Le monde naturel possède son propre réseau électrique intrinsèque composé d’un réseau mondial de minuscules nanofils générés par des bactéries dans le sol et les océans qui « respirent » en expirant des électrons en excès.
Dans une nouvelle étude, des chercheurs de l’Université de Yale ont découvert que la lumière est un allié surprenant pour favoriser cette activité électronique au sein des bactéries du biofilm. L’exposition à la lumière de nanofils produits par des bactéries a permis d’augmenter jusqu’à 100 fois la conductivité électrique.
Les résultats ont été publiés le 7 septembre dans la revue Communication Nature.
« Les augmentations spectaculaires du courant dans les nanofils exposés à la lumière montrent un photocourant stable et robuste qui persiste pendant des heures », a déclaré l’auteur principal Nikhil Malvankar, professeur agrégé de biophysique moléculaire et de biochimie (MBB) au Microbial Sciences Institute de Yale sur le campus ouest de Yale.
Les résultats pourraient fournir de nouvelles informations alors que les scientifiques recherchent des moyens d’exploiter ce courant électrique caché à diverses fins, de l’élimination des déchets à risque biologique à la création de nouvelles sources de carburants renouvelables.
Presque tous les êtres vivants respirent de l’oxygène pour se débarrasser des électrons en excès lors de la conversion des nutriments en énergie. Sans accès à l’oxygène, cependant, les bactéries du sol vivant profondément sous les océans ou enfouies sous terre depuis des milliards d’années ont développé un moyen de respirer en « respirant des minéraux », comme la plongée en apnée, à travers de minuscules filaments de protéines appelés nanofils.
Lorsque les bactéries ont été exposées à la lumière, l’augmentation du courant électrique a surpris les chercheurs car la plupart des bactéries testées existent profondément dans le sol, loin de la portée de la lumière. Des études antérieures avaient montré que lorsqu’elles étaient exposées à la lumière, les bactéries productrices de nanofils se développaient plus rapidement.
« Personne ne savait comment cela se produisait », a déclaré Malvankar.
Dans la nouvelle étude, une équipe de Yale dirigée par le chercheur postdoctoral Jens Neu et l’étudiante diplômée Catharine Shipps a conclu qu’une protéine contenant du métal connue sous le nom de cytochrome OmcS – qui constitue les nanofils bactériens – agit comme un photoconducteur naturel : les nanofils facilitent grandement le transfert d’électrons lorsqu’ils les biofilms sont exposés à la lumière.
« C’est une forme complètement différente de photosynthèse », a déclaré Malvankar. « Ici, la lumière accélère la respiration des bactéries en raison du transfert rapide d’électrons entre les nanofils. »
Le laboratoire de Malvankar explore comment cette connaissance de la conductivité électrique bactérienne pourrait être utilisée pour stimuler la croissance de l’optoélectronique – un sous-domaine de la photonique qui étudie les dispositifs et les systèmes qui trouvent et contrôlent la lumière – et capture le méthane, un gaz à effet de serre connu pour être un contributeur important à la croissance mondiale. changement climatique.
Les autres auteurs de l’article sont Matthew Guberman-Pfeffer, Cong Shen, Vishok Srikanth, Sibel Ebru Yalcin du Malvankar Lab à Yale ; Jacob Spies, le professeur Gary Brudvig et le professeur Victor Batista du département de chimie de Yale ; et Nathan Kirchhofer d’Oxford Instruments.