• Nie Znaleziono Wyników

Chromatografia oraz elektroforeza kapilarna to w przypadku mikrocystyn jedyne techniki analityczne, które pozwalają na rozdzielenie toksyn oraz ich identyfikację [39], W jednym zakwicie sinic może się znajdować nieraz kil­ kanaście odmian mikrocystyn [40]. Również z tego powodu konieczne jest użycie bardziej skomplikowanej metody analitycznej. Brak komercyjnie dostę­ pnych syntetycznych lub naturalnych standardów wpływa na możliwości anali­ zy chromatograficznej toksyn. Kilka standardów toksyn jest dostarczanych przez firmy Sigma-Aldrich lub Calbiochem po dosyć wysokich cenach. Duży popyt przekracza jednak znacznie możliwości tych firm. Kolejnym problemem jest dobór fazy stacjonarnej, ruchomej oraz innych parametrów rozdziału chro­

matograficznego. Mikrocystyny są peptydami o niskiej masie cząsteczkowej, wynoszącej ok. 1000 Da, trwałymi chemicznie podczas wzbogacania próbki oraz rozdziału chromatograficznego [41]. Jonizacja ich grup karboksylowych zachodzi przy pH 3,3-3,4 [33]. Edwards i in. wypróbowali kilka faz stacjonar­ nych C 18 do HPLC produkowanych przez różne firmy, często stosowanych do rozdzielania peptydów. Najlepszy rozdział mikrocystyn osiągnięto na kolum­ nach wypełnionych fazą Hyperprep HS BDS C 18 (rozmiar cząstek 8 (im,

646 P. GAJDEK

średnica porów 10 nm) firmy Shandon HPLC [40]. Do celów analitycznych stosuje się kolumny o długości od 150 do 300 mm oraz średnicy ok. 4 mm (najczęściej są to wymiary 250 mm oraz 4,6 mm). Fazę ruchomą stanowi za­ zwyczaj gradient acetonitrylu lub metanolu w wodzie. Wydajność chrom ato­ graficzna fazy ruchomej poprawia się znacznie przez dodanie np. TFA. Po­ zwala on na utrzymanie niskiego pH, przy którym wolne grupy karboksylowe w mikrocystynach są uprotonowane. Chociaż elucja gradientowa daje lepsze rezultaty, stosuje się jeszcze często warunki izokratyczne. Harada i in. [35] stosowali trzy izokratyczne fazy ruchome do rozdziału mikrocystyn: meta­ nol — 0,05% TFA (6:4), metanol — 0,05 M bufor fosforanowy (pH 3) (6:4) oraz metanol — 0,05 M siarczan sodu (1:1). Przykładowe fazy gradientowe to gradient acetonitryl — 0,05% TFA, pozwalająca na wyjątkowo dobry rozdział mikrocystyn [42], lub gradient acetonitryl — woda z dodatkiem 0,008 M oc­ tanu amonu [32],

Widma absorpcyjne roztworów mikrocystyn w zakresie nadfioletu wyka­ zują charakterystyczne pasmo z maksimum przy 238 nm, związane ze sprzężo­ nym układem wiązań podwójnych w ADDA. Jest ono dosyć intensywne, po­ nieważ np. współczynnik absorpcji molowej dla mikrocystyny-LR wynosi 39 800 [43]. W przypadku mikrocystyn zawierających tryptofan pojawia się drugie maksimum przy 222 nm [31], natomiast izomery geometryczne przy szóstym węglu w ADDA mają maksima absorpcji przy 242 nm oraz trochę mniejsze współczynniki absorpcji molowej [43]. Przy rozdziale chromatografi­ cznym pozwala to na zastosowanie detekcji spektrofotometrycznej w zakresie nadfioletu. W przypadku detekcji za pomocą standardowego spektrofotometru stosuje się zwykle pomiar przy 238 nm. Krokiem naprzód jest użycie diodowe­ go detektora spektrofotometrycznego (Diodę Array Detector — DAD), który umożliwia pomiar całego widma w zakresie np. 200-300 nm w każdej chwili rozdziału. Pozwala on na skuteczną identyfikację mikrocystyn na podstawie ich charakterystycznych widm absorpcyjnych oraz eliminację innych frakcji, czego nie można zrobić tak dobrze przy zastosowaniu detekcji przy pojedyn­ czej długości fali lub nawet kilku wybranych długościach fal [31], Układy HPLC-DAD produkowane przez różne firmy stały się obecnie niemal standar­ dem w analizie mikrocystyn. Użycie HPLC z detekcją spektrofotometryczną pozwala na detekcję toksyn w ilościach rzędu kilku nanogramów. Ogranicze­ niem metody jest objętość próbki nastrzykiwana jednorazowo na kolumnę analityczną. W analitycznych wersjach HPLC wynosi ona standardowo 20 pi. Jeżeli w jednym litrze analizowanej wody pitnej znajduje się 1 pg toksyny (norma WHO), to w objętości 20 pl jest jej zaledwie 20 pikogramów. Jest więc oczywiste, że próbka musi być wnześniej mniej więcej tysiąckrotnie zagęsz­ czona, co umożliwia jej wzbogacenie metodą SPE. Innym sposobem n a zwięk­ szenie czułości jest detekcja za pomocą spektrometru mas [44] lub też derywa- tyzacja toksyn i ich detekga za pomocą pomiaru fluorescencji [45] lub chemiluminescencji [46].

