Des bactéries aux frontières de l'efficacité parfaite

Si un jour votre patron vous dit que vous êtes aussi efficace qu'une bactérie intestinale, croyez-nous : c'est en fait un sacré compliment. Une équipe du Massachusetts Institute of Technology (MIT) vient de montrer, dans une étude en cours de publication, que la bactérie Escherichia coli présente entre autres dans notre organisme, se reproduit avec une efficacité proche du maximum physiquement possible.
En effet, chaque action entraîne un transfert d'énergie. Dans le cas des êtres vivants, cela se manifeste souvent sous forme de chaleur et les lois de la thermodynamique sont intransigeantes à ce sujet. Or, selon Jeremy England, auteur de l'étude, les bactéries sur lesquelles il travaille ne sont qu'à un ordre de grandeur de deux ou trois de l’efficacité parfaite possible. Cela signifie que si elles étaient seulement deux à trois fois plus efficaces, il n'y aurait pas la moindre perte d'énergie lorsqu’elles se divisent.
Pour arriver à cette conclusion, Jeremy England a commencé par se demander quelle était l'énergie minimale qu'il fallait à une bactérie pour se diviser en deux bactéries. En théorie, l'efficacité ultime se produit quand il n'y a pas la moindre perte d'énergie, mais ce n'est pas possible dans le monde du vivant. Selon les principes de la thermodynamique, il faut au moins pouvoir compenser l'agencement des matières premières nécessaires à l’apparition d'une deuxième bactérie, principalement des acides aminés. Forcément, cela dépend de la manière dont elles sont disposées et disponibles.
Pour arriver au même résultat, même si ça ne parait pas évident au premier abord, les chercheurs peuvent tenter d'estimer le phénomène inverse. En effet, en cas d'efficacité parfaite, sans perte d'énergie, l'opération est forcément réversible. Quelles sont donc les probabilités pour qu'une seconde bactérie s’effondre d'elle même en une masse chaotique de composants ? Comme l'explique Jeremy England à Nature: "Il y a de nombreuses façons pour partir de deux cellules et ne se retrouver qu'avec une seule. Il faut trouver quel type de cheminement domine ce processus. Il y a de quoi devenir fou quand on essaye de penser à toutes les possibilités".
Le cas extrême est celui où les liens chimiques de tous les composants se rompent. Même si ce phénomène n'a quasiment aucune chance de se produire, l'équipe a estimé quelle énergie cela demanderait pour chaque acide aminé, puis multiplié le résultat par leur nombre dans chaque bactérie. Le montant calculé correspond ainsi théoriquement au minimum d'énergie nécessaire dans le meilleur des cas. Or, ce n'est qu'un peu plus d'un tiers de l'énergie que Escherichia coli consomme réellement lors d'une division. Pas mal pour une bactérie intestinale !