Impact du chlorure de benzalkonium et d'autres désinfectants sur la résistance bactérienne aux antimicrobiens

Un article de Jean-Yves Maillard, paru dans Journal of Applied Microbiology, disponible en accès libre, il y a quelques mois, traite de l’«Impact du chlorure de benzalkonium, du chlorure de benzéthonium et du chloroxylénol sur la résistance bactérienne aux antimicrobiens». Comme le blog s’intéresse aux désinfectants utilisés en entreprise alimentaire et ailleurs, je vous apporte des éléments sur ce sujet important.

Résumé

Cette revue a examiné 3 655 articles sur le chlorure de benzalkonium (BKC), le chlorure de benzéthonium (BZT) et le chloroxylénol (CHO) dans le but de comprendre leur impact sur la résistance aux antimicrobiens. Suite à l'application des critères d'inclusion/exclusion, seuls 230 articles ont été retenus pour analyse ; 212 concernaient le BKC, avec seulement 18 pour CHO et BZT. Soixante-dix-huit pour cent des études ont utilisé la CMI pour mesurer l'efficacité du BKC. Très peu d'études ont défini le terme de «résistance» et 85% des études ont défini la «résistance» comme une augmentation <10 fois (40% aussi faible que 2 fois) de la CMI. Seules quelques études in vitro ont rapporté des produits formulés et lorsqu'elles l'ont fait, les produits ont obtenu de meilleurs résultats. Les études in vitro examinant l'impact de l'exposition au BKC sur la résistance bactérienne ont utilisé soit un protocole d'entraînement par étapes, soit une exposition à des concentrations constantes de BKC. Dans ces cas, l'exposition au BKC a entraîné une élévation de la CMI ou/et de la CMB, souvent associée à un efflux, et parfois à une modification du profil de sensibilité aux antibiotiques. La pertinence clinique de ces résultats n'a cependant été ni rapportée, ni abordée. Il convient de noter que plusieurs études ont rapporté que les souches bactériennes avec une CMI ou CMB élevée restaient sensibles à la concentration de BKC en cours d'utilisation. Il a été démontré que l'exposition au BKC réduisait la diversité bactérienne dans des microcosmes microbiens complexes, bien que la signification clinique d'un tel changement n'ait pas été établie. L'impact de l'exposition au BKC sur la dissémination des gènes résistants (notamment l'efflux) reste spéculatif, bien qu'il se manifeste que les isolats cliniques, vétérinaires et alimentaires avec une CMI élevée du BKC portaient plusieurs gènes de la pompe à efflux. La corrélation entre l'utilisation du BKC et le portage, le maintien et la diffusion du gène n'a pas non plus été établie. Le manque d'interprétation clinique et de significativité dans ces études ne permet pas d'établir avec certitude le rôle du BKC sur la RAM en pratique. La littérature limitée sur le BZT et le CHO ne permettent pas de conclure que ceux-ci auront un impact négatif sur la résistance bactérienne émergente dans la pratique.

Conclusion

L'utilisation de produits contenant du BKC, du BZT et du CHO a été considérée comme une préoccupation pour le développement potentiel d'une diminution de la sensibilité bactérienne à ces biocides et/ou antibiotiques chimiothérapeutiques. Au total, 3 655 articles scientifiques mentionnant ces biocides ont été analysés. La grande majorité n'a pas rempli les critères d'inclusion et dans l'ensemble, très peu d'articles pertinents traitant spécifiquement de la résistance aux antimicrobiens ont été retenus. La plupart des études concernaient le BKC, avec 212 articles retenus, et très peu concernaient le CHO (12) et le BZT (6).

