Evaluation of the impact of antibiotics and pesticides used in livestock and agriculture on the safety of bovine meat consumed in the North-East of Benin

Abstract

The presence of antibiotic and pesticide residues in food can cause health problems for consumers. However, no study has quantified residues of veterinary antibiotics and pesticides in meat of cattle massively bred in North Benin. This is why the overall objective of this thesis is to evaluate the impact of the use of veterinary antibiotics and pesticides on the safety of cattle meat consumed in North-East of Benin. The first chapter is a compilation of three review papers that were titled, respectively: “production, importation and quality of meat consumed in Benin”; “quality of veterinary antibiotics used in West Africa and methods for detecting of their residues in foodstuffs” and “review on the modes of action, impacts and detection of pesticides used in agriculture”. In chapter 2, a survey was first conducted among 98 farmers in the communes of Banikoara, Kandi, Bembereke and Kalale located in North-East of Benin. This first study showed that the antibiotics used in cattle breeding belonged to the groups of tetracyclines, beta-lactams, sulphonamides, aminoglycosides and macrolides, which were used per 100; 88; 56; 44 and 35% of breeders, respectively, in the study area. Fifty-eight percents of these farmers bought these drugs in the illegal market, 57% of them practiced “self-medication” and 93% of them did not respect the withdrawal times for antibiotics before putting foodstuffs from treated animals on the market. These risky practices led to the contamination of cattle meat with antibiotic residues, as was shown in the second study. The kidney and muscle tissues of 50 cattle carcasses from the Parakou city, in north-east of Benin, were samples to determine antibiotic residues (tetracyclines, beta-lactams and sulfonamides), using a semi-quantitative screening method adapted from the New Two Plates Test (NTPT) of Pham Kim et al. (2011). This modified NTPT showed that 60 % of the 50 carcasses analyzed contained residues of tetracyclines, beta-lactams and sulfonamides. Positive results were confirmed by liquid chromatography - mass spectrometry (LC-MS) analyzes. The maximum levels observed for oxytetracycline, epi-oxytetracycline, tetracycline and epi-tetracycline residues in the kidney were 1380, 350, 190 and 230 μg kg-1, respectively. In one of the bovine carcasses, very high levels of sulfamethazine residues were found: 3900 μg kg-1 in the kidney and 2220 μg kg-1 in the muscle. Overall, 38 % of the carcasses submitted to confirmation analyzes by LC-MS showed antibiotic residue levels that exceeded the maximum residue limits (MRLs) applied in the European legislation. The modified NTPT method was then used to evaluate the quality of veterinary antibiotic drugs used in cattle breeding in the study area. The results of this third study showed that the 28 products tested contained the active ingredient as indicated on the drug labels. However, quantitatively, only 61 % of these drugs contained active substance at levels ranging from 90 to 120 %, 90-115 % and ≥ 90 % of the concentrations mentioned on the labels (for oxytetracycline, penicillin G and tylosin drugs, respectively), and could therefore be declared compliant with the requirements of USP (United States Pharmacopeia). The results of the studies reported in this chapter 2 have shown that veterinary practices, resulting in the presence of residues in the meat, and the poor quality of veterinary antibiotics could promote the development of bacterial resistance to antibiotics in the study area. Chapter 3 presents the results of studies 4 and 5. The inventory realized in study 4 showed that 56 commercial pesticides (including 21 herbicides and 35 insecticides) were used in agriculture in the study area. As regards the active ingredients contained in these products, 13 were herbicides and 14 were insecticides. Seventy-eight percents of farmers bought these pesticides both in the illegal circuit and in the official agricultural inputs selling structures. Only 53 % of these farmers knew the instructions for use of these dangerous products. These practices have led to the contamination of natural ecosystems and the food chain with pesticide residues. Indeed, study 5 revealed traces of glyphosate residues in pasture waters. In addition, three of 25 cattle carcasses that samples were subjected to the analyzes by gas chromatography - mass spectrometry, were contaminated with insecticide residues such as beta-endosulfan (98.6-139.5 μg kg-1) and dichlorodiphenyldichloroethylene (DDE) (4.6 μg kg-1). Overall, only beta-endosulfan found in two carcasses showed concentrations above the MRL established by European Regulation (EC) 396/2005. Finally, chapter 4 presents a general discussion of the results obtained in the five studies. As a general conclusion and recommendation, it can be said that all the veterinary and agricultural practices as described in studies 1 and 4 clearly impact the safety of cattle meat consumed in North-East of Benin, and the results of these studies are benchmarks for future monitoring of the food chain in Benin.La présence de résidus d’antibiotiques et de pesticides dans les aliments peut être à l’origine de problèmes de santé pour les consommateurs. Pourtant, aucune étude n’avait quantifié les résidus d’antibiotiques vétérinaires et de pesticides dans les viandes de bovins massivement élevés au Nord du Bénin. C’est pourquoi l’objectif global de cette thèse est d’évaluer les impacts de l’utilisation des