Identification of Unknown Microcystins in Alberta Lake Water

Význam tématu

Cyanobakteriální toxiny, zejména mikrocytiny, se vyskytují v sladkých vodách Kanady a představují riziko pro veřejné zdraví i hospodářství díky své hepatotoxicitě a potenciálu podporovat vznik nádorů.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem studie bylo vyvinout citlivé metody pro detekci, charakterizaci a identifikaci známých i neznámých mikrocytinů v jezerní vodě bez použití komerčních standardů. Metodika kombinuje triple kvadrupólovou LC/MS analýzu (MRM) s vysokorozlišovací LC/Q-TOF a využitím osobní databáze sloučenin (PCD) sestavené z WHO seznamu mikrocytinů.

Použitá instrumentace

• Agilent 1290 Infinity LC System s G4226A autosamplerem
• Agilent 6460 Triple Quadrupole LC/MS se zdrojem ESI s technologií Jet Stream
• Agilent 6540 Q-TOF LC/MS se zdrojem ESI s technologií Jet Stream

Použitá metodika

• Targeted MRM analýza mikrocytin na triple kvadrupólu: gradientní C18 chromatografie, optimalizované MRM přechody pro osm známých mikrocytin a přidané analyty
• Precizní hmotnostní analýza a MS/MS fragmentace neznámých sloučenin na Q-TOF pro strukturální potvrzení
• Příprava vzorků: trojnásobný cyklus mražení a rozmražení, sonikace, filtrace přes 0,2 µm matrici do autosamplerových vial
• Sestavení osobní databáze sloučenin (PCD) v MassHunter se 52 mikrocytinními variantami dle WHO a retrospektivní vyhledávání v akumulovaných datech

Hlavní výsledky a diskuse

• MRM metoda dosáhla meze detekce 0,1–0,2 ng/mL a lineární rozsah až 50 µg/L (R2 > 0,997), s přesností 84–121 % na nejnižším kalibrátoru
• Ve vzorcích byl detekován neznámý pík s m/z 1059,5500, odpovídající desmethyl-HtyR (dm-HtyR) s odchylkou do 5 ppm
• Analýza iontů Adda (m/z 135,080 a 135,117), a fragmentů f a h potvrdila odštěpení metyldehydroalaninu (Mdha) na dehydroalanin (Dha) a přítomnost homotyrosinu (Hty)
• Retrospektivní analýza v PCD odhalila sedm dalších variant mikrocytinů ve dvou jeskerech, vyžadujících další potvrzení standardními sloučeninami

Přínosy a praktické využití metody

• Vysoká citlivost a selektivita vhodná pro rutinní monitoring pitné i rekreační vody
• Možnost odhalit a charakterizovat neznámé mikrocytinové varianty bez dostupnosti referenčních standardů
• Retrospektivní analýza dat umožňuje kontinuální rozšiřování monitorovaných toxinů

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření osobních databází o nové mikrocytinní varianty a modifikace
• Využití přesných hmotnostních kalkulátorů a vysokorozlišovacího nontarget screening
• Integrace analytických výsledků do modelů environmentálního rizika a biodostupnosti

Závěr

Kombinace LC/MS na triple kvadrupólu a vysokorozlišovací LC/Q-TOF s využitím osobní databáze PCD prokázala vysokou účinnost při detekci i strukturální identifikaci známých a neznámých mikrocytin v nízkých koncentracích, čímž se otevírá prostor pro rozšířený a spolehlivý environmentální monitoring.

Reference

1. B.G. Kotak, A.K.-Y. Lam, E.E. Prepas, S.E. Hrudey. Can. J. Fish. Aquat. Sci. 57, 1584–1593 (2000).
2. D.M. Orihel et al. Can. J. Fish. Aquat. Sci. 69, 1457–1462 (2012).
3. T. Mayumi, H. Kato, S. Imanishi, Y. Kawasaki, M. Hasegawa, K. Harada. J. Antibiot. (Tokyo) 59, 710–719 (2006).
4. I. Chorus, J. Bartram (Eds.). Toxic Cyanobacteria in Water, WHO, 1999.