Improvements in Liquid Chromatography coupled to Mass Spectrometry methods for the determination of legislated and emerging marine toxins in the Northwest Mediterranean coast

Abstract

L’objectiu d’aquesta tesi és millorar l’aplicació de mètodes de cromatografia de líquids acoblada a espectrometria de masses (LC-MS) per a l’estudi de toxines lipofíliques i emergents produïdes per microalgues en un ecosistema litoral mediterrani (Delta de l’Ebre, Catalunya, NO Mar Mediterrani). La primera contribució fou l’avaluació de diferents condicions per implementar el mètode de control de referència de toxines lipofíliques en bivalves, obtenint majors rendiments i complint amb els requeriments legals. Aquest mètode s’aplicà en l’estudi d’una floració de Dinophysis sacculus a la badia dels Alfacs, considerant diferents aproximacions per caracteritzar el risc: anàlisi de toxines en microalgues, dissoltes en aigua, i en bivalves. Els perfils toxínics de D. sacculus només presentaren àcid okadaic i pectenotoxina-2 (la toxina principal). El contingut de toxina total per cèl·lula s’incrementà cap al final de la floració, coincidint amb la màxima concentració d’àcid okadaic en musclos (fins a 3,7 vegades el màxim permès a Europa), la concentració de pectenotoxines fou menor. Els ostrons no acumularen toxines per sobre del nivell màxim permès. El mètode LC-MS permeté la detecció de les toxines emergents pinatoxina-g (primera detecció a Espanya) i espiròlid-1, les quals foren confirmades inequívocament mitjançant MS d’alta resolució, en concentracions baixes en marisc i mostrejadors passius. No es detectaren metabòlits acilats de pinatoxines i els falsos positius es descartaren amb informació ortogonal. Les toxines emergents denominades palitoxines també s’investigaren, i es descobriren dues noves palitoxines en cultius de noves soques d’Ostreopsis cf. ovata de Catalunya: l’ovatoxina-g (46-dehidroxi ovatoxina-a) i un isòmer de la palitoxina (anteriorment “palitoxina putativa”), igual que la palitoxina però hidroxilada en C-42 i entre l’extrem A y C-8, i deshidroxilada en C-17 i probablement en C-64. Els perfils toxínics contenien ovatoxines-a,-b,-c,-d i –e, amb concentracions per cèl·lula majors que les d’altres soques mediterrànies.

El objetivo de esta tesis es mejorar la aplicación de métodos de cromatografía de líquidos acoplada a espectrometría de masas (LC-MS) para el estudio de toxinas lipofílicas y emergentes producidas por microalgas en un ecosistema litoral mediterráneo (Delta del Ebro, Cataluña, NO Mar Mediterráneo). La primera contribución fue la evaluación de diferentes condiciones para implementar el método de control de referencia de toxinas lipofílicas en bivalvos, obteniendo mayores rendimientos y cumpliendo con los requerimientos legales. Este método se aplicó al estudio de una floración de Dinophysis sacculus en la bahía de Alfacs, considerando diferentes aproximaciones para caracterizar el riesgo: análisis de toxinas en microalgas, disueltas en agua, y en bivalvos. Los perfiles toxínicos de D. sacculus sólo presentaron ácido okadaico y pectenotoxina-2 (la más abundante). El contenido de toxina total por célula se incrementó hacia el final de la floración, coincidiendo con la máxima concentración de ácido okadaico en mejillones (hasta 3.7 veces el máximo permitido en Europa), la concentración de pectenotoxinas fue menor. Las ostras no acumularon toxinas por encima del nivel permitido. El método LC-MS permitió la detección de pinatoxina-g (primera detección en España) y espirólido-1 (toxinas emergentes), confirmadas inequívocamente mediante MS de alta resolución, en concentraciones bajas en bivalvos y muestreadores pasivos. No se detectaron metabolitos acilados de pinatoxinas, y los falsos positivos se descartaron con información ortogonal. Las toxinas emergentes denominadas palitoxinas también se investigaron, y se descubrieron dos nuevas palitoxinas en cultivos de nuevas cepas de Ostreopsis cf. ovata de Cataluña: ovatoxina-g (46-dehidroxi ovatoxina-a) y un isómero de la paltoxina (anteriormente “palitoxina putativa”), igual que la palytoxina pero hidroxilada en C-42 y entre el extremo A y C-8, y dehidroxilada en C-17 y probablemente en C-64. Los perfiles toxínicos contenían ovatoxinas-a,-b,-c,-d y –e, con concentraciones por célula mayores que las de otras cepas mediterráneas.

This thesis aims to improve the application of liquid chromatography coupled to mass spectrometry (LC-MS) methods for the study of lipophilic and emerging toxins produced by microalgae in a coastal Mediterranean environment (Ebro Delta, Catalonia, Spain, NW Mediterranean Sea). The first contribution was the evaluation of different conditions for the implementation of the official reference control method for lipophilic toxins in shellfish, in order to obtain higher sample throughput and meet legal requirements. This method was applied to study a bloom of Dinophysis sacculus in Alfacs Bay, considering different approaches to characterize risks: analysis of toxins in microalagae, dissolved in water and in shellfish. Toxin profiles of D. sacculus only included okadaic acid and pectenotoxin-2 (the most abundant). Toxin content per cell increased towards the end of the bloom, concomitant with the maximum okadaic acid concentration in mussels (up 3.7 times the maximum permitted level in Europe), pectenotoxins were accumulated at lower concentrations. Oysters did not accumulate toxins over the maximum permitted level. The optimized method allowed the detection of the emerging toxins pinnatoxin-g (first report in Spain) and spirolide-1, which were unequivocally confirmed by High Resolution MS at low concentrations in shellfish and passive samplers. Acyl ester metabolites of pinnatoxins were not detected, and false positives were discarded by orthogonal information. The emerging toxins named palytoxins were also investigated in the study area, and two new palytoxins were discovered in cultures of new strains of Ostreopsis cf. ovata from Catalonia: ovatoxin-g (46-dehydroxy ovatoxin-a) and isomeric palytoxin (formerly “putative palytoxin”), like palytoxin but hydroxylated at C-42 and in the segment from the A-side terminal to C-8, and dehydroxilated at C-17 and most likely at C-64. Toxin profiles also contained ovatoxin-a, -b, -c, -d and –e, at concentrations per cell higher than toxin quotas reported for other Mediterranean strains.