Humains, un jour, peuvent être capables de produire leur propre énergie électrique de la même manière que les anguilles électriques, selon une équipe de recherche basée au Japon. C'est l'objectif ultime qui commence par comprendre précisément comment de minuscules "moteurs" à l'intérieur des bactéries maintiennent l'équilibre biologique.

Les chercheurs se sont spécifiquement concentrés sur un moteur de rotation appelé V1 qui fonctionne dans le cadre d'une pompe qui déplace les ions sodium à travers la membrane dans le cadre de processus cellulaires sains. Ils ont publié leurs résultats dans Journal de chimie biologique en ligne le 13 septembre et dans l'édition imprimée le 8 novembre.

"L'efficacité de conversion d'énergie des moteurs moléculaires rotatifs est beaucoup plus élevée que celle des moteurs artificiels, " dit Ryota Iino, auteur d'un article et chercheur à l'Institut des sciences moléculaires des Instituts nationaux des sciences naturelles et au Département des sciences moléculaires fonctionnelles de la Faculté des sciences physiques de la Graduate University for Advanced Studies. "Et la conversion d'énergie par les moteurs moléculaires rotatifs est réversible. Si nous comprenons parfaitement le mécanisme, il conduira à la réalisation de très efficaces, moteurs artificiels à l'avenir."

Pour comprendre le mécanisme, les chercheurs ont utilisé une sonde à nanoparticules d'or pour observer directement des molécules isolées purifiées à partir de bactéries - Enterococcus hirae, qui peut provoquer une septicémie chez l'homme. En imageant une seule molécule à haute résolution, les chercheurs ont pu observer son comportement au fil du temps et déterminer comment le moteur tournait pour différentes sections afin d'interagir avec diverses entrées. Tout comme une pompe de puits qu'une personne doit actionner pour que l'eau s'écoule vers le haut, contre la gravité, la pompe moléculaire observée doit prendre un certain apport d'énergie pour générer plus d'énergie pour transporter les ions contre le gradient de la membrane bactérienne. L'énergie que l'humain met dans la pompe à main est limitée, mais l'interaction est lourde, par rapport à la quantité d'énergie qu'il faut pour que l'eau s'écoule vers le haut.

"Nous avons commencé par travailler pour comprendre comment l'énergie chimique est convertie en rotation mécanique du moteur V1, " a déclaré Iino. "Nous avons constaté que, bien que les structures tridimensionnelles de V1 et des moteurs rotatifs associés soient similaires, leurs mécanismes de couplage chimique et mécanique sont très différents, suggérant que les fonctions cellulaires ont dicté l'évolution de différents mécanismes fonctionnels."

Avec cette étude, les chercheurs comprennent mieux comment le moteur V1 forme un complexe avec un autre moteur rotatif appelé Vo pour pomper activement les ions sodium à travers la membrane cellulaire. En d'autres termes, le complexe moteur utilise l'énergie chimique de la cellule pour faire tourner mécaniquement et convertir l'énergie en potentiel électrochimique, un peu comme un humain utilise l'énergie tirée de la nourriture pour faire fonctionner une pompe de puits, résultant en l'énergie générée par le flux d'eau.

"Prochain, nous aimerions comprendre exactement comment fonctionne le mécanisme de conversion d'énergie du complexe moteur, " dit Iino.

Selon Iino, les anguilles électriques génèrent de l'énergie électrique à partir d'énergie chimique avec un mécanisme similaire au complexe moteur de cette étude.

« Si nous pouvons bien comprendre ce mécanisme, il peut être possible de développer une batterie capable de conversion d'énergie à implanter dans une anguille électrique artificielle ou même chez un humain, " dit Iino.