Characterization of the molecular basis of the protective effect of the exopolysaccharides from lactobacilli in the DA rats mod el exposed to prolonged cadmium(ii) exposure

Kadmijum, široko rasprostranjen toksičan metal, izaziva brojne negativne zdravstvene efekte zbog čega je neophodno naći adekvatne načine zaštite od dejstva ovog metala. Poznato svojstvo nekih laktobacila da interaguju sa metalima se sve češće pripisuje prisustvu egzopolisaharida (EPS) na površini ćelije za koji je pokazano da može da formira komplekse sa jonima kadmijuma u vodenom rastvoru. Međutim, mehanizmi zaštitnog dejstva EPS na organizme nisu poznati. Među obećavajućim kandidatima iz naše laboratorijske kolekcije (BGLMM), se istakao EPS-AN8, izolovan i prečišćen iz soja Lactiplantibacillus plantarum BGAN8. In silico analiza genetičkih determinanti odgovornih za biosintezu EPS-AN8 i detaljna karakterizacija fizičko-hemijskih osobina je ukazala da je reč o heteropolisaharidu sa potencijalno visokim afinitetom za vezivanje kadmijumovih jona. Ispitivanja in vitro su pokazala da EPS-AN8 štiti intestinalne epitelne ćelije od negativnog dejstva kadmijuma(II), tako što snižava parametre oksidativnog stresa i inflamacije u ćelijama, i čuva međućelijske veze. S obzirom da su, za opštu populaciju, glavni izvori kadmijuma hrana i piće, ispitivanje in vivo zaštitnih efekta EPS-AN8 je praćeno u pacovima koji su paralelno izloženi produženom, oralnom unosu niže (5 mg/L) i više (50 mg/L) doze jona kadmijuma. Pri unosu EPS- AN8 zabeleženo je smanjeno deponovanje metala u tkivima, ublažavanje histoloških oštećenja duodenuma, jetre i bubrega, kao i sniženi parametri oksidativnog stresa i inflamacije u duodenumu. Dodatno, primećene su i slabije izražene promene u sastavu mikrobiote duodenuma karakteristične za oralnu izloženost kadmijumu(II). Pretpostavljeni mehanizmi uspostavljene zaštite mogu biti bazirani na ogromnom kapacitetu EPS-AN8 za vezivanje kadmijumovih jona i/ili njegovim direktnim effektom na ublažavanje oštećenja izazvanih kadmijumom.Cadmium, a widespread toxic metal, causes numerous negative health effects, leading to the urgent need to find adequate protection. The known ability of some lactobacilli to interact with metals is increasingly attributed to the presence of the surface exopolysaccharides (EPS). It has been shown that EPS could form complexes with cadmium ions in aqueous solution. However, the possible mechanisms of the EPS-mediated protection in organisms are not known. Among the others candidates from our laboratory collection (BGLMM), EPS-AN8, derived from the strain Lactiplantibacillus plantarum BGAN8, stood out. In silico analysis of the genetic background responsible for EPS-AN8 biosynthesis and characterization of the physicochemical properties indicated that EPS-AN8 is the heteropolysaccharide with a putative high affinity for binding cadmium. In vitro assays showed that EPS-AN8 protects intestinal epithelial cells from the deleterious effect of cadmium, by lowering the parameters of oxidative stress and inflammation in cells, and maintaining intercellular junctions. For the general population, the main source of cadmium is diet. Orally given EPS-AN8, and exposure of rats to prolonged, oral intake of lower (5 mg/L) and higher (50 mg/L) dose of cadmium(II) resulted in decreased body burden of this metal, lowered level of histological damages in the duodenum, the liver and the kidneys and reduced parameters of oxidative stress and inflammation. Additionally, EPS-AN8 led to less pronounced cadmium induced changes of the duodenal microbiota composition. The possible mechanisms of the EPS-AN8 established protection may be based on its enormous capacity to adsorb cadmium ions and/or its direct effect to mitigate cadmium-provoked damages