Un problème évident avec la littérature scientifique était le manque de normalisation de la méthode utilisée pour mesurer la sensibilité aux biocides et aux antibiotiques. Par exemple, avec la littérature sur le BKC, la majorité des études 161/212 (76%) rapportent des données de la CMI qui ne reflètent pas l'utilisation du produit dans la pratique. Seuls 27% d'entre eux (43/161) ont utilisé un protocole standardisé, principalement la méthode de microdilution en bouillon CLSI (Clinical Laboratory Standards Institute) ou la méthode de dilution sur gélose. De plus, seulement 10% (21/212) des études retenues ont fourni des informations sur la CMB et seulement 10% (22/212) ont réalisé des tests bactéricides tels que l’essai en suspension. L'utilisation d'une augmentation de la CMI comme seul indicateur de résistance a été critiquée comme ne reflétant pas l'utilisation du produit dans la pratique, mais comme fournissant simplement une indication qu'un biocide peut modifier un phénotype bactérien (Maillard et al., 2013 ; Russell & McDonnell, 2000). Il a longtemps été soutenu qu'un changement de CMI n'indique pas nécessairement qu'une bactérie sera résistante à un biocide, en particulier lorsque l'on considère que la concentration utilisée dans un produit est souvent considérablement plus élevée (> 1000 fois) que la CMI (Maillard et al ., 2013 ; Russell et McDonnell, 2000). Pour ajouter une certaine perspective, le manuel des excipients pharmaceutiques (Rowe et al., 2009) rapporte des concentrations en cours d'utilisation de BKC pour la conservation des préparations pharmaceutiques de 100 à 200 mg l−1 et aussi faible que 20 mg l−1 pour les formulations otiques . En pratique, les savons à base de BKC contiennent entre 1 et 10 g l−1 de BKC, les produits désinfectants à base de BKC contiennent des concentrations de BKC allant de 200 à 400 mg l−1, tandis que les désinfectants hospitaliers contiennent généralement 1,2 à 2,4 g l−1 de BKC. Une concentration de BKC de 1 g l−1 représente les extrémités inférieures des plages de la monographie d'éligibilité active pour une utilisation dans les produits antiseptiques couverts par l'antiseptique en vente libre. Les augmentations de la CMI après une exposition répétée à la même concentration de BKC (tableau 1) plutôt qu'un entraînement par étapes (exposition répétée à une concentration croissante de BKC), ont entraîné une CMI de BKC < 50 mg l−1 chez une seule espèce bactérienne (Kawamura-Sato et al., 2008). Deux manuscrits récents ont étudié l'effet de la co-exposition du BKC avec un antibiotique et ont démontré une activité antibiotique réduite (Pietsch et al., 2021 ; Short et al., 2021). Alors que la science est intéressante, la probabilité d'une co-exposition se produisant dans la pratique est faible.

Des isolats cliniques, vétérinaires et environnementaux montrant une CMI du BKC élevée portent de nombreux gènes de la pompe à efflux. La corrélation entre l'utilisation du BKC et le portage et la dissémination du gène d'efflux n'a été établie dans aucune étude in vitro. La signification clinique d'une diminution de la sensibilité aux antibiotiques chez les isolats présentant une diminution de la sensibilité au BKC n'a pas été bien étudiée. Lorsqu'une résistance clinique aux antibiotiques a été observée, une corrélation directe avec l'utilisation du BKC n'a pas été établie. De plus, il n'existe aucune information sur l'impact du BKC sur le transfert ou le maintien des gènes de résistance. Les isolats bactériens présentant une sensibilité réduite au BKC ne se sont pas révélés plus virulents (dans les essais sur les animaux) et l'aptitude accrue (mesurée par le taux de croissance) des isolats présentant une sensibilité réduite au BKC, lorsqu'elle a été étudiée, s'est avérée, peut-être sans surprise, être élevée en présence de BKC. Parmi les 230 articles retenus, un seul article in situ a soulevé une préoccupation selon laquelle l'exposition répétée au BKC sélectionne des bactéries conduisant à un changement clinique de la sensibilité aux antibiotiques. Il n'est cependant pas clair si le changement du profil de sensibilité aux antibiotiques était uniquement dû aux produits contenant du BKC, car le produit de lavage des mains utilisé dans cette étude contenait du triclosan, qui est connu pour affecter la sensibilité aux antimicrobiens.

Le nombre limité d'études pertinentes sur CHO et BZT ne permet pas de conclure que l'utilisation de ces actifs pourrait entraîner une augmentation de la sensibilité au CHO ou au BZC ou/et aux antibiotiques chimiothérapeutiques. Il n'existe aucune information sur l'impact du CHO ou du BZC sur le transfert ou le maintien de gènes résistants.

Malgré l'abondante littérature sur la «résistance» aux antimicrobiens, l'aspect pratique des résultats reste limité. L'utilisation de normes reconnues pour tester l'activité des biocides et des antibiotiques permettrait une meilleure comparaison entre les données et fournirait une certaine signification clinique. Le débat sur l'utilisation des données de la CMI n'est pas clos puisque la détermination de la CMI prend moins de temps et peut être automatisée. L'utilisation d'une concentration d'essai pertinente telle que la concentration «pendant l'utilisation» permettrait de mieux interpréter la signification pratique d'une augmentation de la CMI. L'augmentation d'isolats porteurs de plusieurs gènes d'efflux peut être préoccupante, mais la signification clinique d'un tel portage doit être établie. De même, l'impact des biocides (généralement) sur le maintien des gènes d'efflux (ou autres), les mutations forcées et le transfert de gènes nécessitait encore des investigations complémentaires. En fin de compte, l'utilisation de biocides pour contrôler et/ou éliminer les pathogènes reste essentielle dans de nombreux environnements, et cela doit être correctement équilibré contre les risques réalistes de résistance antimicrobienne émergente.

