Arsenic tolerance of cyanobacterial strains with potential use in biotechnology / Tolerancia a arsénico de cianobacterias con usos biotecnológicos

The arsenic content of various water bodies in Argentina is higher than the acceptable levels for human and animal uses. Cyanobacteria are widely distributed in aquatic environments and can bioaccumulate arsenic (As). This study presents the response of indigenous cyanobacteria to As(III) and As(V), including the species Tolypothrix tenuis, Nostoc muscorum and Nostoc minutum, previously used with biotechnological purposes. As(III) resulted more toxic than As(V) in all cases, causing cell death in the range of 5-20 mg/l. T. tenuis growth was sensitive to As(V) with lethal inhibition at 625 mg/l, whereas the Noctoc species were stimulated. EC50 values found were 73.34 mg/l for N. muscorum and 989.3 mg/l for N. minutum. Batch cultures of N. minutum showed improvements in both growth parameters and photosynthetic pigment content in the presence of 1,000 mg/l As(V). Increases of 66.7%, 75.5%, 40% and 20.7% in cell productivity, chlorophyll a, total carotenoids and C-phycocyanin respectively were observed, reaching a bioaccumulated arsenic value of 37.4 μg/g at the stationary growth phase.

El contenido de arsénico de diversos cuerpos de agua de Argentina es superior a los niveles aceptados para consumo humano y animal. Las cianobacterias están ampliamente distribuidas en los ambientes acuáticos y pueden bioacumular As. Este estudio presenta la respuesta de cianobacterias autóctonas a As(III) y As(V), incluyendo las especies Tolypothrix tenuis, Nostoc muscorum y Nostoc minutum utilizadas previamente con fines biotecnológicos. As(III) resultó más tóxico que As(V) en todos los casos, causando muerte celular en el rango de 5-20 mg/l. El crecimiento de T. tenuis fue sensible a As(V) con inhibición letal a 625 mg/l. Sin embargo, las especies de Noctoc resultaron estimuladas. Los valores de EC50 encontrados fueron de 73,34 mg/l para N. muscorum y 989,3 mg/l para N. minutum. Los cultivos batch de N. minutum mostraron mejoras en los parámetros de crecimiento y en el contenido de pigmentos fotosintéticos en presencia de 1000 mg/l As(V). Los incrementos observados en productividad celular, contenido de clorofila a, carotenoides totales y C-ficocianina fueron de 66,7 %; 75,5 %; 40 % y 20,7 % respectivamente, alcanzando un valor de arsénico bioacumulado de 37,4 μg/g en la fase estacionaria.

Riesgo sanitario de la población vulnerable expuesta al arsénico en la provincia de Buenos Aires, Argentina / Health risk for the vulnerable population exposed to arsenic in the province of Buenos Aires, Argentina

OBJETIVO: Analizar la concentración de arsénico en agua recolectada en localidades de la provincia de Buenos Aires, Argentina, y su relación epidemiológica con factores de susceptibilidad y patologías asociadas. MÉTODOS: Se cuantificó la concentración de arsénico en 152 muestras provenientes de 52 localidades de Buenos Aires durante el período 2003-2008 mediante generación de hidruros-espectrofotometría de absorción atómica. Se construyó un índice compuesto de salud (ICS) considerando el contenido de arsénico, el porcentaje de hogares con necesidades básicas insatisfechas (NBI) y el de viviendas sin acceso al agua de red. A partir del ICS se definieron zonas de riesgo que fueron asociadas con la mortalidad por tumores malignos relacionados con el arsénico. RESULTADOS: Las concentraciones de arsénico se ubicaron en un rango amplio, desde 0,3 hasta 187 µg/L, con una mediana de 40 µg/L. El 82 por ciento de las muestras presentaron niveles de arsénico superiores al valor límite aceptable de 10 µg/L, y más de la mitad de ellas provenían de agua de red. La mortalidad promedio (defunciones/100 000 habitantes) por tumores en los departamentos estudiados fue mayor en los varones que en las mujeres: vías respiratorias (310 frente a 76), vías urinarias (44 frente a 11) y piel (21 frente a 11), respectivamente. Las regiones de mayor concentración de arsénico y pobreza, junto con la falta de agua de red, presentaron un riesgo relativo incrementado de 2 a 4 veces. CONCLUSIONES: La caracterización realizada a través del índice compuesto de salud sintetizó el riesgo sanitario de la exposición al arsénico de la población con niveles de carencia socioeconómica de una amplia región de la provincia de Buenos Aires.

