一株利玛原甲藻的腹泻性贝类毒素产毒生理及制备技术研究

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腹泻性贝类毒素(Diarrhetic Shellfish Toxins,DSTs)属于八大海洋贝类毒素之一,在全球沿海海域广泛分布,包括大田软海绵酸(Okadaic acid,OA)及其衍生物(Dinophysistoxins)等游离态和酯化态毒素。DSTs由原甲藻属和鳍藻属等有毒甲藻产生,可在贝类等滤食性动物体内富集代谢和转化,通过食物链传递至人类体内,引起腹泻性中毒,而且部分毒素还被释放到海洋水体中,不仅危害人体健康,而且对海洋环境和食品安全等带来潜在风险。而利玛原甲藻(Prorocentrum lima)是产生DSTs的典型海洋底栖有毒赤潮藻,广泛分布于世界各地,对我国近海生态及食品安全造成严重威胁。本研究以分离自我国海南文昌(北纬19°37′57′′,东经110°58′32′′)的一株利玛原甲藻(HN45株)为研究对象,通过优化毒素提取步骤和质谱条件参数等建立DSTs中游离态及酯化态毒素的高分辨筛查鉴定方法,利用此方法和分子网络技术,并辅助高效液相色谱和分子生物法采集不同地域利玛原甲藻和贝类基质样品的毒素、特征化合物、色素组成及基因序列等多元化参数,为建立基于利玛原甲藻的指纹谱库提供数据依据,而且探究了温度和氮磷限制对利玛原甲藻中DSTs各组分的毒性及其相互转化特点的影响,确定了OA、DTX-1和35S DTX-1三种DSTs毒素的提取、分离和纯化及制备步骤,本文主要内容如下:(1)优化毒素前处理步骤和正负离子扫描模式以及碰撞能等质谱参数,建立了基于高分辨液质联用的游离态和酯化态DSTs毒素的筛查和鉴定方法。藻细胞毒素经80%甲醇溶液提取,稀释2.50倍后由strataTM–X固相萃取进行净化富集,质谱数据采集使用full MS/dd-MS2正离子扫描模式,分步碰撞能为10/30 e V条件。结果显示OA和DTX-1母离子峰面积的线性关系良好,相关系数≥0.999,单加标OA回收率为74.0%-147%之间。筛查得到利玛原甲藻共含有三种游离态毒素(OA、DTX-1和35S DTX-1)和四种酯化态毒素(OA-D9b、OA-D8a、DTX-1 D6和DTX-1 D9b),各毒素精确质量偏差均小于2.92 ppm。而且不同生长周期藻细胞中OA单细胞产毒总量为5.73-32.5 pg/cell,DTX-1 and 35S DTX-1毒素含量均小于1.00pg/cell,OA-D9b是毒素含量最高的二醇酯类衍生物,占总毒素的比例为68.3%。本方法实现了DSTs中游离态和酯化态毒素的同步高通量筛查和鉴定,为全面准确评价利玛原甲藻体内DSTs的潜在风险性提供了技术基础。(2)采用高分辨多级质谱方法和分子网络技术,筛查和鉴定贝类基质样品和不同地域产毒藻中的毒素和特征化合物,然后利用高效液相色谱和分子生物法采集藻细胞的色素特征和基因序列等多元化参数,初步建立了基于不同地域来源的三种产毒藻的DSTs指纹谱库。结果共筛选到519种特征化合物,验证得到32种主要特征化合物,15种差异酯化态毒素,质荷比为958的化合物可以直接作为区分2WZD12与其他藻的特征酯化态毒素。本方法作为基于沿海海域复合毒素污染区内双壳贝类体内毒素来源识别的需求的初步探索,为建立DSTs指纹谱库提供了数据支撑。(3)评价了温度(20℃、25℃、30℃)和氮磷限制(氮磷比:4.08、8.17、16.3、24.5、73.5、147)对利玛原甲藻(HN45株)的藻密度、比生长率、色素、蛋白质和可溶性糖等生理特征以及DSTs生产特性的影响。单因素方差分析结果表明,温度和氮磷限制均显著影响利玛原甲藻单细胞产毒能力。单细胞产毒量在温度为25℃,磷浓度为6μM时呈现最高值,即11.3 pg/cell。磷限制降低了藻密度、比生长率和叶绿素a及可溶性糖含量,但显著提高了单细胞OA毒素含量,而且进一步证实了毒素和叶绿素a含量随生长周期变化呈负相关关系。另外,藻细胞酯化态毒素仅占总毒素含量的3%-14%,含量远低于游离态毒素,但是对于酯化态毒素毒性的潜在风险性评估仍然不可忽视。(4)以收集平台期藻细胞为毒素来源,初步构建了以利玛原甲藻为原料的DSTs制备技术。本技术利用甲醇提取,乙酸乙酯萃取,葡聚糖凝胶柱纯化和制备液相四个步骤,对利玛原甲藻所产的OA、DTX-1和35S DTX-1进行提取、纯化、分离和收集,然后采用高分辨多级质谱对收集到的不同组分进行定性定量分析。结果显示,该技术可有效对利玛原甲藻中所产三种DSTs组分进行分离制备,20.0 g藻细胞浓缩液共制备得到OA 1.80 mg、DTX-1 0.44 mg和35S DTX-1 9.85μg,为下一步进行制备技术优化及标准物质的申报打下了技术储备。
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