NB : L'American Cleaning Institute a chargé Biocide Consult Ltd de rédiger un rapport complet sur la résistance au BKC, au BZT et au CHO afin d'aider à la soumission d'un document sur l'impact du BKC, du BZT et du CHO sur la RAM à la FDA des États-Unis. Cet examen est basé en partie sur ce rapport. Jean-Yves Maillard est le directeur de Biocide Consult Ltd.

De la sensibilité réduite de Listeria monocytogenes au chlorure de benzalkonium dans les environnements de transformation alimentaire, selon une évaluation intégrée

On n’en est pas encore à pour qui sonne le glas pour le chlorure de benzalkonium, mais cet article détailé, «Évaluation intégrée de la sensibilité réduite de Listeria monocytogenes au chlorure de benzalkonium dans les environnements de transformation alimentaire», publié dans Applied and Environmental Microbiology, apporte des éléments de discussion à ce sujet.

Résumé

Pendant des décennies, les désinfectants à base de composés d'ammonium quaternaire (CAQ) ont été largement utilisés dans les environnements de transformation des aliments pour maîtriser les pathogènes d'origine alimentaire tels que Listeria monocytogenes. Pour autant, il n'y a pas de consensus sur la probabilité et l'implication d'une sensibilité réduite de Listeria au chlorure de benzalkonium (CB) qui pourrait émerger en raison d'une exposition sublétale aux désinfectants dans les environnements de transformation des aliments. En mettant l'accent sur la transformation des produits frais, nous avons tenté de combler les multiples lacunes en matière de données et de preuves entourant le débat. Nous avons déterminé une forte corrélation entre les phénotypes de tolérance et les déterminants génétiques connus de la tolérance au CB avec un vaste ensemble d'isolats issus de produits frais. Nous avons évalué la sélection du CB sur L. monocytogenes par le biais d'une enquête génomique à grande échelle et structurée par source de 25 083 génomes de L. monocytogenes disponibles publiquement provenant de diverses sources aux États-Unis. En tenant compte des contraintes de l'environnement de transformation, nous avons surveillé le début temporel et la durée de la tolérance adaptative au BC dans les isolats tolérants et sensibles. Enfin, nous avons examiné les concentrations résiduelles de BC dans une installation de transformation de produits frais à différents moments au cours de l'exploitation quotidienne. Bien que les preuves génomiques soutiennent une sélection élevée du CB et la recommandation de rotation des désinfectants dans le contexte général des environnements de transformation des aliments, elles suggèrent également une variation marquée dans l'occurrence et l'impact potentiel de la sélection parmi les différents produits et secteurs. Pour la transformation des fruits et légumes frais, nous concluons que les installations correctement nettoyées et désinfectées sont moins affectées par la sélection du CB et peu susceptibles de fournir des conditions propices à l'émergence d'une tolérance adaptative au CB chez L. monocytogenes.

Importance

Notre étude démontre une approche intégrative pour améliorer les stratégies d'évaluation et de maîtrise de la sécurité des aliments dans les environnements de transformation des aliments grâce à l'exploitation collective des enquêtes génomiques, des tests de laboratoire et de prélèvements des installations de transformation. Dans l'exemple de l'évaluation de la sensibilité réduite de Listeria à un désinfectant largement utilisé, cette approche a fourni des preuves à multiples facettes qui intègrent des signaux génétiques de la population, des résultats expérimentaux et des contraintes du monde réel pour aider à aborder un débat durable d'importance réglementaire et pratique.

Commentaire

Etude qui certainement intéressera les entreprise alimentaires, si des centres techniques veulent bien leur expliquer les résultats et les conséquences pour elles.

Juste une remarque sur le résumé ou plutôt un détail. Il est question de «properly sanitized and cleaned facilities», à savoir «ateliers proprement désinfectés et nettoyés». L’inverse aurait été plus exact, «ateliers proprement nettoyés et désinfectés».

Dans une mini revue de 2019, disponible en intégralité, publiée dans Applied and Environmental Microbiology, «Benzalkonium Chlorides: Uses, Regulatory Status, and Microbial Resistance», les auteurs indiquent,

Notre analyse suggère que l'utilisation omniprésente et fréquente des chlorures de benzalkonium dans les produits commerciaux peut générer des environnements sélectifs qui favorisent les phénotypes microbiens potentiellement résistants à une variété de composés. Une analyse des avantages par rapport aux risques devrait servir de guide pour les mesures réglementaires concernant des composés tels que les chlorures de benzalkonium. 

