrélation s’est produite parmi toutes les espèces testées.

La polarisabilité pour sélectionner les meilleures bactéries

« Nous disposons des preuves nécessaires pour établir une corrélation étroite entre la polarisabilité et l’activité électrochimique », a-t-elle déclaré. « En fait, la polarisabilité pourrait être un moyen que nous pourrions utiliser comme moyen pour sélectionner des micro-organismes ayant une activité électrochimique élevée. » Ce qui devrait à terme permettre de produire de la bioélectricité avec une efficacité dépassant celle des techniques existantes.

Source : Cosmos Magazine
Crédit photo sur Unsplash : Rohan Makhecha

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