OBJECTIVE: To analyze the concentration of arsenic in water collected in localities of the province of Buenos Aires, Argentina, and the epidemiological relationship of that concentration to factors of susceptibility and associated pathologies. METHODS: In 152 samples from 52 localities of Buenos Aires from 2003-2008, the concentration of arsenic was quantified through the generation of hydride spectrophotometry of atomic absorption. A composite index of health (CIH) was constructed using the content of arsenic and the percentages of households with unmet basic needs and dwellings without access to the potable water. Through the CIH, risk areas associated with mortality from malignant neoplasms related to arsenic were defined. RESULTS: Concentrations of arsenic spanned a broad range from 0.3 to 187 mg/L, with a median of 40 mg/L. Of the samples, 82 percent presented levels of arsenic higher than the acceptable limit of 10 mg/L, and more than half of those came from households with potable water connections. In the departments studied, the average mortality (deaths/100 000 inhabitants) from tumors was greater in men than in women: respiratory tract (310 versus 76), urinary tract (44 versus 11), and skin (21 versus 11), respectively. The regions with greater concentrations of arsenic and of poverty, together with the lack of potable water connections, had a two-to-four times greater risk. CONCLUSIONS: The findings from the composite index of health summarized the health risk from exposure to arsenic for lower socioeconomic levels of the population for a broad area of the province of Buenos Aires.

Cuantificacion de arsenico por inyeccion en flujo-generacion de hidruros-espectrometria de absorcion atomica (IF-GH-EAA) previa derivatizacion con L-cisteina. Validacion y comparaci¨®o intermetodologica utilizando dos tecnicas de referencia / Arsenic quantitation by flow injection-hydride generation- atomic absorption spectrometry (FI-HG-AAS) after L-cysteine derivatization. Validation and inter-methodological comparison using two reference techniques

La presencia de Arsenico (As) en aguas de consumo representa una problematica para la salud publica en muchas regiones del mundo, incluida la Argentina. La cuantificacion de arsenico en agua de bebida y en orina se utiliza para evaluar la exposicion a este contaminante. El presente trabajo tuvo como objetivo la validacion metodologica de una tecnica para la cuantificacion de especies del As [AsV + AsIII + acido monometilarsonico (MMA) + acido dimetilarsinico (DMA)] por inyeccion en flujo-generacion de hidruros-espectrometria de absorcion atomica (IF-GH-EAA), previa derivatizacion con L-cisteina. Los resultados fueron comparados con los obtenidos utilizando dos metodologias de referencia, generacion de hidruros-espectrometria de absorcion atomica (GH-EAA) para muestras de aguas y orina, y cromatografia de alta resolucion ¨Cgeneracion de hidruros-espectrometr¨ªa de absorcion atomica (HPLC-GH-EAA) para muestras de orina. Ademas, se evaluo la selectividad de la cuantificacion por IF-GH-EAA, en presencia de otras especies quimicas del As, provenientes del consumo de alimentos producto de la pesca, a traves de un ensayo biologico. Los niveles de As hallados en las muestras de agua y de orina utilizando las tecnicas de referencia presentaron un rango de 6 a 176 ¦Ìg/L y de 143 a 3312 ¦Ìg/g de creatinina, respectivamente. Los coeficientes de Pearson resultantes de la comparacion de los datos obtenidos por IF-GH-EAA, con los logrados por los metodos de referencia fueron r = 0,9976 y r = 0,9422, para agua y orina, respectivamente. Los resultados de la prueba biologica indicaron un mayor nivel de As, debido al consumo de alimentos producto de la pesca, cuando las muestras de orina fueron previamente mineralizadas (GH-EAA), con la consecuente sobreestimacion del contenido de As proveniente del consumo de As inorganico. Este aumento no se observo cuando estas fueron analizadas por IF-GH-EAA ...