La figure ci-dessous illustre le marché de plusieurs milliards de dollars du chlorure de benzalkonium.

(A) formule du chlorure de benzalkonium chloride (BAC) et structure. (B) Utilisation des BACs et six types de mécanismes de résistance microbienne rapportés aux BACs.

Mise à jour du 25 octobre 2022

Une autre étude parue dans AEM fournit de nouvelles informations sur la sélection de la tolérance au chlorure de benzalkonium chez L. monocytogenes et d'autres Listeria spp.

La tolérance de Listeria monocytogenes aux composés d'ammonium quaternaire a été soulevée comme une préoccupation en ce qui concerne la persistance de L. monocytogenes dans les environnements de transformation des aliments, y compris dans les environnements de conditionnement et de transformation des produits frais. La persistance de L. monocytogenes peut augmenter le risque de contamination des produits, de rappels d'aliments et d'éclosions de maladies d'origine alimentaire. Notre étude montre que des souches de L. monocytogenes et d'autres Listeria spp. peuvent acquérir des adaptations héréditaires qui confèrent une tolérance accrue à de faibles concentrations de chlorure de benzalkonium, mais ces adaptations n'augmentent pas la survie de L. monocytogenes et des autres Listeria spp. lorsqu'il est exposé à des concentrations de chlorure de benzalkonium utilisées pour la désinfection des surfaces en contact avec les aliments (300 mg/L). Dans l'ensemble, ces résultats suggèrent que l'émergence de souches de Listeria tolérantes au chlorure de benzalkonium dans les environnements de transformation des aliments est une préoccupation limitée, car même les souches adaptées pour obtenir des CMI plus élevées in vitro conservent une sensibilité totale aux concentrations de chlorure de benzalkonium utilisées pour les surfaces en contact avec les aliments.

A propos du chlorure de benzalkonium

Sous le titre, Benzalkonium Chlorides: Uses, Regulatory Status, and Microbial Resistance (Chlorure de benzalkonium: utilisations, statut réglementaire et résistance microbienne), vient de paraître un article dans Applied and Environmental Microbiology, une revue de l’American Society for Microbiology.

Résumé.

Le chlorure de benzalkonium (BAC pour Benzalkonium Chlorides) est un produit chimique ayant de nombreuses applications en raison de ses propriétés antimicrobiennes à large spectre contre les bactéries, les champignons et les virus. 

Cette revue fournit une vue d'ensemble du marché du BAC, ainsi que des mesures réglementaires et des données disponibles sur la sécurité sanitaire, la toxicité et la contamination de l'environnement. 

Nous avons ciblé les effets de l’exposition fréquente des communautés microbiennes aux BAC et sur le potentiel d’émergence de phénotypes de résistance croisée.

À cette fin, nous examinons les concentrations de BAC dans les produits de consommation, leur corrélation avec l’émergence de la tolérance dans les populations microbiennes et le potentiel de risque associé. 

Notre analyse suggère que l'utilisation omniprésente et fréquente du BAC dans les produits commerciaux peut générer des environnements sélectifs qui favorisent les phénotypes microbiens potentiellement résistants à une résistance croisée à une variété de composés. 

Une analyse bénéfices/risques devrait être le fil conducteur des mesures réglementaires concernant des composés tels que le BAC.

Cet article intervient notamment après la publication en 2015 d’un article de Charles Gerba dans Applied and Environmental Microbiology de Quaternary Ammonium Biocides: Efficacy in Application. Dans sa conclusion, l’auteur souligne,

L’utilisation appropriée des ammonium quaternaires dans la transformation des aliments, la restauration commerciale et collective, les établissements de santé et dans les maisons peut avoir un impact considérable sur la santé en réduisant le nombre d'infections. Des essais mieux standardisés pour évaluer et définir les différences entre l'augmentation de la tolérance par rapport à la résistance sont nécessaires. La dynamique écologique des communautés microbiennes où les ammonium quaternaires constituent la ligne principale de défense contre l'exposition aux agents pathogènes doit être mieux compris en termes de doses sublétales et de résistance aux antibiotiques. Aujourd’hui, il semble n'y avoir aucune raison de restreindre l'utilisation des ammonium quaternaires sur la base de l’augmentation de la tolérance ou de l'induction de pompes d’efflux. 

NB : Plusieurs articles sont parus sur les ammonium quaternaires ici et sur Listeria monocytogenes et le chlorure de benzalkonium ici.