Quand deux bactéries se transforment en un système de détection électrique

 

Dans un laboratoire de Rice University, une équipe de chercheurs propose une idée assez simple sur le papier, mais qui pourrait changer la manière dont on conçoit certains capteurs biologiques. Leur travail, publié dans Nature Biotechnology, repose sur une association entre deux bactéries capables, ensemble, de transformer un signal chimique en courant électrique.

Aujourd’hui, beaucoup de capteurs biologiques utilisent la lumière pour signaler la présence d’une molécule. Cela fonctionne bien en laboratoire, mais devient vite compliqué dès qu’on sort de ces conditions contrôlées. L’électricité, elle, se mesure facilement avec des appareils simples. Le problème, c’est que les bactéries qui produisent naturellement de l’électricité sont souvent difficiles à modifier génétiquement, alors que celles que les biologistes manipulent facilement ne produisent pas ce type de signal.

Siliang Li travaillant sur le système e-COSENS dans le laboratoire (de Jared Jones/Rice University)

Les chercheurs ont contourné cette difficulté en répartissant le travail entre deux espèces. D’un côté, une bactérie bien connue en biologie, Escherichia coli, facile à modifier. De l’autre, Lactiplantibacillus plantarum, capable de générer un courant électrique, mais beaucoup moins souple en laboratoire.

Le principe repose sur une molécule clé, la quinone. Cette molécule agit comme un intermédiaire. Les scientifiques ont programmé E. coli pour qu’elle ne produise de la quinone qu’en présence d’une substance bien précise, par exemple un polluant ou un marqueur biologique. Une fois libérée, cette quinone est utilisée par L. plantarum, qui transforme ce signal chimique en un courant électrique mesurable.

Ce système, baptisé e-COSENS, fonctionne donc comme une chaîne. Une première bactérie détecte, une seconde transmet sous forme électrique. L’intérêt est évident. On peut modifier la première bactérie pour reconnaître des molécules très différentes, sans devoir toucher à la seconde.

Les chercheurs ont testé leur approche dans plusieurs situations concrètes. Ils ont détecté des métaux lourds dans de l’eau, des marqueurs d’inflammation dans une salive artificielle, des peptides antimicrobiens dans des échantillons d’origine fécale et même des traces d’antibiotiques dans du lait. Dans chaque cas, la réponse électrique apparaît rapidement, parfois en moins de vingt minutes.

Un autre point important concerne le matériel. Les premières expériences utilisaient des dispositifs de laboratoire assez encombrants. Avec leurs collègues de Tufts University et du Baylor College of Medicine, les scientifiques ont mis au point un support électronique compact, de la taille d’une pièce, capable de lire directement le signal. Cela rapproche ce type de capteur d’un usage sur le terrain, sans équipement complexe.

Ce travail ouvre une piste intéressante. Plutôt que de chercher une bactérie capable de tout faire, on assemble un système modulaire, un peu comme un montage expérimental. Chaque élément remplit une fonction précise. Cette logique rend le dispositif adaptable à de nombreux contextes, de la surveillance de l’environnement au diagnostic médical.

Il reste encore des étapes avant une utilisation à grande échelle, mais l’idée est solide et prometteuse. En biologie, la coopération entre organismes n’est pas nouvelle. Ici, elle devient un outil d’ingénierie, au service de capteurs simples, rapides et potentiellement peu coûteux.

Référence :

Siliang Li et al, "Synthetic microbial co-cultures for modular bioelectronic sensing in diverse environments", Nature Biotechnology (2026). DOI: 10.1038/s41587-026-03075-7 

Engineered dual-bacterial sensors turn chemical signals into electricity, 17 avril 2026, Rachel Leeson, Rice University.