L'efficacité des sels d'ammonium quaternaire nouvellement synthétisés, différant par la longueur de la chaîne et le type de contre-ion, contre les agents pathogènes humains prioritaires

Aug 15, 2023

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 21799 (2022) Citer cet article

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Les sels d'ammonium quaternaire (QAS) sont couramment présents comme substances actives dans les désinfectants. Les QAS ont la propriété importante de recouvrir les surfaces abiotiques, ce qui empêche l’adhésion des micro-organismes, inhibant ainsi la formation de biofilm. Dans cette étude, un groupe de neuf QAS monomères, différant par la structure et la longueur de la chaîne aliphatique (C12, C14, C16) et du contre-ion (carbonate de méthyle, acétate, bromure), ont été étudiés. L’étude comprenait une analyse de leur action contre les formes planctoniques ainsi que contre les biofilms bactériens. Les composés ont été testés pour leurs propriétés anti-adhésives sur des surfaces en acier inoxydable, en polystyrène, en silicone et en verre. De plus, une analyse de mutagénicité et une évaluation des propriétés hémolytiques ont été réalisées. Il a été constaté que les composés dotés de chaînes hydrophobes à 16 carbones étaient les plus prometteurs contre les formes planctoniques et les biofilms. Les tensioactifs testés (C12, C14, C16) ont montré une activité anti-adhésive mais celle-ci dépendait du type de surface et de la souche utilisée. Les composés testés aux concentrations CMI n’ont pas provoqué d’hémolyse des cellules sanguines de mouton. Le type de contre-ion n’était pas aussi significatif pour l’activité du composé que la longueur de la chaîne aliphatique hydrophobe.

Les sels d'ammonium quaternaire (QAS) constituent un large groupe de tensioactifs cationiques. En raison de leur structure et de leurs propriétés uniques, ils sont répandus dans la plupart des industries et se retrouvent dans la nature, où ils peuvent avoir des fonctions protectrices lors du stress osmotique cellulaire (par exemple, la glycine bétaïne produite par Rhizobium meliloti)1,2. Ils sont utilisés comme tensioactifs dans les détergents, où ils réduisent la tension superficielle aux interfaces de phases. De plus, ils peuvent être des composants de détergents à lessive, de solvants ou de préparations anticorrosion. Ils sont également utilisés lors de la synthèse chimique comme catalyseurs1,2. Les QAS sont utilisés en médecine comme médicaments, par exemple en anesthésiologie, où ils induisent une relaxation des muscles squelettiques (par exemple, le sugammadex, la D-tubocurarine, la toxiférine). Ils sont également utilisés pour traiter l'hyperhidrose et la salivation (par exemple, le bromure de glycopyrronium)3.

Les QAS sont particulièrement largement utilisés comme substances actives dans les désinfectants4,5,6. Selon leur structure, ils ont une activité antimicrobienne contre les bactéries Gram-positives et Gram-négatives, les champignons et les virus enveloppés. Il s'agit notamment des chlorures de benzalkonium (BAC) et du Decon7, une nouvelle génération de composés qui éradiquent les biofilms de Staphylococcus spp. et Pseudomonas spp.7. Les recherches menées ces dernières années ont montré que les sels contenus dans les désinfectants inactivent efficacement le virus SARS-CoV-27. Le mécanisme d’action précis du QAS n’est pas entièrement compris. On pense généralement que ces composés peuvent interagir avec les membranes cellulaires des micro-organismes, provoquant leur désintégration. En fonction de leur composition chimique, les QAS peuvent interagir avec des protéines ou du matériel génétique8,9.

QAS a une structure amphiphile en raison de la présence d'une tête hydrophile (lipophobe) et d'une queue hydrophobe (lipophile) qui présente une affinité pour les lipides de la membrane cellulaire. Ces tensioactifs contiennent également des contre-ions (par exemple, bromure-Br−, chlorure-Cl−), qui augmentent l'activité antimicrobienne du composé10,11,12.

La structure QAS traditionnelle porte un fragment hydrophile (lipophobe) chargé positivement, une queue hydrophobe (lipophile), comprenant principalement un fragment alkyle plus court ou plus long et des contre-ions chargés négativement. L’un des inconvénients les plus problématiques liés à l’utilisation généralisée de certains types de tensioactifs cationiques est leur biodégradabilité limitée liée à leur toxicité pour les organismes aquatiques13. Les tensioactifs facilement biodégradables et moins toxiques incluent très souvent un fragment labile approprié dans leurs structures : généralement un ester ou un amide14. Le clivage de la liaison labile induit chimiquement et/ou enzymatiquement entraînera la séparation de la partie polaire et de la queue hydrophobe et, par conséquent, une modification de l'activité de surface15. En règle générale, les contre-ions du QAS sont des halogénures (en particulier le chlore et le bromure) ou des anions méthylsulfate. D’autre part, il existe une forte demande pour de nouveaux types de contre-ions répondant aux exigences d’agents désinfectants sûrs et aux principes de la « chimie verte », notamment les lactates, formiates et acétates. Les dérivés QAS, contenant les nouveaux contre-ions susmentionnés, sont synthétisés par quaternisation d'un dérivé d'amine tertiaire approprié avec du carbonate de diméthyle, suivie d'une réaction avec un acide (par exemple acétique, formique ou lactique) plus fort que le carbonique. Les semi-produits – les méthylcarbonates quaternaires amphiphiles – peuvent être isolés et purifiés, car ils constituent un groupe précieux de tensioactifs réactifs, sujets aux échanges de contre-ions, en particulier dans les systèmes biologiques 16,17.