The presence of arsenic (As) in drinking water is a public health concern in many regions of the world, including Argentina. Quantification of arsenic in drinking water and urine are used to assess exposure to this pollutant. This study aimed to validate a methodology for the quantification of As species [AsV + AsIII + acid monometilarsonico (MMA) + dimetilarsinico acid (DMA)] by flow injection-hydride generation-atomic absorption spectrometry (FI-HG-AAS), after derivatization with L-cysteine. The results were compared with those obtained using two methods of reference, hydride generation-atomic absorption spectrometry (HG-AAS) for water and urine samples, and high performance liquid chromatography-hydride generation-atomic absorption spectrometry (HPLC-HG-AAS) for urine samples. In addition, the selectivity of quantification by FI-HG-AAS in the presence of other chemical species of As, from fishery products intake, was evaluated through a biological assay.The As level found in water and urine samples, using the techniques of reference, showed a range from 6 to 176 ¦Ìg/L and from 143 to 3312 ¦Ìg/g creatinine, respectively. Pearson coefficients resulting from the comparison of data obtained by FI-HG-AAS with those achieved by the reference methods were r = 0.9976 and r = 0.9422 for water and urine, respectively. The results of the biological test showed a higher level of As, due to consumption of food fishery product, when urine samples were previously mineralized (HG-AAS), with consequent overestimation of the inorganic arsenic consumption. When these samples were analyzed by FI-HG-AAS this fact was not observed, and the values were comparable to baseline level prior to consumption ...

Optimización y validación metodológica de la cuantificación de arsénico por inyección en flujo -generación de hidruros- espectrometría de absorción atómica (IF-GH-EAA) previa derivatización con L-cisteína / Optimization and validation method for arsenic quantification by flow injection-hydride generation - atomic absorption spectrometry (FI-HG-AAS) after L-cysteine derivatization

El arsénico (As) es un contaminante natural que afecta una amplia zona de Argentina. El nivel de As en agua de consumo es utilizado para evaluar la fuente de exposición y en orina para evaluar exposición a este tóxico. El presente trabajo tuvo como objetivo la optimización y validación metodológica de una técnica para la cuantificación de As [As suma = As inorgánico (AsI) + especies metiladas: ácido monometilarsónico (MMA) y ácido dimetilarsónico (DMA)], producto del metabolismo del AsI, por inyección en flujo- generación de hidruros- espectrometría de absorción atómica (IF-GH-EAA), previa derivatización con L-cisteína. La recuperación de las especies estudiadas: AsI (AsIII y AsV), MMA y DMA fue cercana al 100% en todos los casos. Los límites de detección y cuantificación encontrados fueron para agua y orina: 2 y 3 µg/L; 5 y 8 µg/L respectivamente y el rango dinámico de trabajo establecido fue desde 5 a 75 µg/L, permitiendo cuantificar As en muestras de agua cercanos a los estándares internacionales vigentes para valores máximos de As en agua de consumo y en orina en niveles comparables con los establecidos en población laboralmente no expuesta. Esta propuesta metodológica es una alternativa para evaluar la exposición al As en muestras de agua y orina, sin necesidad de utilizar prolongados pre-tratamientos de muestra, de forma más rápida y económica.

