Des microbiologistes de l'Université du Massachusetts à Amherst rapportent avoir découvert un nouveau type de fil naturel produit par des bactéries qui pourrait accélérer considérablement l'objectif des chercheurs de développer des matériaux conducteurs « verts » durables pour l'industrie électronique. L'étude de Derek Lovley et ses collègues paraît cette semaine dans mBio , le premier journal de l'American Society of Microbiology.

Les chercheurs ont étudié les nanofils microbiens, filaments de protéines que les bactéries utilisent naturellement pour établir des connexions électriques avec d'autres microbes ou minéraux.

Comme Lovley l'explique, "Les nanofils microbiens sont un matériau électronique révolutionnaire avec des avantages substantiels par rapport aux matériaux synthétiques. La synthèse chimique des nanofils en laboratoire nécessite des produits chimiques toxiques, hautes températures et/ou métaux coûteux. Les besoins énergétiques sont énormes. Par contre, les nanofils microbiens naturels peuvent être produits en masse à température ambiante à partir de matières premières renouvelables peu coûteuses dans des bioréacteurs avec des apports énergétiques beaucoup plus faibles. Et le produit final est exempt de composants toxiques."

« Les nanofils microbiens offrent donc un potentiel sans précédent pour développer de nouveaux matériaux, appareils électroniques et capteurs pour diverses applications avec une nouvelle technologie respectueuse de l'environnement, " ajoute-t-il. "Il s'agit d'une avancée importante dans la technologie des nanofils microbiens. L'approche que nous décrivons dans cet article démontre une méthode rapide de prospection dans la nature pour trouver de meilleurs matériaux électroniques. »

Jusqu'à présent, le laboratoire de Lovely travaillait avec les nanofils d'une seule bactérie, Geobacter sulfurreducens . « Nos premières études se sont concentrées sur celui Géobactérie parce que nous essayions juste de comprendre pourquoi un microbe ferait de minuscules fils, " Lovley dit. "Maintenant, nous sommes plus intéressés par les nanofils en tant que matériau électronique et aimerions mieux comprendre toute la portée de ce que la nature peut avoir à offrir pour ces applications pratiques."

Lorsque son laboratoire a commencé à examiner les filaments de protéines d'autres Géobactérie espèce, ils ont été surpris de trouver une large gamme de conductivités. Par exemple, une espèce récupérée dans un sol contaminé à l'uranium a produit des filaments peu conducteurs. Cependant, une autre espèce, Geobacter metallireducens - par hasard le premier Géobactérie jamais isolé - nanofils produits 5, 000 fois plus conducteur que le G. sulfurreducens fils. Loveley se souvient, " J'ai isolé des metallireducens de la boue de la rivière Potomac il y a 30 ans, et tous les deux ans, cela nous donne une nouvelle surprise."

Dans leur nouvelle étude soutenue par l'Office of Naval Research des États-Unis, ils n'ont pas étudié le G. metallireducens souche directement. Au lieu, ils ont pris le gène de la protéine qui s'assemble en nanofils microbiens et l'ont inséré dans G. sulfurreducens . Le résultat est un produit génétiquement modifié G. sulfurreducens qui exprime le G. metallireducens protéine, rendant les nanofils beaucoup plus conducteurs que G. sulfurreducens produirait naturellement.

Plus loin, Lovley dit, "Nous avons trouvé que G. sulfurreducens exprimera les gènes des filaments de nombreux types de bactéries. Cela permet de produire facilement une diversité de filaments dans le même micro-organisme et d'étudier leurs propriétés dans des conditions similaires."

« Avec cette approche, nous prospectons dans le monde microbien pour voir ce qui existe en termes de matériaux conducteurs utiles, " ajoute-t-il. " Il existe un vaste réservoir de gènes de filaments dans le monde microbien et nous pouvons maintenant étudier les filaments produits à partir de ces gènes, même si le gène provient d'un microbe qui n'a jamais été cultivé. "

Les chercheurs attribuent G. metallireducens la conductivité extraordinairement élevée des nanofils à sa plus grande abondance d'acides aminés aromatiques. Les anneaux aromatiques étroitement serrés semblent être un élément clé de la conductivité microbienne des nanofils, et plus de cycles aromatiques signifient probablement de meilleures connexions pour le transfert d'électrons le long des filaments protéiques.

La haute conductivité du G. metallireducens les nanofils suggèrent qu'ils peuvent être un matériau attrayant pour la construction de matériaux conducteurs, dispositifs et capteurs électroniques pour applications médicales ou environnementales. Les auteurs disent qu'en savoir plus sur les mécanismes de la conductivité des nanofils "fournit des informations importantes sur la façon dont nous pourrions fabriquer des fils encore meilleurs avec des gènes que nous concevons nous-mêmes".