Le fil de platine Advent permet la première démonstration de l’électro-fermentation anodique chez Bacillus subtilis

Le fil électrode en platine d’Advent a joué un rôle essentiel dans l’avancée réalisée par l’Université de Tampere sur l’électro-fermentation anodique.
En utilisant Bacillus subtilis conçu pour un transfert d’électrons amélioré, les chercheurs ont démontré un processus plus efficace, sans oxygène, pour produire des biochimiques précieux.

La science expliquée simplement
Les scientifiques de l’Université de Tampere ont cherché une méthode plus propre pour fabriquer des produits chimiques utiles sans utiliser d’oxygène. Normalement, de minuscules cellules vivantes appelées bactéries ont besoin d’oxygène pour croître et transformer les sucres en produits comme des alcools ou des acides.

Dans cette étude, les chercheurs ont utilisé une bactérie sûre et courante appelée Bacillus subtilis et ont trouvé un moyen pour qu’elle fonctionne sans oxygène.
Ils ont donné aux bactéries une surface spéciale — une électrode fabriquée avec le fil de platine d’Advent — qui pouvait accepter les électrons que les cellules transfèrent habituellement à l’oxygène. Cela a permis aux bactéries de continuer à travailler même dans un environnement sans oxygène.

En modifiant le pH et en ajustant légèrement les gènes de la bactérie, l’équipe a rendu le processus beaucoup plus rapide et plus efficace. Le résultat : une forte augmentation de la fabrication d’une substance précieuse, le 2,3-butanediol, par les bactéries.
C’est une nouvelle étape vers une production de matériaux du quotidien — comme des plastiques et des carburants — d’une manière plus propre et moins dépendante des ressources fossiles.

Soutenir l’innovation dans la recherche bioélectrochimique
À l’Université de Tampere, des chercheurs mettent au point de nouvelles méthodes pour rendre la biotechnologie industrielle plus durable. Leur dernière étude examine comment l’électro-fermentation anodique (AÉF) peut favoriser la production biochimique sans oxygène en utilisant Bacillus subtilis, un microorganisme largement utilisé dans la fabrication d’enzymes et de produits chimiques.

L’équipe de recherche a compté sur les électrodes en fil de platine d’Advent pour offrir une surface stable et conductrice, nécessaire à un contrôle électrochimique précis dans leurs bioréacteurs bioélectrochimiques sur mesure. Les électrodes étaient essentielles pour capter le flux d’électrons provenant des bactéries modifiées, permettant une mesure exacte de la densité de courant et de l’activité métabolique tout au long de l’expérience.

Le rôle du fil de platine d’Advent
Advent a fourni le fil de platine de 10 cm × 0,4 mm utilisé comme cathode dans le système à trois électrodes de l’étude.

Choisi pour sa conductivité élevée, sa résistance à la corrosion et sa grande pureté, ce fil a garanti un transfert d’électrons fiable et des données cohérentes lors de tests anaérobies prolongés.

Dans ce montage, la cathode en platine fonctionnait aux côtés d’une anode en feutre de carbone et d’une membrane échangeuse de cations pour compléter le circuit d’électro-fermentation anodique. Sa précision et ses performances ont permis aux chercheurs d’évaluer comment les modifications du métabolisme de Bacillus subtilis—ainsi que le contrôle du pH—pouvaient influencer l’efficacité du transfert d’électrons.

Aperçu de l’expérience
L’équipe a modifié génétiquement Bacillus subtilis en supprimant le gène ldh, qui assure normalement la régénération du NAD⁺ durant la fermentation. Ce changement a redirigé le flux d’électrons vers l’anode, rendant le processus dépendant du transfert externe d’électrons plutôt que de l’oxygène.

En utilisant des électrodes en platine Advent dans des réacteurs H en borosilicate, les chercheurs ont maintenu un potentiel anodique contrôlé et mesuré la production de courant comme indicateur direct du transfert d’électrons extracellulaire.
Le système intégrait également du ferricyanure de potassium comme médiateur afin de faciliter le déplacement des électrons entre les cellules et l’électrode.

Résultats et impact
L’étude a permis d’augmenter la densité de courant par 35, avec un pic de 0,77 mA/cm² atteint en deux heures seulement.
Le contrôle du pH s’est révélé essentiel pour les performances :

• À un pH de 6,5, le système a atteint une sélectivité de 77% pour le 2,3-butanediol, un composé industriel clé.
• À pH 7,5, la consommation de glucose a atteint 89% et le transfert total de charge a atteint son maximum.

Ces résultats ont confirmé que Bacillus subtilis pouvait soutenir une respiration anodique — une avancée majeure pour une espèce jusqu’alors limitée aux processus dépendants de l’oxygène. Les découvertes montrent aussi le potentiel du contrôle électrochimique pour produire des composés de grande valeur tout en réduisant l’impact environnemental.

Favoriser une production biochimique plus propre
L’utilisation des électrodes en platine d’Advent a offert la précision, la pureté et la fiabilité nécessaires à une étude de ce calibre.

En permettant aux chercheurs de surveiller le transfert d’électrons dans des conditions strictement anaérobies, ces électrodes ont contribué à la découverte d’une voie de production plus économe en énergie et sans oxygène pour le 2,3-butanediol et des composés similaires.

Ce travail montre comment des matériaux de recherche de haute qualité, comme ceux d’Advent, permettent aux laboratoires de pointe d’explorer de nouvelles méthodes pour la fabrication durable, qu’il s’agisse de biocatalyse ou de systèmes électrochimiques.

Advent Research Materials est fier d’avoir fourni le fil électrode en platine utilisé dans cette avancée majeure à l’Université de Tampere.

L’étude démontre comment des métaux robustes et de grande pureté servent de base aux progrès en bioélectrochimie—soutenant l’innovation pour la production biochimique renouvelable et les technologies de fermentation du futur.

Lire l’étude complète
Cette recherche a été menée à l’Université de Tampere, en Finlande, par Yu Sun, Changshuo Liu, Igor Vassilev, Antti J. Rissanen, Jin Luo et Marika Kokko.

L’étude, intitulée « Respiration extracellulaire améliorée de Bacillus subtilis modifié par électro-fermentation anodique avec optimisation du pH », est actuellement publiée en prépublication sur Research Square et fait l’objet d’une relecture par les pairs pour la revue Biotechnology for Biofuels and Bioproducts.

Citation:
Sun Y., Liu C., Vassilev I., Rissanen A.J., Luo J., & Kokko M. (2025). Enhanced extracellular respiration of engineered Bacillus subtilis via anodic electro-fermentation with pH optimisation. Research Square Preprint.
DOI: 10.21203/rs.3.rs-7808705/v1

Statut : Prépublication — en cours d’examen pour la revue Biotechnology for Biofuels and Bioproducts
Licence : Creative Commons Attribution 4.0 (CC BY 4.0)

Les lecteurs peuvent consulter et partager la version en accès libre sur le site Research Square.