L’industrie laitière est aux prises avec un problème mondial persistant depuis des décennies : une infection bactérienne des mamelles des vaches qui réduit considérablement la production de lait.
On estime que cette maladie, connue sous le nom de mammite bovine, entraîne des pertes mondiales annuelles de 22 milliards de dollars américains (28 milliards de dollars singapouriens). Bien que des antibiotiques aient été utilisés pour traiter l’infection chez les bovins laitiers, des problèmes tels que la résistance croissante aux antibiotiques et les inquiétudes concernant la contamination du lait par des résidus d’antibiotiques subsistent.
Aujourd’hui, une équipe de chercheurs internationaux a développé des alternatives aux antibiotiques qui préviennent l’infection grâce à un nouveau mécanisme qu’elles ont découvert.
Les scientifiques ont été dirigés par l'Université technologique de Nanyang, à Singapour (NTU Singapour), en collaboration avec le groupe de recherche interdisciplinaire sur la résistance aux antimicrobiens (AMR) de l'Alliance Singapour-MIT pour la recherche et la technologie (SMART), l'entreprise de recherche du Massachusetts Institute of Technology (MIT) à Singapour. Leurs découvertes ont été récemment publiées dans la revue scientifique Communications naturelles.
Lors d'un essai préliminaire en ferme, les nouveaux composés antimicrobiens ont été appliqués sur les trayons des vaches et il a été démontré qu'ils préviennent l'infection du pis après que les animaux ont été exposés à des bactéries.
Notre étude a dévoilé une classe alternative de composés antimicrobiens puissants qui pourraient être utilisés dans l’industrie agricole pour lutter contre les bactéries multirésistantes responsables de la mammite bovine. Les composés sont également prometteurs car ils n’ont pas provoqué d’effets indésirables significatifs chez les bovins lors de nos tests. Ils n’ont pas gâché le lait des vaches et ne l’ont pas non plus rendu impropre à la consommation. »
Professeur Mary Chan, l'un des co-responsables de la recherche à l'École de chimie, de génie chimique et de biotechnologie de NTU Singapour et à l'École de médecine Lee Kong Chian, ainsi qu'un chercheur principal à SMART AMR
Les nouveaux composés ont depuis suscité l'intérêt de plusieurs entreprises agricoles en Australie, en Belgique, en Malaisie et en Nouvelle-Zélande. Les entreprises sont enthousiastes car elles recherchent des substituts plus sûrs et plus respectueux de l'environnement que les composés existants pour prévenir l'infection des trayons des vaches.
Le professeur Paula Hammond, professeur à l'institut et vice-président exécutif du MIT et chercheur principal chez SMART AMR, qui est l'un des co-auteurs de la recherche, a déclaré : « Avec le succès de notre étude initiale en laboratoire et sur le terrain, nous prévoyons maintenant de travailler en étroite collaboration avec des partenaires industriels pour étendre et réaliser des essais à plus grande échelle sur les bovins laitiers, dans le but de commercialiser les nouveaux composés antimicrobiens. »
Le professeur Kevin Pethe, autre co-responsable de l'étude à la Lee Kong Chian School of Medicine de NTU et chercheur principal chez SMART AMR, a noté que les nouveaux composés sont également très efficaces pour tuer les bactéries multirésistantes chez les souris à des doses qui n'étaient pas sensiblement nocives pour les rongeurs participant à l'étude de l'équipe. « Cela ouvre la voie au développement et à l'optimisation des composés pour d'autres applications thérapeutiques dans le domaine biomédical à l'avenir », a-t-il déclaré.
Problèmes de mamelle
Lorsque les mamelles des bovins sont infectées, les antibiotiques utilisés pour les traiter se retrouvent souvent dans leur lait à des concentrations élevées pendant un certain temps, de sorte que le lait ne peut être consommé ou vendu selon les règles en vigueur. Des bactéries résistantes à ces traitements antibiotiques ont également fait leur apparition.
Pour prévenir l'infection des trayons des vaches, les agriculteurs trempent généralement les mamelles dans une solution antiseptique, telle que celles contenant de l'iode ou de la chlorhexidine, pour tuer les bactéries qui s'y trouvent. Cependant, l'utilisation à long terme de désinfectants peut irriter les mamelles ou provoquer des fissures sur leur peau, ce qui augmente le risque d'infection.