MIKROCYSTYNY SINIC 647 Scharakteryzowano widma masowe wielu mikrocystyn, otrzymane np. metodami ESIMS (Electrospray Ionisation Mass Spectrometry) [47] lub FABMS (Fast Atom Bombardment Mass Spectrometry) [48]. Cechą charak­ terystyczną widm masowych wszystkich mikrocystyn zawierających niezmody- fikowany łańcuch, będący częścią ADDA, jest charakter} styczne maksimum przy m/z 135 [49]. Kondo i in. oznaczali mikrocystyny w ilościach piko- gramowych za pomocą chromatografu cieczowego, sprzężonego ze spektro­ metrem mas [44], Detekcja masowa jest jednak wciąż zbyt kosztowna, szcze­ gólnie dla mniejszych laboratoriów [39]. Zamiast detekcji masowej można zastosować detekcję elektrochemiczną jako metodę uzupełniającą [50], Wy­ próbowano też SPE połączone w jeden układ z HPLC na zasadzie przełącza­ nia kolumn, co prowadzi m.in. do zwiększenia szybkości analizy (całkowity czas analizy próbki wody — 90 min) oraz zwiększa objętość próbki, która może być jednokrotnie analizowana [51].

Techniką komplementarną do HPLC jest elektroforeza kapilarna (CE —

Capillary Electrophoresiś). Bateman i in. [52] zastosowali tę technikę w kom­

binacji ze spektrometrem mas do oznaczania mikrocystyn. Osiągnęli oni 0,2 pg/ml jako granicę detekcji mikrocystyny-LR tą metodą. Chromatografia cienkowarstwowa (TLC — Thin-Layer Chromatography) jest użyteczną tech­ niką w oznaczaniu mikrocystyn, chociaż wciąż niedocenianą. Aparatura do TLC jest względnie prosta i tania. Za pomocą tej techniki można oznaczać kilka próbek jednocześnie, a oczyszczanie próbki ma tutaj mniejsze znaczenie niż w przypadku HPLC. Użycie technik dwuwymiarowych pozwala na roz­ dział nieraz bardzo skomplikowanych mieszanin. Harada i in. [53] osiągnęli za pomocą TLC na żelu silikonowym przy użyciu faz ruchomych octan ety- lu-izopropanol-woda (4:3:7) lub chloroform-metanoł-woda (65:35:10), ok. 100 nanogramów jako granicę detekcji mikrocystyn. Ojanperä i in. [54] po­ trafili oznaczyć 10 pg mikrocystyny-LR na gram zliofilizowanych komórek sinic przy zastosowaniu ekstrakcji toksyn rozcieńczonym kwasem octowym, wzbogacania próbki przez SPE na RP-ODS oraz analizy za pomocą TLC na żelu silikonowym, przy zastosowaniu fazy ruchomej octan etylu-izopropa- nol-woda (9:6:5) oraz skaningowego detektora densytometrycznego.

Warto również wspomnieć o metodach nie pozwalających na rozdzielenie mieszaniny toksyn, ale niekiedy bardzo czułych. Zaproponowano np. metody analityczne pozwalające oznaczyć całkowitą zawartość toksyn. Są one oparte na tworzeniu kwasu 4-fenylo-3-metoksy-2-metylomasłowego jako produktu utleniania mikrocystyn metodą Lemieux (mieszaniną metanadjodanu sodu i nadmanganianu potasu) albo przez ozonolizę. Produkt ten jest następnie oznaczany jako ester metylowy przy użyciu chromatografu gazowego z płomie­ niowym detektorem jonizacyjnym albo z detektorem mas. Może on być rów­ nież derywatyzowany i oznaczany przy użyciu HPLC z detektorem fluorescen­ cyjnym w ilościach pikogramowych [55-57]. Metody tego typu mają jednak wiele słabych punktów. Toksyczność różnych odmian mikrocystyn nie jest

648 P. GAJDEK.

taka sama i całkowita zawartość ADDA nie jest wyznacznikiem toksyczności zakwitu. Poza tym wiele produktów degradacji mikrocystyn zawiera ADDA, co prowadzi do zawyżonego wyniku oznaczenia stężenia toksyn. Istnieje rów­ nież kilka odmian mikrocystyn, w których ADDA jest zmodyfikowany. Nie wiadomo, jak odmiany te zachowują się w sugerowanej procedurze analitycz­ nej. Bardzo czułe są również, nie omówione w tym artykule, metody biochemi­ czne (test hamowania aktywności fosfatazy proteinowej) lub immunologiczne (ELISA), pozwalające na detekcję mikrocystyn w zakresie pikogramów. Meto­ dy te są szybkie, ale mogą często prowadzić do fałszywych wyników. Mogą one mieć zastosowanie przy monitorowaniu wód [1, 3, 24].

