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Probiotic bacteria as potential detoxification tools: assessing their heavy metal binding isotherms

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Abstract:

Dietary exposure to heavy metals may have detrimental effects on human and animal health, even at low concentrations. Specific probiotic bacteria may have properties that enable them to bind toxins from food and water. We assessed the interaction of probiotic bacteria with cadmium and lead in vitro as an initial screening step to identify strains for heavy metal decontamination in food and intestinal models. Binding isotherms for cadmium and lead were characterized for Lactobacillus rhamnosus LC-705, Propionibacterium freudenreichii subsp. shermanii JS and a mix of them used by the food industry. Differences among the strains and their combinations in binding performance at a range of concentrations between 0.1 and 100 mg·L–1 were evaluated with the Langmuir model for biosorption. The effects of pH, contact time, and viability on the binding capacities were also investigated. All strains and their combinations were found to bind cadmium and lead efficiently at low concentration ranges commonly observed in foods. However, the two strains and their combinations differed significantly in their maximum binding capacities and affinities represented by the Langmuir constants Qmax and b, respectively. The binding seemed to occur instantaneously and in a pH-dependent manner, which can be perfectly described by a segmented linear–plateau model.Key words: probiotics, cadmium, lead, binding, Langmuir.

L'exposition alimentaire aux métaux lourds pourrait avoir des effets néfastes sur la santé humaine et animale même à de basses concentrations. Certaines bactéries probiotiques pourraient avoir des caractéristiques qui leur permettraient de se lier aux toxines retrouvées dans les aliments et l'eau. Nous avons évalué l'interaction de bactéries probiotiques avec le cadmium et le plomb in vitro dans une étape initiale de criblage afin d'identifier les souches utiles pour la décontamination des métaux lourds dans les aliments et pour l'élaboration de modèles intestinaux. Nous avons caractérisé les isothermes de liaison au cadmium et au plomb chez Lactobacillus rhamnosus LC-705, Propionibacterium freudenreichii subsp. shermanii JS et un mélange de ces dernières utilisé par l'industrie alimentaire. Les différences parmi les souches et leur combinaison dans la capacité de liaison à l'intérieur d'une gamme de concentrations entre 0,1 et 100 mg·L–1 ont été évaluées à l'aide du modèle de biosorption de Langmuir. Les impacts du pH, du temps de contact et de la viabilité sur la capacité de liaison ont également été examinés. Toutes les souches et leurs combinaisons ont démontré une liaison efficace au cadmium et au plomb à des écarts de concentrations habituellement observées dans les aliments. Toutefois, les deux souches et la combinaison ont différé significativement dans leur capacité de liaison maximale et leurs affinités représentées par les constantes de Langmuir (Qmax et b). La liaison semblait se produire instantanément d'une manière dépendante du pH qui pouvait être décrite parfaitement par le modèle segmenté linéaire–plateau.Mots clés : probiotiques, cadmium, plomb, liaison, Langmuir.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: September 1, 2006

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  • Published since 1954, this monthly journal contains new research in the field of microbiology including applied microbiology and biotechnology; microbial structure and function; fungi and other eucaryotic protists; infection and immunity; microbial ecology; physiology, metabolism and enzymology; and virology, genetics, and molecular biology. It also publishes review articles and notes on an occasional basis, contributed by recognized scientists worldwide.
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nrc/cjm/2006/00000052/00000009/art00010
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