AISLAMIENTO E IDENTIFICACIÓN DE Lactobacillus spp. (LACTOBACILLACEAE) RESISTENTES A Cd(II) Y As(III) RECUPERADOS DE FERMENTO DE CACAO / Isolation and identification of Lactobacillus spp. (Lactobacillaceae) resistant to Cd(II) and As(III) from fermented cocoa

RESUMEN El objetivo de este estudio fue aislar e identificar a partir de cacao fermentado en Caldas Colombia, bacterias con potencial de aplicación en procesos biotecnológicos, como la detoxificación de cadmio (Cd(II)) y arsénico (As(III)) en el organismo humano. En total se recuperaron 36 aislados de los cuales se recuperaron 11 en presencia de 1,0 mg/L de Cd(II) y 25 en presencia de 0,1 mg/L de As(III). Su identificación molecular determinó que la mayoría de los aislados son del género Lactobacillus. Los ensayos de crecimiento en presencia de diferentes concentraciones de los elementos evaluados permitió determinar que gran parte de los aislamientos presentan resistencia a mayores concentraciones de As(III) (300 mg/L) que de Cd(II) (10 mg/L). En ensayos de tolerancia a la acidez (pH 2,5) se encontró que la cepa tipo Lactobacillus plantarum JCM 1055, junto con los aislamientos nativos L. plantarum A19, A26 y C16, mostraron la mayor tolerancia, por lo que se seleccionaron para evaluar su tolerancia a condiciones de salinidad. Las bacterias evaluadas mostraron crecimiento en concentraciones de hasta 4 g/L de sales biliares. Se concluye que los L. plantarum evaluados en este trabajo tienen un gran potencial para futuros ensayos en los que se busque demostrar la disminución de la bioaccesibilidad de Cd(II) y As(III) en condiciones in vitro del sistema digestivo humano debido a su resistencia a altas concentraciones de estos elementos y su tolerancia a condiciones de acidez y salinidad. Esto, junto con el reconocido potencial probiótico que tienen estos microorganismos, permitirá a futuro su uso en procesos biológicos de mitigación de Cd(II) y As(III).

ABSTRACT The aim of this study was to isolate and identify from fermented cocoa in Caldas Colombia, bacteria with potential application in biotechnological processes such as detoxification of cadmium (Cd(II)) and arsenic (As(III)) in the human organism. In total, 36 isolates were obtained, from which 11 were recovered in the presence of 1.0 mg/L of Cd(II) and 25 in presence of 0.1 mg/L of As(III). Molecular identification showed most isolates belong to the genera Lactobacillus. Minimum inhibitory concentration assays, in presence of different concentrations of the elements, allowed to determine that the majority of isolates have resistance to higher concentration of As(III) (300 mg/L) than Cd(II) (10 mg/L). Acidity tolerance assays at pH 2.5 showed that type strain Lactobacillus plantarum JCM 1055, and native isolates L. plantarum A19, A26, and C16, presented the highest tolerance, thus they were selected to evaluate their tolerance to salinity conditions. The evaluated bacteria could grow in bile salts up to 4 g/L. It is concluded that the evaluated L. plantarum have great potential to be used in assays in which bioaccessibility of Cd(II) and As(III) is diminished under in vitro conditions of the human digestive system, due to its resistance to high concentrations of the elements and tolerance to acidic and high bile salt conditions. These facts, together with the recognized probiotic potential of these microorganisms, may allow their future use in biological processes to mitigate Cd(II) and As(III).

Cadmium tolerance of Typha domingensis Pers. (Typhaceae) as related to growth and leaf morphophysiology / A tolerância ao cádmio por Typha domingensis Pers. (Typhaceae) correlacionada com o crescimento e a morfofisiologia foliar

Abstract Typha domingensis (cattail) is a native macrophyte known by its capacity to tolerate several heavy metals effects and the potential use for phytoremediation. However, in despite that cadmium (Cd) is one of the most toxic pollutants; its effects in T. domingensis biology remain uninvestigated. Thus, the objective of this study was to study the tolerance of T. domingensis to cadmium contamination by evaluating its growth, Cd uptake, leaf anatomy and gas exchange. The experiment was designed using three cadmium concentrations (0, 10 and 50 µM) and ten replicates for 90 days. The cadmium uptake, growth, gas exchange, chlorophyll content and leaf anatomy were evaluated. Data was submitted to ANOVA and Scott-Knott test for P<0.05. Typha domingensis accumulates Cd proportionally to its concentration on the solution and the content of this metal was higher in roots as compared to shoots. Plants showed no significant modifications on growth parameters such as the biomass production, number of leaves, number of clones and the biomass allocation to organs. The photosynthesis, transpiration and chlorophyll content were not modified by Cd. Most anatomical traits evaluated were not modified by the metal but the stomatal density and the proportion of vascular tissues were reduced under 50 µM of Cd. In despite, the leaf anatomy showed no toxicity evidences for any Cd level. The absence of growth reduction and the stability of anatomical and physiological traits give insight about the Cd tolerance of this species. Therefore, T. domingensis is able to overcome Cd toxicity and shows potential for phytoremediation.

