Untersuchung der Epimerverhältnisse von PSP-Toxinen aus Alexandrium catenella und Gymnodinium catenatum


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Bernd.Krock [ at ] awi.de

Abstract

Algenblüten sind natürliche Phänomene, die weltweit aufgrund ihrer gesundheitlichen und wirtschaftlichen Auswirkungen eine große Rolle spielen. Von den rund 5000 marinen Phytoplanktonarten produzieren circa 80 Arten Toxine, welche nach ihrer Wirkung auf die Gesundheit in verschiedene Toxinklassen eingeteilt werden. Die in dieser Arbeit untersuchten Paralytic Shellfish Toxine (PST) werden von Arten der Gattung Alexandrium, von Gymnodinium catenatum und Pyrodinium bahamense gebildet. Untersucht wurde ein Stamm von Alexandrium catenella aus Argentinien und ein Stamm von Gymnodinium catenatum aus Mexiko. PSP-Toxine blockieren spannungsabhängige Kanäle der Nervenzellen und verursachen unter anderem Muskellähmungen, was in besser entwickelten Ländern aber keine Todesursache mehr darstellt, da relativ wenig wilde Schalentiere verzehrt werden und gleichzeitig Lebensmittelkontrollen sehr effektiv sind. Die chemische Struktur aller Toxine lässt sich von der Grundstruktur des Saxitoxins ableiten und unterscheidet sich jeweils durch vier verschiedene Substituenten. Durch die Keto-Enol-Tautomerie kommt es durch die spiegelbildliche Anordnung einer Sulfatgruppe zu einem Epimerenpaar. Der Prozess der Epimerisierung, der in dieser Arbeit untersucht wurde, beschreibt die Umwandlung des Betamers in das entsprechende Alphamer. Für die Versuche wurden die beiden Stämme kultiviert und bei ausreichender Zellmasse geerntet. Anschließend wurden die Toxine extrahiert und mit Hydrophiler Interaktionschromatographie und Tandem-Massenspektrometrie gemessen. Die Chromatographie ist ein analytisches Trennverfahren in der Chemie, das mit dem Prinzip zweier unterschiedlicher Phasen und den unterschiedlichen Wechselwirkungs-Eigenschaften der Analyten funktioniert. Das Massenspektrometer selektiert dann die für das gesuchte Toxin charakteristischen Molekülfragmente, die anschließend detektiert werden und von einem Rechner in Chromatogramme umgewandelt werden. Durch Integration der Peaks und einer externen Kalibration über die Regression von parallel mitgemessenen Standards, wurde die Toxinkonzentration in der Probe berechnet. Für die Untersuchung der Epimerisierung in den Algen und den Proben wurden physikalisch-chemische und biologische Versuche durchgeführt. In ersteren wurden die Einflussfaktoren Extraktionsmittel bzw. pH-Wert und Temperatur in der Probe in einer Zeitreihe untersucht. In letzteren die auf die Algen wirkenden Umweltfaktoren Salinität und Temperatur. Es wurde festgestellt, dass die Epimerisierung sowohl in der Alge, als auch in der Probe stattfindet. In den Proben und in den Algen findet sie nur bei höheren Temperaturen und nicht stark sauren pH-Werten statt. Gleichzeitig laufen auch noch andere Umwandlungsprozesse ab: In hohem pH-Wert bei Wärme kommt es zur Decarbamoylierung, im stark sauren Milieu bei Wärme zur Desulfonierung. Die Nullhypothese, dass die Alge sowohl Alpha- als auch Betamer bildet, kann durch das hohe Epimerverhältnis direkt nach der Extraktion stark angezweifelt werden, da der Verdacht besteht, dass der geringe Alphameranteil durch die Epimerisierung in der Alge und während der Extraktion entsteht.



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Thesis (Bachelor)
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Primary Division
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Published
Eprint ID
47790
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Krapf, K. (2018): Untersuchung der Epimerverhältnisse von PSP-Toxinen aus Alexandrium catenella und Gymnodinium catenatum Bachelor thesis, Hochschule Weihenstephan-Triesdorf.


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