L’utilisation de composés métalliques comme agents antimicrobiens remonte à des milliers d’années et jusqu’au 20e siècle, avant d’être remplacée par l’introduction d’antibiotiques organiques au milieu du 20e siècle (Hobman et Crossman, 2015). Les antimicrobiens à base de métaux (MBA) sont prometteurs pour la durabilité face aux maladies transmissibles (objectifs de développement durable des Nations Unies ‐ 3.3), mais leur utilisation et leurs pratiques influencent d’autres ODD, notamment les 3.9, 6.3 et 12.4, qui concernent tous des environnements non pollués pour une vie saine.
L’objectif ultime des antimicrobiens est une efficacité élevée à faible dose sans évolution de la résistance. Un intérêt renouvelé pour les métaux en tant qu’agents antimicrobiens et biocides se reflète dans l’espoir que moins de résistance évoluera. Les antibiotiques traditionnels ont tendance à suivre le concept de cible de balle, agissant sur des processus biochimiques spécifiques: réplication, transcription, traduction et autres enzymes métaboliques domestiques, qui facilitent la résistance progressive (Tenover, 2006; Aminov, 2010). Alternativement, les métaux semblent cibler de multiples processus cellulaires conduisant à des effets pléiotropes sur les cellules bactériennes (Lemire et al., 2013).
Il est maintenant de notoriété publique qu’une variété d’ions métalliques sont toxiques pour les bactéries (Nies, 1999; Harrison et al., 2004). Globalement, les métaux qui sont de plus en plus considérés comme des agents antimicrobiens se trouvent typiquement dans les métaux de transition du bloc d, (V, Ti, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Tb, W, Ag, Cd, Au, Hg) et quelques autres métaux et métalloïdes des groupes 13-16 du tableau périodique (Al, Ga, Ge, As, Se, Sn, Sb, Te, Pb et Bi). Une découverte intéressante faite il y a plus de 10 ans que les métaux ont une forte efficacité contre les microbes se développant sous forme de biofilm (Teitzel et Parsek, 2003; Harrison et al., 2004). Cela était significatif car l’un des phénotypes par excellence des biofilms est leur résistance aux antimicrobiens (Stewart et Costerton, 2001). De plus, les métaux ont montré une certaine efficacité sur les cellules persistantes, les variantes dormantes des cellules régulières qui étaient imperméables aux antibiotiques (Harrison et al., 2005a, b).
Nous avons vu le déploiement commercial à grande échelle des MBA au cours des dernières décennies, en particulier Cu et Ag. Des études ont documenté l’efficacité et la performance des ions métalliques pour un certain nombre de dispositifs et de produits médicaux. Voici quelques exemples : les pansements contenant de l’Ag se sont révélés très efficaces, démontrant une réduction de 99% de la viabilité cellulaire (Boonkaew et al., 2014). Les cathéters urinaires revêtus d’Ag présentent un avantage significatif pour les patients atteints d’infections des voies urinaires, par rapport aux cathéters traditionnels revêtus d’un alliage (Rupp et al., 2004). Les revêtements combinés produits par le dépôt d’Ag et de Ti ont également démontré une diminution de la viabilité cellulaire contre Staphylococcus aureus et Klebsiella pneumoniae, tout en ne présentant aucune cytotoxicité pour les cellules épithéliales et ostéoblastiques (Ewald et al., 2006). Avec l’augmentation de la transmission des agents pathogènes sur diverses surfaces, divers revêtements Cu ont été examinés pour leur potentiel de diminution de la viabilité des microorganismes pathogènes; des rapports ont démontré une réduction de Listeria monocytogenesnm (Wilks et al., 2006), Escherichia coli, y compris un E. coli vérocytotoxigène (Wilks et al., 2005), Mycobacterium tuberculosis (Mehtar et al. 2008), Salmonella enterica, Camplylobacter jejuni (Faúndez et al., 2004), les entérocoques résistants à la vancomycine (Warnes et Keevil, 2011), S. aureus résistant à la méthicilline (Noyce et al., 2006). La viabilité des bactéries est sur des échelles de temps de quelques minutes à quelques heures avec une exposition à la surface Cu, par rapport à d’autres surfaces telles que l’acier inoxydable, le PVC, le bronze d’aluminium et le bronze de silicium. Les masques protecteurs respiratoires imprégnés d’oxyde de cuivre présentent une activité biocide anti‐grippale accrue (Borkow et al., 2010) et des chaussettes imprégnées de Cu ont montré qu’elles amélioraient la cicatrisation des plaies mineures et des coupures chez les patients diabétiques (Borkow et al., 2009). Il est également maintenant courant de voir des ioniseurs Cu / Ag utilisés pour contrôler les légionelles dans les systèmes de distribution d’eau potable dans les hôpitaux pour atténuer les infections nosocomiales (Lin et al., 2011). Le contrôle de nombreux organismes mentionnés ci-dessus est essentiel à la durabilité de la santé, car beaucoup figurent sur la récente liste des agents pathogènes prioritaires de l’OMS dont de nouveaux antibiotiques sont urgemment nécessaires (Tacconelli et al., 2017).
