Des bactéries productrices de matériaux
Depuis leur découverte l’année dernière par trois chimistes lauréats du prix Nobel, les réseaux métallo-organiques (RMO) sont au cœur de l’attention dans le domaine des sciences des matériaux. Les RMO sont des matériaux hautement structurés, assemblés comme des briques de Lego. Les ions métalliques jouent le rôle de points d’ancrage et les molécules organiques celui de connecteurs, permettant ainsi à ces matériaux de former des structures qui se répètent à l’infini. «Les RMO ouvrent la voie à la conception de nouveaux matériaux sur mesure capables de capter le dioxyde de carbone, de catalyser des réactions chimiques et de conduire l’électricité», explique Filip Meysman, professeur et biologiste à l’université d’Anvers(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre). Si cette capacité constitue indéniablement une avancée importante pour l’être humain, les bactéries nous avaient en réalité devancés de quelques centaines de millions d’années. Elles produisent des RMO depuis 600 millions d’années. «D’une certaine manière, l’évolution a trouvé exactement la même solution que les chimistes récompensés par le prix Nobel», ajoute Filip Meysman. Dans le cadre du projet PRINGLE(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), financé par le Conseil européen de l’innovation(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), Filip Meysman dirige des recherches visant à mieux comprendre ces bactéries productrices de RMO.
Des câbles, des fils électriques… et des bactéries
Présentes dans les sédiments vaseux des rivières, des lacs et des océans, les «bactéries-câbles» productrices de RMO ont la particularité de pouvoir générer et conduire de l’électricité. «Il y a une quinzaine d’années, des scientifiques ont constaté que des courants électriques circulaient dans les fonds marins», explique Filip Meysman. «Ils ont découvert que ces courants étaient conduits à l’intérieur de bactéries longues de plusieurs centimètres.» Selon Filip Meysman, ces bactéries-câbles se comportent comme des fils électriques vivants, transportant des électrons sur plusieurs centimètres. «Les bactéries-câbles possèdent en quelque sorte un réseau électrique intégré à leur enveloppe cellulaire, constitué de fines fibres conductrices disposées parallèlement le long de filaments pouvant atteindre plusieurs centimètres.» Les scientifiques savent que cette capacité particulière aide ces bactéries à survivre dans les sédiments pauvres en oxygène où elles vivent, mais le mécanisme qui leur permet de conduire les courants électriques reste mystérieux.
Des bactéries aux réseaux métallo-organiques
Pour tenter de résoudre cette énigme, le projet PRINGLE a fait appel à un ensemble de techniques de microscopie et de spectroscopie de haute précision. L’une des premières découvertes a été que les fibres conductrices des bactéries ressemblaient étonnamment aux câbles d’alimentation utilisés pour recharger un smartphone, à ceci près qu’elles sont 20 000 fois plus petites. «Comme les fils de cuivre tressés d’un cordon d’alimentation, chaque fibre renferme en son centre un faisceau de nanorubans entrelacés, entouré d’une couche protectrice de protéines», explique Filip Meysman. Selon lui, cette architecture en nanorubans n’avait encore jamais été observée. Elle constitue une véritable autoroute miniature, mais particulièrement efficace, pour le transport des électrons. «Plus surprenant encore, les nanorubans eux-mêmes étaient constitués d’un matériau de type RMO», ajoute-t-il. «Jusqu’à présent, on ignorait que le vivant pouvait produire un tel matériau.»
Les bactéries-câbles, de remarquables chimistes
Les travaux menés dans le cadre du projet révèlent que les bactéries-câbles sont de véritables chimistes. «Le matériau RMO en nanorubans produit par les bactéries-câbles compte parmi les matériaux RMO conducteurs les plus performants jamais fabriqués», souligne Filip Meysman. Cette découverte ouvre la voie à la synthèse biologique de RMO et pourrait également inspirer une nouvelle approche pour concevoir des matériaux électroniques durables. Sur ce dernier point, les chercheurs de PRINGLE entendent désormais à déterminer si les chimistes peuvent concevoir des matériaux RMO inspirés du vivant et quelles applications ces matériaux pourraient trouver dans les technologies électroniques ou les batteries. «Qui sait, peut-être trouverez-vous un jour ce type matériau à l’intérieur de votre smartphone», conclut Filip Meysman. Le projet a publié ses résultats dans «Nature Communications»(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre).