antibiotiques vétérinaires et des pesticides sur la qualité sanitaire des viandes bovines consommées au Nord-Est Bénin. Le premier chapitre est une compilation de trois articles de synthèse bibliographique qui sont respectivement titrés : « production, importation et qualité des viandes consommées au Bénin » ; « qualité des antibiotiques vétérinaires utilisés en Afrique de l’Ouest et méthodes de détection de leurs résidus dans les denrées alimentaires » et « revue sur les modes d’action, impacts et détection des pesticides utilisés en agriculture ». Dans le chapitre 2, une enquête a d’abord été menée auprès de 98 éleveurs répartis dans les communes de Banikoara, Kandi, Bembèrèkè et Kalalé situées au Nord-Est Bénin. Il ressort de cette première étude que les antibiotiques utilisés en élevage de bovins appartenaient aux groupes des tétracyclines, bêta-lactames, sulfamidés, aminoglycosides et macrolides, qui étaient respectivement employés par 100 ; 88 ; 56 ; 44 et 35 % des éleveurs de la zone d’étude. Cinquante-huit pourcents de ces éleveurs achetaient ces médicaments dans le marché illégal, 57 % parmi eux pratiquaient l’automédication et 93 % d’entre eux ne respectaient pas les délais d’attente des antibiotiques avant de mettre en consommation les denrées alimentaires issues des animaux traités. Ces pratiques à risque ont engendré la contamination des viandes bovines par des résidus d’antibiotiques, comme cela a été montré dans la deuxième étude. Les tissus rénal et musculaire de 50 carcasses bovines provenant de la ville de Parakou, au Nord-Est Bénin, ont fait l’objet d’une recherche de résidus d’antibiotiques (tétracyclines, bêta-lactames et sulfamidés), grâce à une méthode de screening semi-quantitatif adaptée du ‘‘New Two Plates Test’’ (NTPT) de Pham Kim et al. (2011). Ce NTPT modifié a permis de montrer que 60 % des 50 carcasses analysées contenaient des résidus de tétracyclines, de bêta-lactames et de sulfamidés. Les résultats positifs ont été confirmés par des analyses de chromatographie en phase liquide couplée à un spectromètre de masse (CL-SM). Les teneurs maximales observées pour les résidus d’oxytétracycline, épi-oxytétracycline, tétracycline et épi-tétracycline dans le rein étaient respectivement de 1380, 350, 190 et 230 µg kg-1. Dans une des carcasses bovines, des niveaux très élevés de résidus de sulfaméthazine ont été trouvés : 3900 µg kg-1 dans le rein et 2220 µg kg-1 dans le muscle. Dans l’ensemble, 38 % des carcasses soumises aux analyses de confirmation par CL-SM présentaient des concentrations en résidus d’antibiotiques supérieures aux limites maximales de résidus (LMR) appliquées dans la législation européenne. La méthode NTPT modifiée a été ensuite utilisée pour l’évaluation de la qualité des médicaments antibiotiques vétérinaires utilisés en élevage de bovins dans la zone d’étude. Les résultats de cette troisième étude ont montré que les 28 produits analysés contenaient la matière active conformément à ce qui était indiqué sur l’emballage du médicament. Cependant, sur le plan quantitatif, seulement 61 % de ces médicaments présentaient des teneurs en substances actives comprises dans une fourchette de 90 à 120 %, 90-115 % et ≥ 90 % des concentrations mentionnées sur les étiquettes (respectivement pour les produits à base d’oxytétracycline, de pénicilline G et de tylosine), et pouvaient donc être déclarés conformes aux exigences de l’USP (United States Pharmacopeia). Les résultats des études consignées dans ce chapitre 2 ont montré que les pratiques vétérinaires, résultant en la présence de résidus dans la viande, et la qualité médiocre des antibiotiques vétérinaires pourraient favoriser le développement de résistances bactériennes aux antibiotiques dans la zone d’étude. Le chapitre 3 présente les résultats des études 4 et 5. L’inventaire réalisé dans l’étude 4 (dont la méthode est similaire à celle de la première étude) a montré que 56 pesticides commerciaux (dont 21 herbicides et 35 insecticides) étaient utilisés en agriculture dans la zone d’étude correspondante. En ce qui concerne les matières actives contenues dans ces produits, 13 ont été recensées pour les herbicides et 14 pour les insecticides. Septante-huit pourcents des agriculteurs achetaient ces pesticides aussi bien dans le circuit illégal que dans les structures officielles de vente d’intrants agricoles. Seulement 53 % de ces producteurs maîtrisaient le mode d’emploi de ces produits dangereux. Ces pratiques ont induit une contamination des écosystèmes naturels et de la chaîne alimentaire en résidus de pesticides. En effet, l’étude 5 a révélé des traces de résidus de glyphosate dans les eaux de pâturage. De plus, 3 des 25 carcasses bovines dont les échantillons ont été soumis aux analyses par chromatographie en phase gazeuse couplée à un spectromètre de masse présentaient des résidus d’insecticides tels que le bêta-endosulfan (98,6 à 139,5 µg kg-1) et le dichlorodiphényldichloroéthylène (DDE) (4,6 µg kg-1). Dans l’ensemble, seul le bêta-endosulfan retrouvé dans deux carcasses présentait des concentrations supérieures à la LMR fixée par le Règlement Européen (CE) 396/2005. Enfin, le chapitre 4 présente une discussion générale des résultats obtenus dans les cinq études. En guise de conclusion générale et de recommandations, on peut dire que l’ensemble des pratiques vétérinaires et agricoles telles que décrites dans les études 1 et 4 impactent clairement la qualité sanitaire des viandes bovines consommées au Nord-Est du Bénin, et les résultats de ces études constituent des repères pour des actions de surveillance futures de la chaîne alimentaire au Bénin