Potential of bacteria isolated from fermented cocoa to remove cadmium and arsenic

The aim of this study was to evaluate the potential of lactic acid bacteria, isolated from fermented cacao, to remove cadmium and arsenic under in vitro conditions of acidity and salinity that simulate the human digestive system, in order to verify their potential in future detoxification applications. The first step was the isolation and identification of lactic acid bacteria of the Lactobacillus spp. genera resistant to cadmium and arsenic (in its arsenite state) from fermented cacao, obtaining a total of 38 strains. Then, the bacteria most resistant to cadmium and arsenic were selected by tests of Minimum Inhibitory Concentration, and from this pool were selected the most tolerant to in vitro conditions of acidity and salinity. With these criteria the reference strain L. plantarum JCM 1055 and the native isolates L. plantarum A19 and L. plantarum C16 were selected for further analysis. These were evaluated for their cadmium and arsenic removal capacity in aqueous media. An experimental design 23 was carried out in order to evaluate the effect of 3 variables on the cadmium removal capacity of the three strains and an experimental design 22 was carried out for arsenic. Removal percentages up to 100% were obtained for cadmium (using 1 mg/L of cadmium, pH 5 and biomass concentration of 1.5 g/L) with the three evaluated bacteria. For arsenic, the best removal percentage obtained was 20% with L. plantarum C16 (using 0.1 mg/L of arsenite, pH 5 and biomass concentration of 1.5 g/L). Finally, the capacity of these bacteria to decrease the bioaccessibility of cadmium and arsenic was evaluated in in vitro conditions that simulate the human digestive system, using the RIVM (RijksInstituut voor Volksgezondheid en Milieu) model. Using the native isolate L. plantarum A19, the cadmium bioaccessibility was reduced to 56%, while for arsenite it was reduced to 62%. This capacity to decrease bioaccessibility suggests its possible ability to decrease the bioavailability of cadmium and arsenite in in vivo models (animals). Future studies will allow exploring the potential application of these microorganisms in biotechnological removal or detoxification processes.En este trabajo se evaluó el potencial de bacterias ácido lácticas, aisladas de fermento de cacao, para remover cadmio y arsénico en condiciones in vitro de pH ácido y concentraciones de sales biliares que simulan el sistema digestivo humano, como un primer paso para comprobar su potencial en futuras aplicaciones de detoxificación. Para esto, primero se realizó el aislamiento e identificación de bacterias ácido lácticas del género Lactobacillus spp., que crecen en presencia de cadmio y a arsénico (en su forma arsenito) a partir de fermento de cacao, tomado con la colaboración de la empresa Luker Chocolate, obteniendo un total de 38 Lactobacillus spp. Posteriormente, se seleccionaron las bacterias que crecen ante mayores concentraciones de cadmio y de arsénico mediante ensayos de Concentración Mínima Inhibitoria, así, como las que tienen mayor tolerancia a las condiciones in vitro de pH ácido y sales biliares. Con estos tres criterios fueron seleccionados los aislados de L. plantarum A19, L. plantarum C16 y la cepa de referencia L. plantarum JCM 1055. Estas fueron evaluadas por la capacidad de remoción de cadmio y arsénico en un medio acuoso. Se realizó un diseño experimental factorial 2^3 en el cual se evaluó el efecto de 3 variables sobre la capacidad de remoción de cadmio de las tres bacterias y un diseño experimental factorial 2^2 para el caso del arsénico. Se encontraron porcentajes de remoción de cadmio de hasta 100% (empleando 1 mg/L de cadmio, a pH 5 y a una concentración de biomasa de 1,5 g/L) con los L. plantarum evaluados (JCM 1055, A19 y C16), y de arsenico de 20% con L. plantarum C16 (empleando 0,1 mg/L de arsénico, pH 5 y concentración de biomasa de 1,5 g/L). Finalmente, se evaluó la capacidad de estas bacterias para disminuir la bioaccesibilidad de cadmio y arsénico en condiciones in vitro que simulan el sistema digestivo humano, utilizando el modelo RIVM (RijksInstituut voor Volksgezondheid en Milieu). Se encontró una disminución del porcentaje de bioaccesibilidad de cadmio del 56% y de arsénico hasta en un 62% con el aislado nativo L. plantarum A19. Esta capacidad de disminución de la bioaccesibilidad, sugiere su posible capacidad de disminuir la biodisponibilidad de cadmio y de arsénico en modelos in vivo (animales). Futuros estudios permitirán explorar el potencial de aplicación de los microorganismos evaluados en los procesos biotecnológicos de remoción o de detoxificación de estos elementos tóxicos en sistemas in vivo.Maestrí