Caracterización taxonómica de comunidades arsenato-reductoras y su potencial para la detoxificación de arsénico

Abstract

"El arsénico es un metaloide que puede estar presente en el ambiente ya sea por fuentes naturales o antropogénicas. La exposición de los seres vivos al arsénico causa diversos efectos nocivos, por lo que su remoción del agua o suelos resulta crítica. Para ello, se pueden emplear bacterias capaces de transformar el arsénico y que propicien su remineralización para facilitar su remoción. Algunas bacterias, como las sulfato reductoras tienen la capacidad de ayudar a reducir la toxicidad de arsénico ya que además de reducir sulfato a sulfuro, pueden reducir arsenato a arsenito en un proceso respiratorio y promover la formación de sulfuros de arsénico. Cabe señalar que las bacterias también pueden reducir arsenato a arsenito para detoxificarlo, este proceso lo llevan a cabo muchas bacterias y está regulado por el gen arsC. El objetivo de este trabajo fue caracterizar comunidades microbianas cultivables expuestas al arsénico para determinar su uso potencial en sistemas de remediación de arsénico. A partir de comunidades capaces de tolerar arsénico (10 mM) en ausencia de sulfato con dos concentraciones distintas de lactato (10 ó 22 mM) se observaron los cambios en la composición de las comunidades y se compararon con cultivos donde el arsénico se encontraba ausente. De igual manera, se cuantificó el gen arsC, donde se observó que el arsénico ejerce una presión selectiva sobre las comunidades promoviendo un cambio en su estructura y crecimiento, favoreciendo a las bacterias que toleran el arsénico a través de la detoxificación y que también podrían estar respirando arsenato. Entre las géneros bacterianos favorecidos por el arsénico se encontró Desulfosporosinus que tiene capacidad de respirar arsenato, mientras que en ausencia de arsénico se favoreció el género Clostridium, con capacidad fermentativa primordialmente. Se estima que la mayor parte de las bacterias encontradas en los cultivos con arsénico poseen el gen de detoxificación; y en donde no se observó este gen, se considera que los microorganismos podrían llevar a cabo la respiración de arsenato. Las diferentes condiciones a las que fueron sometidas las comunidades sulfatoreductoras/arsenato-reductoras modificaron su composición de acuerdo con su capacidad de tolerancia al arsénico y, en menor medida, se observaron cambios a una mayor concentración de donador de electrones como el lactato. En consecuencia, estas condiciones permitieron la selección exitosa de bacterias arsenato reductoras, encontrando entre cinco y nueve géneros distintos, de los cuales Desulfosporosinus, Clostridium, Pseudomonas, y Bacillus resultaron miembros clave de la comunidad y podrían ser esenciales para futuros procesos de arsenato reducción para la biorremediación de aguas contaminadas con este metaloide."

"Arsenic is a metalloid that can be present in the environment due to natural or anthropogenic sources. The exposure to arsenic of living organisms can cause several health issues, thus, its removal from water and soil must be addressed. It has been demonstrated that some bacteria can transform arsenic and facilitate the removal of arsenic through re-mineralization. Some bacteria, like sulfate-reducing bacteria can lessen arsenic toxicity, because in addition of reducing sulfate to sulfide, some of them can also reduce arsenate to arsenite through a respiratory process and promote the formation of arsenic sulfides. It is worth noting that bacteria can also reduce arsenate to arsenite for detoxification, which is carried out by several bacterial genera and is regulated by the arsC gene. The objective of this work was to characterize culturable microbial communities exposed to arsenic and determine their potential use in arsenic remediation systems. From cultivable microbial communities capable of tolerating arsenic (10 mM) in the absence of sulfate with two different concentrations of lactate (10 and 22 mM) as electron donor, the changes in the community structure were observed and compared among cultures in the presence and absence of arsenic. Additionally, by means of quantifying the arsC gene it was observed that arsenic exerts a selective pressure over the community structure. Suggesting that detoxification, and perhaps respiration, were used as mechanisms to tolerate arsenic, promoting changes in the structure and growth rate favoring arsenic resistant bacteria. Among the bacterial genera favored by arsenic, Desulfosporosinus most likely promoted arsenate reduction through respiration, whereas the Clostridium genus used lactate in a fermentative process favored by the absence of arsenate. It is estimated that most of the bacteria found in the communities have the detoxification gene, and where this gene was not observed, it is considered that microorganisms could carry out arsenate respiration. The sulfate/arsenate reducing communities exhibited changes based on the conditions to which they were exposed such as their capacity to tolerate arsenate, and according to the increase in lactate concentration. As a result, these conditions allowed the successful selection of arsenate reducing bacteria, finding between five to nine different bacterial genera. From these genera, Desulfosporosinus, Clostridium, Pseudomonas, and Bacillus were part of the core community and might be essential in future projects for the bioremediation of contaminated water with arsenic."