Actuellement, les composés contenant des métaux peuvent être achetés en magasin et sur le Web; en fait, l’argent a trouvé sa place dans de nombreux produits de consommation, tels que les vêtements, les déodorants, les brosses à dents, les verres à boire et même les machines à laver à ioniseur d’argent. Les entreprises offrent maintenant des services de revêtement d’argent pour une gamme de produits, des revêtements de sol aux ustensiles de cuisine, en passant par les contenants de stockage d’aliments, pour n’en nommer que quelques-uns. En parallèle, nous voyons également l’utilisation du cuivre pour bon nombre de ces types de produits. La publicité du produit inclut la confiance dans la sécurité de l’utilisation du métal comme antimicrobien, mais, malgré la richesse des informations publiées sur les mécanismes de toxicité des métaux, dans de nombreux cas, les mécanismes précis par lesquels ils tuent les microbes et leur effet sur les cellules humaines reste encore incertain.
Bien qu’utiles pour la commercialisation, de telles utilisations courantes des MBA entraîneront une perte d’efficacité, similaire à l’utilisation abusive et excessive d’antibiotiques qui a conduit à des souches de résistance multi‐antibiotiques et à leur perte rapide d’efficacité. Malheureusement, il est peut-être déjà trop tard, du moins pour Ag et Cu, en raison de leur déploiement généralisé. De plus, il existe déjà de nombreux rapports sur la résistance croisée entre différents antimicrobiens à base de métaux (par exemple, la résistance croisée Cu et Ag rapportée par Torres‐Urquidy et Bright, 2012), qui peut conduire à une résistance multimétallique (ROR). Certes, les microbes, en particulier ceux qui se développent sous forme de biofilm, ont la capacité inhérente de développer le ROR (Harrison et al., 2007).
Les pratiques de durabilité de l’utilisation des MBA devraient également inclure une discussion sur les déchets. Nous voyons déjà des MBA utilisés dans l’industrie agricole pour l’élevage et les cultures, ce qui entraîne une augmentation de la charge en métal dans les sols et le ruissellement des précipitations / irrigation. De plus, il semble y avoir cooccurrence et cosélection de gènes de résistance aux antibiotiques avec des gènes de résistance aux métaux (Li et al., 2017). En complément des approches biotechnologiques, la révolution technologique de l’omic, en particulier la génomique et la protéomique, peut fournir des biomarqueurs pour les traits de résistance une fois qu’ils sont identifiés. En fin de compte, cela peut conduire à l’utilisation durable des antimicrobiens métalliques grâce à des approches d’application ciblées / personnalisées, en particulier lorsque les MBA ne sont pas déployés lorsque des marqueurs de résistance sont présents.
La biorestauration des polluants toxiques, y compris les métaux, est essentielle pour une santé durable et un bien-être économique. Cependant, dans la plupart des pays du monde, la législation est faible et les amendes modérées sont pour la plupart des industries simplement considérées comme le coût de faire des affaires. Pour la plupart, il y a peu de force motrice pour l’assainissement et, par conséquent, nous voyons au mieux des pratiques de fouille et de vidage ou de clôture. Sans législation et sanctions plus strictes, la seule façon d’inspirer l’industrie est d’ajouter des incitations à un produit dans le processus de biorestauration. Cela devient maintenant une possibilité dans le domaine de la bioremédiation des contaminants métalliques et métalloïdes.
Pour atténuer cette source de polluants métalliques, des stratégies d’assainissement par biorestauration microbienne devraient être utilisées. Bien que la résistance aux métaux puisse se faire par une diminution des mécanismes d’absorption ou d’efflux, d’autres mécanismes à exploiter en biotechnologie pour la biorestauration des métaux sont la biotransformation et la précipitation ainsi que la biosorption des métaux. La précipitation (par biominéralisation) est une perspective intéressante pour récupérer les métaux des systèmes aquatiques/marins contaminés par des métaux (Golby et al., 2014). Par exemple, les épurateurs biologiques microbiens des communautés de microbes de traitement des métaux pourraient être utilisés dans les sites municipaux de traitement des eaux usées où des millions de dollars de métaux précieux sont rejetés chaque année (Dobson et Burgess, 2007; Westerhoff et al., 2015).
Récemment, le développement de nano-antimicrobiens à base de métaux a explosé (Dastjerdi et Montazer, 2010). De plus, une biotechnologie passionnante utilisant des microbes comme usines de produits chimiques verts pour produire des nanomatériaux métalliques est en cours de développement; ces nanomatériaux produits par biofactory ont été explorés pour leur efficacité et leur valeur en tant que nano‐MBA. Les exemples incluent AuNP (Maliszewska et al., 2014), AgNP (Fayaz et al., 2010), SeNP (Cremonini et al., 2016; Piacenza et coll., 2017) et TeNP (Srivastava et al., 2015). Ici, on peut utiliser des bactéries pour l’assainissement d’un polluant métallique pour générer de nouveaux matériaux nano‐MBA de manière durable. L’utilisation de microbes pour produire des nanomatériaux métalliques aux propriétés antimicrobiennes est une promesse biotechnologique réaliste en matière de durabilité, car elle tire parti des approches synthétiques vertes vers des nanomatériaux stables, supérieurs à leurs homologues synthétisés chimiquement.
Alors que les recherches menées à ce jour sur les MBA sont très prometteuses, la compréhension de la toxicologie de ces métaux sur les humains, le bétail, les cultures et l’écosystème (microbien) dans son ensemble fait défaut. L’exposition chronique est souvent ignorée. Pour obtenir une pratique durable, les politiques basées sur l’exposition aiguë et chronique doivent être systématiquement étudiées en parallèle avec les propriétés antimicrobiennes / biocides des métaux.