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Análogos de la palitoxina generados por la microalga Ostreopsis cf. ovata: perspectiva analítica y biológica

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Universitat de Barcelona. Departament d'Enginyeria Química i Química Analítica

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[spa] Las proliferaciones de algas nocivas (HABs) son fenómenos naturales en los que ciertos tipos de algas, en concentraciones específicas, tienen efectos adversos en humanos y/o el medio ambiente. Algunas HABs producen toxinas que pueden transmitirse a través de la cadena alimentaria, afectando a quienes consumen los alimentos contaminados. Otras proliferaciones pueden causar problemas cutáneos, respiratorios e incluso la muerte de la fauna marina. En las últimas décadas, las HABs han aumentado debido al calentamiento global, la eutrofización y otras presiones humanas. El estudio de las HABs se dirige a comprender sus causas, predecir su ocurrencia y mitigar sus efectos. Esta Tesis se centra en el dinoflagelado Ostreopsis cf. ovata, que ha provocado HABs en zonas costeras de mares templados y tropicales. Esta alga produce toxinas similares a la palitoxina (PLTX), que se han relacionado con intoxicaciones alimentarias, irritaciones cutáneas y respiratorias en humanos, así como la mortalidad de la fauna marina. En esta Tesis se ha desarrollado una metodología analítica para el estudio de los análogos de la PLTX (OVTXs e iso-PLTX) en muestras medioambientales. Se ha evaluado un método de extracción y se ha desarrollado un método para la identificación/cuantificación de estas toxinas por UHPLC‒HRMS. Los análogos de la PLTX son compuestos polihidroxilados que generan un espectro de masas complejo debido a la presencia de múltiples iones incluyendo pérdidas de moléculas de agua y la formación de iones aductos con sodio y calcio, entre otros. Se ha estudiado la variabilidad de la abundancia de estos iones en función del tipo de fuente de electrospray y de espectrómetro de masas, permitiendo establecer un método de cuantificación robusto utilizando la señal integrada de trece iones que podrían variar su intensidad según las condiciones instrumentales. Además, y por primera vez, se han estudiado estas toxinas utilizando la movilidad iónica (IM) en tres sistemas diferentes (DTIMS, TWIMS, TIMS). Como resultado de estos estudios se han propuesto, por primera vez, los valores de sección transversal de colisión (CCS) para los diferentes iones observados tanto en la PLTX patrón como en las OVTX-a y OVTX-b detectadas en muestras de agua de mar. Además, se han combinado los experimentos de movilidad iónica con estudios de simulaciones de dinámica molecular para poder dar respuesta a algunos de los datos observados en la espectrometría de movilidad iónica (IMS). Este trabajo también incluye estudios de las proliferaciones anuales ocurridas en la zona de estudio (Sant Andreu de Llavaneres, Barcelona), en el periodo 2018–2021. Estos estudios han permitido evaluar el efecto de la disponibilidad de nutrientes en la modulación de la concentración de toxinas en el agua, sugiriendo que los niveles de fósforo orgánico y la temperatura tienen una relación directa con las concentraciones de toxinas en el medio natural. Además, se han llevado a cabo experimentos con cultivos observándose que la cepa estudiada es capaz de utilizar diferentes tipos de fuentes de nitrógeno tanto orgánicas como inorgánicas para su crecimiento, sin presentar una relación directa con la producción de toxinas. La Tesis finaliza con unos estudios sobre la aerosolización de las toxinas incubando comunidades naturales procedentes de 3 proliferaciones (2019, 2020 y 2021) de O. cf. ovata mediante una cámara generadora de aerosoles. La aerosolización de las toxinas ocurriría principalmente durante las primeras horas de la incubación. Las concentraciones de toxinas en los aerosoles variaron según la fase de la proliferación en la que las células fueron obtenidas, y la concentración de la toxina en el agua incubada. Otros aspectos técnicos y la implicación de la toxina disuelta requieren futuros estudios.

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[eng] Harmful algal blooms (HABs) are natural phenomena in which specific types of algae reach relatively high concentrations and pose risks to humans and/or the environment. Some HABs produce toxins that harm marine life and can be transmitted through food chain, affecting humans that consume contaminated seafood. Global warming, eutrophication and other human pressures are contributing to the increase in HABs observed over the past decades. Therefore, studying HABs is important to understand their causes, predict their occurrence/impacts and prevent their impacts. This Thesis focuses on the Ostreopsis cf. ovata dinoflagellate, which causes HABs in coastal areas of temperate and tropical seas, and produces palytoxin (PLTX) analogues, which can cause food poisoning, skin irritations, respiratory problems in humans, as well as mortality in marine fauna. This work presents an analytical methodology to study PLTX analogues (OVTXs and iso-PLTX) in environmental samples by UHPLC-HRMS. The complex mass spectrum generated by these polyhydroxylated compounds has been analyzed to establish a robust quantification method using different ions for the identification/quantification that can vary depending on the instrumental conditions/systems. Moreover, ion mobility spectrometry (IMS) has been used, for the first time, to study the toxins, providing collision cross-section (CCS) values and molecular dynamics simulations to support some studies. The Thesis also includes studies of annual blooms in Sant Andreu de Llavaneres (Barcelona) from 2018 to 2021, evaluating the effect of nutrient availability on cell abundance and toxin concentrations in the field and in laboratory experiments with a strain isolated in the study area. Furthermore, the aerosolization of toxins in a controlled chamber during O. cf. ovata blooms has been investigated. The concentration levels of aerosolized toxins varied depending on the bloom phase and toxin concentration in the water during incubation. Further research is needed to explore technical aspects and the implications of dissolved toxins. In summary, this Thesis provides information on the identification, quantification, and study of PLTX analogues in HABs caused by Ostreopsis cf. ovata. It also explores the factors influencing toxin concentrations and their aerosolization, contributing to a better understanding of HABs and their potential risks to human health and the environment.

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cc by-nc (c) Medina Pérez, Noemí-Inmaculada, 2023

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Tesis Doctorals - Departament - Enginyeria Química i Química Analítica

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Análogos de la palitoxina generados por la microalga Ostreopsis cf. ovata: perspectiva analítica y biológica