On craint également qu'après le nettoyage des mamelles avec des antiseptiques, l'iode et la chlorhexidine puissent se retrouver dans l'environnement et causer des problèmes tels que la perturbation de l'équilibre des nutriments dans la nature et nuire à la vie aquatique, respectivement. Et lorsque les produits chimiques entrent en contact avec le lait, par exemple lorsque les mamelles ne sont pas correctement nettoyées, ils deviennent moins efficaces pour tuer les bactéries.
Les scientifiques dirigés par NTU ont réalisé que ces défis dans le secteur laitier pouvaient être relevés grâce à de nouveaux composés appelés « acides carbonés oligoimidazolium » (OIM) qu'ils avaient initialement développés comme alternatives pour lutter contre les bactéries résistantes aux antibiotiques.
Ils ont découvert que les OIM tuent les bactéries d'une nouvelle manière, contrairement aux antimicrobiens « cationiques » traditionnels étudiés actuellement comme substituts aux antibiotiques. Certaines parties des OIM se transforment en structures appelées carbènes, ce qui leur permet de passer rapidement les membranes protectrices des bactéries pour endommager leur ADN et les tuer. Cette méthode de destruction est plus puissante que celle des antimicrobiens cationiques classiques. Ainsi, des doses plus faibles d’OIM sont nécessaires, ce qui réduit le risque d’effets secondaires.
Potentiel commercial
L'équipe de recherche a testé si les OIM pouvaient être utilisés comme bain antiseptique pour prévenir la mammite bovine dans un essai préliminaire en ferme dirigé par SMART AMR. Les vaches dont les trayons ont été trempés dans les composés n'ont pas développé d'infection du pis au fil du temps après avoir été exposées à des bactéries.
Les OIM n'ont pas non plus irrité les mamelles des vaches ni provoqué un comportement anormal des animaux – par exemple, ils n'étaient pas agités et ne donnaient pas de coups de pied, qui sont des signes de démangeaisons et d'irritation. Les composés ont été facilement éliminés par lavage car aucune trace n'a été détectée sur les mamelles ou dans le lait des vaches après le nettoyage des trayons.
Ils ont également un avantage durable. « Les OIM sont biodégradables et se décomposent en molécules naturelles qui ne sont ni toxiques ni polluantes. Nous nous attendons donc à ce qu'ils soient plus respectueux de l'environnement que l'utilisation de l'iode ou de la chlorhexidine », a expliqué le Dr Kaixi Zhang, chercheur scientifique chez SMART AMR et co-auteur de l'étude.
Les tests ont montré que les OIM n'affectent pas non plus la qualité du lait. De plus, contrairement à l'iode et à la chlorhexidine, la capacité de l'OIM à tuer les bactéries n'était pas affectée par le lait.
À l’avenir, les scientifiques commercialisent les OIM par l’intermédiaire d’une société dérivée, et un vaste essai en ferme a été lancé à Malacca, en Malaisie, pour optimiser les composés antimicrobiens. Plusieurs entreprises agricoles d'Australie, de Belgique, de Malaisie et de Nouvelle-Zélande ont exprimé leur intérêt pour l'exploration de l'utilisation commerciale de composés antimicrobiens pour prévenir, et éventuellement traiter, la mammite bovine chez les bovins laitiers.
L’industrie laitière recherche activement de nouveaux composés beaucoup moins toxiques, plus efficaces et plus durables pour remplacer les produits existants à base d’iode et de chlorhexidine, utilisés depuis des décennies pour prévenir la mammite bovine. Parallèlement à la surveillance accrue du secteur laitier suite à l'augmentation des incidents de lait frelaté, les entreprises ont ainsi manifesté leur intérêt pour les nouveaux composés antimicrobiens des chercheurs.
La recherche menée à SMART est soutenue par la National Research Foundation Singapore dans le cadre de son programme Campus for Research Excellence and Technological Enterprise (CREATE). L'étude d'essai en ferme a été financée par une subvention du SMART Innovation Centre, qui aide les chercheurs à commercialiser leurs technologies et à les transformer en entreprises fructueuses.
