Uso de bacterias lácticas y levaduras para la reducción de la biodisponibilidad oral de arsénico inorgánico

Abstract

[ES] El agua de bebida y los alimentos son la principal vía de exposición al arsénico inorgánico para la mayor parte de la población. El arsénico inorgánico [As(III) + As(V)] está catalogado por la Agencia Internacional de Investigación sobre el Cáncer como cancerígeno para el hombre. Exposiciones crónicas a esta forma arsenical incrementan la prevalencia de cánceres de pulmón, vejiga, piel e hígado. En la actualidad se considera que aproximadamente 200 millones de personas están expuestas a concentraciones de arsénico inorgánico superiores a las ingestas recomendadas. Numerosas agencias internacionales de seguridad alimentaria y salud instan a reducir estas ingestas. La eliminación del arsénico inorgánico del agua y de los alimentos con altos contenidos no es sencilla y restringir su consumo es inviable, debido a que algunas de estas fuentes dietarias son la base de la alimentación. Una alternativa para reducir la exposición es modificar la biodisponibilidad oral (cantidad del tóxico que llega a la circulación sistémica) del elemento tras la ingesta. La biodisponibilidad de las especies inorgánicas de arsénico está influenciada por diferentes factores, entre los que cabe destacar la forma química y la presencia de alimentos. De hecho, las estrategias basadas en componentes de la dieta ya han sido propuestas previamente para reducir la biodisponibilidad oral de este metaloide. El objetivo de este trabajo es evaluar la capacidad de diferentes cepas de bacterias lácticas y Saccharomyces cerevisiae de reducir la biodisponibilidad del arsénico inorgánico. Esta reducción se puede conseguir por diferentes mecanismos: disminuyendo la cantidad del metaloide que después de la digestión gastrointestinal es solubilizado (bioaccesibilidad) y/o disminuyendo la cantidad que es transportada por las células intestinales (absorción). Para este fin, se ha evaluado inicialmente la capacidad de captación de As(III) y As(V) por las cepas de bacterias lácticas y levaduras y se ha analizado su efecto sobre la bioaccesibilidad de arsénico inorgánico aplicando un modelo in vitro de digestión gastrointestinal. Adicionalmente, se ha ensayado el efecto de estas cepas sobre la absorción empleando un modelo celular de epitelio intestinal (células Caco-2). Los resultados muestran que la captación de As(III) y As(V) es baja para las levaduras ensayadas (< 10%) y que sólo existe una captación relevante de As(V) para algunas bacterias lácticas cuando se trabaja a concentraciones de fosfato ≤ 1 mM (25-40%). Esta reducida captación se evidencia en los ensayos de bioaccesibilidad donde se observa que las cepas no disminuyen la cantidad de arsénico solubilizado durante la digestión. Sin embargo, se ha puesto de manifiesto que ambos tipos de microorganismos son capaces de reducir el transporte de arsénico a través de la monocapa de células intestinales. Por tanto, podemos concluir que existen probióticos que reducen in vitro la absorción por células intestinales del arsénico presente en agua de bebida y alimentos, y que podrían reducir la biodisponibilidad del metaloide. Estos resultados deben confirmarse en animales de laboratorio con el fin de determinar si alguna de estas cepas puede ser empleada como futura estrategia de intervención en poblaciones de zonas altamente contaminadas.

[EN] Drinking water and food are the main sources of exposure to inorganic arsenic for most of the population. Inorganic arsenic [As(III) + As(V)] is cataloged by the International Agency for Research on Cancer as a human carcinogen. Chronic exposure to this arsenical form increases the prevalence of cancers of the lung, bladder, skin and liver. It is estimated that approximately 200 million people are exposed to concentrations of inorganic arsenic above the recommended intakes. Numerous international food safety and health agencies urge to reduce these intakes. Elimination of inorganic arsenic from water and food with high contents is not simple and restricting its consumption is unfeasible, because some of these dietary sources are the basis of the diet. An alternative to reduce exposure is to decrease the bioavailability (amount of a compound that reaches the systemic circulation) of the element after ingestion. The bioavailability of inorganic arsenic is influenced by different factors, among which we can highlight the chemical form and the presence of food. In fact, strategies based on dietary components have already been proposed previously to reduce the oral bioavailability of this metalloid. The objective of this project is to evaluate the capacity of different strains of lactic acid bacteria and Saccharomyces cerevisiae to reduce the bioavailability of inorganic arsenic. This reduction can be achieved by different mechanisms: decreasing the amount of inorganic arsenic that after the gastrointestinal digestion is solubilized (bioaccessibility) and/or decreasing the amount that is transported by the intestinal cells (absorption). For this purpose, the capacity for uptake of As(III) and As(V) by the strains of lactic acid bacteria and yeasts has been evaluated and its effect on the bioaccessibility of inorganic arsenic has been analyzed by applying an in vitro model of gastrointestinal digestion. Additionally, the effect of these strains on absorption was tested using a cellular model of intestinal epithelium (Caco-2 cells) The results show that the uptake of As(III) and As(V) is low for the yeasts tested (< 10%) and that there is only a relevant uptake of As(V) for some lactic acid bacteria at concentrations of phosphate in the media ≤ 1 mM (25-40%). This reduced uptake is evidenced in the bioaccessibility tests where it is observed that the bacterial strains do not reduce the amount of arsenic solubilized during digestion. However, it has been shown that both types of microorganisms are able to reduce the transport of arsenic through the monolayer of intestinal cells. Therefore, we can conclude that there are probiotics that could reduce in vitro the absorption by intestinal cells of the inorganic arsenic present in drinking water and food, and consequently that may reduce the bioavailability of this metalloid. These results should be confirmed in experimental animals in order to determine whether any of these probiotics can be used as future intervention strategies in populations of highly contaminated areas.