Nové a málo prostudované bioaktivní metabolity cyanobakterií

Mgr. Jiří Kohoutek, Ph.D.

Doctoral thesis

Modern methods for sampling and detection of cyanobacterial toxins microcystins

Abstract:

Microcystiny jsou toxické oligopeptidy produkované některými druhy sinic. Přítomnost těchto látek může negativně ovlivnit některé funkce vodních ekosystémů, včetně jejich vodárenského a rekreačního využití. Masivní růst cyanobakterií je skloňován zejména ve spojení s fenoménem antropogenní eutrofizace povrchových vod, jež je v současné době celosvětovým problémem. Vzhledem k závažnosti důsledků které mohou tyto toxické látky vyvolat, je nezbytné sledovat jejich výskyt v různých složkách životního prostředí. Ke splnění tohoto požadavku je třeba mít spolehlivé metody pro jejich vzorkování a detekci. Předkládaná disertační práce je zaměřena na vývoj citlivých a robustních vzorkovacích a instrumentálně analytických metod pro stanovení microcystinů. Součástí této práce byl mimo jiné vývoj techniky pasivního vzorkování, včetně kompletního zhodnocení klíčových faktorů ovlivňujících vzorkovací proces. Prezentovány jsou také výsledky využití tohoto přístupu v reálných přírodních podmínkách a jejich srovnání s konvenčně využívaným přístupem. Dosažené výsledky nastiňují nesporné výhody využití techniky pasivního vzorkovaní pro microcystiny. Dalším tématém, které je zpracováno v rámci předkládané disertační práce, je stanovení microcystinů v komplexních environmentálních matricích. Konkrétně je práce zaměřena na zhodnocení účinnosti a optimalizaci extrakce toxinů z různých typů sedimentů. Pozornost je věnována také porovnání analytických technik pro stanovení toxinů v sedimentech. Determinace microcystinů a jejich metabolitů ve vzorcích tkání je posledním řešeným problémem. V textu je zachycen vývoj metody založené na kapalinově chromatografické separaci spojené s jednoduchou a tandemovou hmotnostní detekcí. Jsou zde prezentovány a diskutovány rozdílné výsledky dosažené pomocí těchto dvou přístupů. V závěru je prezentována studie zaměřená na potenciální kontaminaci svaloviny sladkovodních ryb. Tato část přináší první kritické srovnání výše zmíněných metod využívaných ke stanovení microcystinů ve tkáních a dalších komplexních matricích.

Abstract:

Microcystins are toxic oligopeptides produced by various species of cyanobacteria. Presence of these contaminants in the aquatic environment can inadvertly influence many ecosystem functions. Last not least, recreational and drinking water use can be affected too. Massive occurence of cyanobacteria is very often connected with process of anthropogenic eutrophication of surface waters. And this phenomenon became global problem. Regarding the serious consequences of microcystin contamination there is the necessity of appropriate sampling and detection methods. Presented dissertation thesis is focused on the development of sensitive and robust methods for sampling and instrumental analyses of microcystins. Among others, development of passive sampling technique is a part of this work. The key factors influencing sampling process were evaluated. The comparison with conventional grab sampling under natural conditions is also presented. Achieved results reveal the advantages of passive sampling approach in monitoring of cyanobacterial toxins. And the present study demonstrate that the modification of POCIS passive sampler is suitable for monitoring of occurrence and retrospective estimations of microcystin water concentrations, especially with respect to the control of drinking water quality Analyses of microcystins in complex environmental matrices comprise further part of this work. Particularly evaluation and optimization of toxin extraction from sediments is discussed. Attention is devoted also to comparison of analytical techniques used for detection of microcystins in sediments. Our results demonstrate the suitability of the methods described here for studying the occurrence and fate of MCs in the aquatic environment Determination of microcystins and their metabolites in tissue samples is the next topic compiled within the dissertation thesis. The development of analytical method based on liquid chromatographic separation with single and tandem mass spectrometric detection is presented. Different results obtained by these two methods are discussed. Screening of fish from natural reservoirs was also performed as a part of our work. This study provide first comparison of liquid chromatography with single (LC-MS) and tandem mass spectrometric detection (LC-MS/MS) for analyses of microcystins in complex fish tissue samples.

Keywords

microcystiny, pasivní vzorkování, komplexni matrice, kapalinová chromatografie s hmotnostní detekcí microcystins, passive sampling, complex matrices, liquid chromatography-mass spectrometry

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 10. 11. 2010

Thesis defence

• Date of defence: 22. 11. 2010
• Supervisor: prof. RNDr. Luděk Bláha, Ph.D.
• Reader: doc. Ing. Branislav Vrana, PhD., Ing. Anton Kočan, CSc., Ing. Jiří Kopecký, CSc.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Chemistry (4-years) / Environmental Chemistry