De l’électricité dans nos intestins ?

Les microbiologistes savaient déjà que des bactéries vivant dans des environnements « extrêmes », comme des mines ou le fond des lacs, pouvaient produire de l’électricité en absence d’oxygène ; ce mécanisme permet à la bactérie d'éliminer les électrons produits par le métabolisme.

Chez les animaux et les plantes, les transferts d’électrons se font dans les usines énergétiques des cellules, les mitochondries, dans le cadre de la respiration cellulaire. C'est l'oxygène qui est l'accepteur d'électrons final. Mais les bactéries qui vivent sans oxygène, par exemple dans notre intestin, ou dans des fermenteurs industriels, doivent trouver un autre accepteur d’électrons. Dans un environnement géologique, cet accepteur peut être du fer ou du manganèse, qui se trouve en-dehors de la cellule. On peut dire en quelque sorte que ces bactéries « respirent » des minéraux.

Mais comment font les bactéries qui vivent dans notre intestin?

Ce que montre l’étude

Des scientifiques de l’université de Berkeley ont travaillé sur une bactérie responsable de diarrhées, Listeria monocytogenes, et montré qu’elle peut elle aussi produire de l’électricité. Pour ce faire, elle utilise un système différent de ce qui a déjà été décrit chez des bactéries de l’environnement ; ce nouveau système fait intervenir de la flavine, un dérivé de la vitamine B2.

Pour éliminer les électrons présents à l'intérieur de la cellule (cytosol) et les faire passser à l'extérieur, la bactérie utilise une cascade de réactions chimiques : la chaîne de transfert d’électrons extracellulaire. Ce transport d’électrons génère un petit courant électrique. Les chercheurs ont identifié chez la bactérie Listeria des gènes importants dans ce mécanisme.

Des gènes similaires ont été trouvés dans des centaines d’espèces de bactéries de la famille des Firmicutes : des bactéries pathogènes, mais aussi des bactéries du microbiote intestinal. Ainsi, les bactéries responsables de la gangrène (Clostridium perfringensis), des bactéries impliquées dans des infections nosocomiales (Enterococcus faecalis), mais aussi des streptocoques peuvent fabriquer de l’électricité. Les lactobacilles, une famille de bactéries utilisées dans les yaourts et les probiotiques, feraient eux aussi de l'électricité ! Toutes ces bactéries "électrogènes" possèdent une paroi cellulaire avec une seule membrane : ce sont des bactéries dites à Gram positif.

Le nouveau système de transfert d’électrons identifié est utilisé par la bactérie quand elle en a besoin, c’est-à-dire dans des conditions où elle manque d’oxygène (anaérobie). Cette découverte pose des questions sur le rôle de cette électricité dans la pathogénicité des bactéries et dans la santé du microbiote ou, comme l’explique Dan Portnoy, professeur de biologie moléculaire et cellulaire à Berkeley : « Cela pourrait nous en dire beaucoup sur la façon dont ces bactéries nous infectent ou nous aident à avoir un intestin sain. »

Cette étude parue dans Nature pourrait inspirer des ingénieurs pour inventer des piles à base de bactéries ou pour générer de l’électricité dans des usines de traitement des déchets.

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