Mesurer la conductivité électrique des micro-organismes, approcher la compréhension des écosystèmes microbiens

Bien que les micro-organismes individuels soient invisibles, des groupes de dizaines ou de centaines de millions de micro-organismes peuvent former des biofilms visibles à l’œil nu. Les biofilms facilitent la différenciation fonctionnelle et la communication intercellulaire entre les micro-organismes, leur permettant d’établir diverses stratégies de survie.

Récemment, on a découvert que certains micro-organismes sont électroactifs, c’est-à-dire qu’ils permettent à l’électricité de circuler à travers les biofilms. Ce phénomène dans les biofilms a été utilisé pour développer diverses technologies environnementales et énergétiques, notamment les piles à combustible microbiennes, la digestion anaérobie et les capteurs électrochimiques. Cependant, l’étendue de l’impact de la conduction électrique sur l’écologie microbienne et l’universalité de la conduction électrique dans le monde microbien restent floues. Cela est principalement dû aux difficultés liées à la mesure de la conductivité électrique des micro-organismes, nécessitant la formation de biofilms sur les électrodes.

Dans cette étude, les chercheurs ont établi un nouveau système bioélectronique qui évite la formation de biofilm sur l’électrode. Ils ont développé un dispositif expérimental simple dans lequel une colonie microbienne, une forme de biofilm, a été cultivée sur de la gélose et directement pressée sur une électrode pour évaluer sa conductivité électrique. Étant donné que la plupart des bactéries cultivables forment des colonies, cette méthode peut considérablement élargir la gamme de micro-organismes dont la conductivité peut être mesurée. L’application de cette technique a révélé que Pseudomonas aeruginosaune bactérie opportuniste, et Bacillus subtilis, que l’on trouve couramment dans l’environnement, possèdent des propriétés conductrices. De plus, cette approche a facilité l’étude des mécanismes moléculaires sous-jacents à la conductivité électrique dans Shewanella oneidensis MR-1, un micro-organisme électrogène modèle.

Les résultats de cette recherche devraient être appliqués à la sélection de micro-organismes pour l’avancement des technologies environnementales et énergétiques telles que les piles à combustible microbiennes, la digestion anaérobie et les capteurs électrochimiques. De plus, cette méthodologie devrait accélérer l’élucidation de l’écologie électrique des micro-organismes.

Ce travail a été soutenu financièrement par JSPS KAKENHI (20K15428 et 23H05471), le programme de soutien à la recherche fondamentale de type S de l’Université de Tsukuba, JST ACT-X (JPMJAX211C) et JST ERATO (JPMJER1502).