« Des bactéries qui crachent de l’électricité » : ces microbes révolutionnaires prêts à propulser l’Amérique vers une ère d’énergie verte inédite

Les récentes découvertes dans le domaine de l’électrochimie bactérienne pourraient bien révolutionner notre approche de l’énergie propre. En effet, certaines bactéries possèdent la capacité de « respirer » en générant de l’électricité, une caractéristique qui pourrait transformer notre façon de produire de l’énergie et d’aborder la biotechnologie industrielle. Ces micro-organismes, en expédiant des électrons dans leur environnement plutôt que d’utiliser l’oxygène, offrent un aperçu fascinant d’une stratégie de survie bactérienne jusqu’alors méconnue.

Les secrets de l’électrochimie bactérienne

Des chercheurs, menés par Caroline Ajo-Franklin de l’Université Rice, ont découvert que certaines bactéries peuvent utiliser des composés naturels, appelés naphtoquinones, pour transférer des électrons vers des surfaces externes. Ce processus, connu sous le nom de respiration extracellulaire, permet aux bactéries de prospérer en l’absence d’oxygène, un peu à l’image des batteries qui libèrent un courant électrique. Cette découverte ouvre la voie à des innovations énergétiques modernes, en permettant potentiellement de développer des systèmes énergétiques qui n’ont pas besoin de ressources en oxygène pour fonctionner.

Les organismes modernes, tels que les humains et les plantes, dépendent de l’oxygène pour métaboliser les aliments et libérer de l’énergie. Cependant, les bactéries, bien plus anciennes, ont évolué pour respirer dans des environnements privés d’oxygène, comme les profondeurs marines ou l’intestin humain. Cette adaptation pourrait être utilisée pour concevoir des technologies énergétiques plus vertes, en tirant parti de la respiration bactérienne pour produire de l’électricité.

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Les microbes et les navettes redox

Selon une étude publiée dans la revue Cell, divers microbes utilisent des navettes redox pour échanger des électrons avec leur environnement. Ce processus, appelé transfert d’électrons extracellulaire médié (EET), soutient la survie anaérobie. Bien que l’EET médié soit exploité pour la bioélectrocatalyse depuis des décennies, des questions fondamentales subsistent sur la réduction de ces navettes redox dans les cellules et leur rôle dans la bioénergétique cellulaire.

Les chercheurs ont intégré l’édition génomique, l’électrochimie et la biologie des systèmes pour explorer le mécanisme et la bioénergétique de l’EET médié chez Escherichia coli. Les résultats démontrent que lorsque d’autres puits d’électrons sont absents, le cycle redox de la 2-hydroxy-1,4-naphtoquinone (HNQ) via les nitroréductases cytoplasmiques NfsB et NfsA permet à E. coli de respirer sur une électrode extracellulaire. Cette découverte pourrait potentiellement transformer la façon dont nous comprenons l’interaction des microbes avec leur environnement.

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Des bactéries qui respirent grâce aux électrons

Les simulations informatiques avancées ont montré que les bactéries peuvent se maintenir en vie en déchargeant des électrons vers l’extérieur. Des tests en laboratoire ont confirmé que les bactéries placées sur des matériaux conducteurs continuaient à croître et à générer de l’électricité, respirant effectivement à travers la surface. Une gestion améliorée des déséquilibres d’électrons pourrait considérablement améliorer le traitement des eaux usées et la bioproduction.

En effet, il est suggéré que les bactéries qui « exhalent » de l’électricité pourraient corriger ces déséquilibres pour maintenir les systèmes en fonctionnement efficace. Ajo-Franklin a déclaré que ce travail jette les bases pour exploiter le dioxyde de carbone à travers l’électricité renouvelable, où les bactéries fonctionnent de manière similaire aux plantes utilisant la lumière du soleil pour la photosynthèse. Cela ouvre la voie à la création de technologies plus intelligentes et durables, avec la biologie au cœur.

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Vers un avenir énergétique bactériologique

Les applications potentielles de cette découverte sont vastes et pourraient transformer plusieurs industries. Les bactéries qui produisent de l’électricité pourraient être utilisées pour améliorer l’efficacité des processus de traitement des déchets, réduire les émissions de carbone ou même créer de nouvelles formes d’énergie renouvelable. Cette capacité unique des bactéries à gérer les électrons offre un aperçu d’un avenir où la biotechnologie pourrait jouer un rôle central dans la transition énergétique mondiale.

Alors que nous continuons à explorer ces mécanismes fascinants, une question demeure : comment pouvons-nous intégrer ces découvertes dans nos infrastructures actuelles pour maximiser leur potentiel ?