Resumo A espécie Typha domingensis (taboa) é uma macrófita nativa conhecida por sua tolerância a vários metais pesados e potencial uso na fitorremediação. Contudo, apesar de que o Cd é um dos poluentes mais tóxicos; Seus efeitos em T. domingensis ainda não foram investigados. Assim, o objetivo desse estudo foi avaliar a tolerância de T. domingensis ao cádmio, avaliando o crescimento, absorção de Cd, anatomia foliar e trocas gasosas. O experimento foi conduzido utilizando três concentrações de Cd (0, 10 e 50 µM) e dez repetições por 90 dias.. O crescimento, trocas gasosas e o teor de clorofila e anatomia foliar foram avaliados. Os dados foram submetidos à ANOVA e ao teste de Scott-Knott para P<0,05. A absorção de cádmio, crescimento, trocas gasosas, teor de clorofila e anatomia foliar foram analisados. As plantas de T. domingensis podem acumular Cd proporcionalmente à sua concentração na solução e o teor deste metal foi maior nas raízes em comparação com a parte aérea. As plantas não apresentam modificações significativas nos parâmetros de crescimento como produção de biomassa, número de folhas, número de clones produzidos e alocação de biomassa nos órgãos. A fotossíntese, transpiração e conteúdo de clorofila não foram afetados de forma significativa pelo Cd. A maioria das características anatômicas avaliadas não apresentou diferenças, mas houve redução na densidade estomática e na proporção de tecidos vasculares na concentração de 50 µM de Cd. A anatomia foliar não mostrou evidências de toxicidade em nenhum dos níveis de Cd. A ausência de redução de crescimento e estabilidade das características anatômicas e fisiológicas caracteriza alta tolerância da espécie ao Cd. Portanto, T. domingensis é capaz de superar a toxicidade do Cd e demostra potencial para fitorremediação.

Cadmium tolerance of Typha domingensis Pers. (Typhaceae) as related to growth and leaf morphophysiology

Abstract Typha domingensis (cattail) is a native macrophyte known by its capacity to tolerate several heavy metals effects and the potential use for phytoremediation. However, in despite that cadmium (Cd) is one of the most toxic pollutants; its effects in T. domingensis biology remain uninvestigated. Thus, the objective of this study was to study the tolerance of T. domingensis to cadmium contamination by evaluating its growth, Cd uptake, leaf anatomy and gas exchange. The experiment was designed using three cadmium concentrations (0, 10 and 50 µM) and ten replicates for 90 days. The cadmium uptake, growth, gas exchange, chlorophyll content and leaf anatomy were evaluated. Data was submitted to ANOVA and Scott-Knott test for P 0.05. Typha domingensis accumulates Cd proportionally to its concentration on the solution and the content of this metal was higher in roots as compared to shoots. Plants showed no significant modifications on growth parameters such as the biomass production, number of leaves, number of clones and the biomass allocation to organs. The photosynthesis, transpiration and chlorophyll content were not modified by Cd. Most anatomical traits evaluated were not modified by the metal but the stomatal density and the proportion of vascular tissues were reduced under 50 µM of Cd. In despite, the leaf anatomy showed no toxicity evidences for any Cd level. The absence of growth reduction and the stability of anatomical and physiological traits give insight about the Cd tolerance of this species. Therefore, T. domingensis is able to overcome Cd toxicity and shows potential for phytoremediation.

Resumo A espécie Typha domingensis (taboa) é uma macrófita nativa conhecida por sua tolerância a vários metais pesados e potencial uso na fitorremediação. Contudo, apesar de que o Cd é um dos poluentes mais tóxicos; Seus efeitos em T. domingensis ainda não foram investigados. Assim, o objetivo desse estudo foi avaliar a tolerância de T. domingensis ao cádmio, avaliando o crescimento, absorção de Cd, anatomia foliar e trocas gasosas. O experimento foi conduzido utilizando três concentrações de Cd (0, 10 e 50 µM) e dez repetições por 90 dias.. O crescimento, trocas gasosas e o teor de clorofila e anatomia foliar foram avaliados. Os dados foram submetidos à ANOVA e ao teste de Scott-Knott para P 0,05. A absorção de cádmio, crescimento, trocas gasosas, teor de clorofila e anatomia foliar foram analisados. As plantas de T. domingensis podem acumular Cd proporcionalmente à sua concentração na solução e o teor deste metal foi maior nas raízes em comparação com a parte aérea. As plantas não apresentam modificações significativas nos parâmetros de crescimento como produção de biomassa, número de folhas, número de clones produzidos e alocação de biomassa nos órgãos. A fotossíntese, transpiração e conteúdo de clorofila não foram afetados de forma significativa pelo Cd. A maioria das características anatômicas avaliadas não apresentou diferenças, mas houve redução na densidade estomática e na proporção de tecidos vasculares na concentração de 50 µM de Cd. A anatomia foliar não mostrou evidências de toxicidade em nenhum dos níveis de Cd. A ausência de redução de crescimento e estabilidade das características anatômicas e fisiológicas caracteriza alta tolerância da espécie ao Cd. Portanto, T. domingensis é capaz de superar a toxicidade do Cd e demostra potencial para fitorremediação.