Arsenic (As) is a natural contaminant that affects a large area of Argentina. Quantification of As in drinking water has been used to evaluate the source of exposure and As in urine to assess exposure to this toxic. This study aimed to optimize and validate a methodological technique for the quantification of As [As sum = inorganic As (AsI) + methylated species: monometilarsonic acid (MMA) and dimetilarsinic acid (DMA)], product of AsI metabolism by flow injection hydridegeneration-atomic absorption spectrometry (FI-GH-AAS), after derivatization with L-cysteine. The recovery of the studied species: AsI (AsIII and AsV), MMA and DMA was close to 100% in all cases. The limits of detection and quantitation were foundfor water and urine: 2 and 3 µg/L; 5 and 8 µg/L respectively and a linear working range from 5 to 75 µg/L, allowing quantify As in water close to international standards of maximum As values for drinking water and urine samples with levels comparables with those found in people non exposed ocupacionally . This methodology is a valid alternative for assessing exposure to As in water and urine samples without the need of prolonged pre-treatment sample, more quickly and inexpensively.

Daño al ADN asociado al contenido de arsénico urinario en una población de jóvenes expuesta al arsénico por el agua de bebida / DNA damage associated to urinary arsenic content in a children population exposed to arsenic by drinking water

El arsénico es un contaminante ampliamente distribuido en el mundo. En Argentina se estima que cerca de un millón y medio de personas están expuestas a sus efectos deletéreos por ingesta de agua con altos tenores de este metaloide. El presente trabajotuvo como objetivo establecer si existe correlación entre la exposición a arsénico inorgánico (AsI) a través del consumo de aguas y el nivel de daño al ADN. Muestras de orina y sangre fueron recolectadas de una población de la provincia de Santiago del Estero. Sobre éstas se evaluó el contenido de arsénico urinario (Asu) como marcador de exposición reciente y el daño producidoal ADN mediante el ensayo de electroforesis de células únicas (test del cometa) en sangre como índice de genotoxicidad. De la población total estudiada (n=65), el 41,54% fueron niños. El 57% de la población infantil presentó valores de Asu superiores al valor máximo referencial (hasta 40μgAs/g creatinina) en un rango comprendido entre 41,78 y 3918,10 μgAs/g creatinina. La evaluación genotóxica en sangre reveló que los niños expuestos a elevados niveles de arsénico presentaron un porcentajede células con alto daño al ADN significativamente mayor al compararlo con aquellos con Asu menor al valor de referencia (32,79% ± 3,32 vs 9,77% ± 6,59; p<0,001). A pesar del bajo número de muestras analizadas en este estudio preliminar, existe una buena correlación entre el contenido de arsénico urinario en la población general y el daño al ADN (r=0,6509; p=0,0117). Los resultados obtenidos muestran que la población estudiada expuesta a altos niveles de arsénico, representa un grupo de riesgo para el desarrollo de patologías relacionadas con este tóxico.

Arsenic is an environmental pollutantwidely distributed in the world. In Argentine about a million and a half of inhabitants are exposed to its deleterious effect by drinking water with high levels of this metalloid. In this work the correlation between the exposure to inorganic arsenic and thelevel of DNA damage in blood cells was assessed. Urine and blood samples were taken from a population of Santiago del Estero province. Urinary total arsenic (Asu) content (a recent exposure biomarker) and single cell gel electrophoresis (Comet assay) wereperformed. Children represented the 41.54% of the sampled population (n=65) and 57% of them had Asu levels between 41.78 and 3918.10 μgAs/g creatinine (reference value: less than 40μgAs/g creatinine). Comet assay showed that children with high levelof Asu presented a percentage of cells with high DNA damage increased respect to those with Asu below the reference value (32.79% ± 3.32 vs 9.77% ± 6.59, p< 0.001). Despite the small number of samples analyzed in this preliminary study, there is a clear tendency of correlation between total arsenic content in urine and DNA damage (r=0.6509, p=0.0117). The data obtained showed that the children population exposed to high levels of arsenic represent a group of risk for developing pathologies related with this toxic.