Evaluación de la concentración de arsénico en agua empleando biosensores microbianos

Abstract

ABSTRACT: The most common source of arsenic is the oxidation of minerals with a high content of this element, for example, arsenopyrite, scorodite and orpimenta that may appear in different geological environments. The toxicity of arsenic is known through epidemiological reports of cancers and problems such as black foot disease and skin lesions associated with chronic exposure to arsenic in water for human use and consumption. In Mexico has found concentrations of arsenic in water sources that reach values of 2.348 mg / L, exceeding the ceiling of the Norma Oficial Mexicana, 0.025 mg / L. There are methods for the quantification of arsenic in water as atomic absorption spectrophotometry, commercial kits and the use of biosensors. The aim of this work is to implement the microbial biosensors (Escherichia coli) by means of techniques that allow us the quantification of arsenic in water samples from different origins. We used E. coli pMV132-arsR-ABS y E. coli pJAMA-arsR-ABS strains transformed, which they have inserted a plasmid that confers resistance to ampicillin and reporter genes coding for β-galactosidasa and luciferase, respectively. We determined the optimum operating conditions based on a number changes to methods proposed by Stocker and Van Der Meer using known solutions of arsenic (0. 0.05, 0.1, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 y 1.0 µM), these methods were subsequently evaluated with EAA and Wagtech Arsenator digital by statistical analysis, finding that the EAA and Wagtech Arsenator digital have greater sensitivity and broader range of work and others do not have any effect compared with the parent biosensor tested. However was found that methods based of biosensors showed a high recovery rate problems with samples collected at different points of the Mexican Republic and Mexico City, indicating that these can be used as alternative methods quantification of arsenic in water, don’t generate toxic compounds and less expensive. In addition, a test amount with the strain semiquantitative E. coli pMV132-arsRABS, subjecting a mixture of different materials, which help the organism to survive the stress after drying after they are placed on strips of Whatman 3M paper, the same were subject to known concentrations of arsenic (0. 0.05, 0.1, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 y 1.0 µM), found a good answer with 3µL cells and 20 µL of 5 mg / ml Xgal.

RESUMEN; El origen más común del arsénico es la oxidación de minerales con un alto contenido en este elemento, como pueden ser, la arsenopirita, la escorodita y la orpimenta que pueden aparecer en diferentes ambientes geológicos. La toxicidad del arsénico es conocida a través de reportes epidemiológicos de cánceres y problemas como la enfermedad de pie negro y lesiones cutáneas, relacionados con la exposición crónica a arsénico en agua para uso y consumo humano. En México se han identificado concentraciones de arsénico en fuentes de abastecimiento de agua que alcanzan valores de 2.348 mg/L, rebasando el límite máximo de la Norma Oficial Mexicana, 0.025 mg/L. Existen métodos para la cuantificación de arsénico en agua como la espectrofotometría de absorción atómica, Kits comerciales y el uso de biosensores. El objetivo de este trabajo es implementar los biosensores microbianos (Escherichia coli) por medio de técnicas que nos permitan la cuantificación de arsénico en muestras de agua de diversos orígenes. Se emplearon cepas transformadas de cepas E. coli pMV132-arsR-ABS y E. coli pJAMA-arsR-ABS la cual tienen insertado un plásmido que les confiere resistencia a la ampicilina así como genes reporteros que codifican para la ?galactosidasa y luciferasa respectivamente. Se determinaron las condiciones óptimas de operación en base a una serie modificaciones a métodos propuestos por Stocker y Van Der Meer empleando soluciones conocidas de arsénico (0. 0.05, 0.1, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 y 1.0 µM), posteriormente se evaluaron estos métodos junto con EAA y Wagtech Arsenator digital mediante un análisis estadístico, encontrándose que el EAA y Wagtech Arsenator digital presentan mayor sensibilidad así como intervalo de trabajo más amplio y demás no presentan ningún tipo de efecto matriz en comparación con los biosensores probados. Sin embargo a pesar de estas desventajas se encontró que estos métodos basados en biosensores presentaron un porcentaje de recuperación alta con muestras problemas recolectas en diferentes puntos de la república mexicana y Ciudad de México, lo que indica que estos pueden ser empleados como métodos alternativos para la cuantificación de arsénico de agua, los cuales no generan productos tóxicos y son menos costosos. Además se monto una prueba semicuantitativa con la cepa E. coli pMV132-arsR-ABS, sometiéndola a una mezcla de diferentes soportes, los cuales ayudan al microorganismo a sobrevivir al estrés tras la desecación después de colocarlos en tiras de papel Whatman 3M, estas mismas fueron sometidas a concentraciones de arsénico conocidas (0. 0.05, 0.1, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 y 1.0 µM), encontrándose una buena respuesta con 3µL de células y 20 µL de Xgal 5mg/mL