UWAGI KOŃCOWE

Ze względu na opisane zagrożenia stacje uzdatniania wody oraz laborato­ ria zajmujące się analizą jakości wody pitnej w naszym kraju powinny posia­ dać możliwości oznaczania zawartości toksyn sinic w wodzie oraz ich usuwa­ nia lub degradacji w procesie uzdatniania wody. Warto się również zastanowić nad oznaczaniem toksyn sinic w wodzie wodociągowej dużych miast. Powinno się również szerzej niż dotąd informować społeczeństwo o niebezpieczeństwach związanych z zakwitami toksycznych sinic, czemu między innymi służy niniej­ szy artykuł.

Podziękowania

Dziękuję Panu mgr. Tadeuszowi Bochni za fachowe uwagi krytyczne oraz Panu dr. hab. Zbigniewowi Lechowskiemu za wprowadzenie w temat. Dziękuję również Fundacji na rzecz Nauki Polskiej za stypendium krajowe.

PIŚMIENNICTWO CYTOWANE

[1] K. S iv o n e n , Mycotoxins and Phycotoxins — Developments in Chemistry, Toxicology and

Food Safety, 1998, s. 547.

[2] M. R o g a ls k a -K u p ie c , T. B o ch n ia . Wiad. Botaniczne, 1998, 42, 11. [3] W. W. C h a r m ich a el, Adv. Botanical Res., 1997, 27, 211.

[4] K. S iv o n e n , Phycologia, 1996, 35, 12.

[5] W. W. C a rm ic h a e l, Scientific American, 1994, 270, 78. [6] M. T a r c z y ń sk a , M. Z a lew sk i, Gosp. Wodna, 1995, 4, 83.

[7] M. T a r c z y ń sk a , M. Z a le w sk i, Zintegrowana strategia ochrony i zagospodarowania ekosys­

temów wodnych, „Biblioteka Monitoringu Środowiska”, Uniwersytet Łódzki 1994, s. 79.

[8] M. T a r c z y ń sk a , K. Iz y d o r c z y k , M. Z a le w sk i, Raport o stanie środowiska w wojewódz­

twie sieradzkim w latach 1995-1996, „Biblioteka Monitoringu Środowiska”, Sieradz 1997,

s. 145.

M IK ROC YSTYN Y SINIC 649

czania substancji rakotwórczych w wodach, Państwowy Zakład Higieny, Warszawa, materia­ ły konferencyjne, 1997, 121.

[10] A. K. M. K a b z iń sk i, H. S ch o ll, S. D o m a g a ła . Biological Processes in Recultivation of

Lakes, Łódź 1995, s. 221.

[11] M. R. P rin se p , F. R. C aplan, R. E. M oore, G. M. L. P a tte r so n , R. E. H on k an en , A. L. B o y n to n , Phytochemistry, 1992, 31, 1247.

[12] K. L. R in eh a rt, M. N a m ik o sh i, B. W. C hoi. J. Appl. Phycology. 1994, 6, 159. [13] G. A. G od d, C. J. W ard, K. A. B e a ttie , S. G. B ell, The Phototrophic Prokaryotes, Kluwer

Akademie, New York 1999, 623.

[14] S. P ou ria, A. de A nd rad e, J. B arb osa, R. L. C a v a lca n ti, V. T. S. B arreto, C. J. Ward, W. P re ise r, G. K. P o o n , G. N. N eild , G. A. Codd, Lancet, 1998, 352, 21. [15] E. M. J o c h im se n , W. W. C a rm ic h a e l, J. An, D. M. C ardo, S. T. C o o k so n ,

C. E. M. H o lm e s, M. B. de C. A n tu n es, D. A. de M. F ilh o , T. M. L yra, V. S. T. B arreto, S. M. F. O. A z e v e d o , W. R. Jarvis, New Engl. J. Med., 1998, 338, 873.

[16] R. M. D a w so n , Toxicon, 1998, 36, 953.

[17] M. C raig, H. A. Luu, T. L. M cC read y, D. W illia m s, R. J. A n d ersen , C. F. B. H olm es, Biochem. Cell Biol., 1996, 74, 569.

[18] T. Abe, T. L a w to n , J. D. B. W eyers, G. A. C odd, New Phytologist, 1996, 133, 651. [19] G. A. C odd, J. S. M e tca lf, K. A. B e a ttie , Toxicon, 1999, 37, 1181.

[20] Y. U en o, S. N a g a ta , T. T su tsu m i, A. H a seg a w a , M. F. W ata n a b e, H.-D. Park, G.-C. C hen, G. C hen, S.-Z. Yu, Carcinogenesis, 1996, 17, 1317.

[21] P. G ajdek, Postępy Biol. Kom., 1999, 26, 743.

[22] T. W. L am b ert, C. F. B. H olm es, S. E. H rudey, Water Res., 1996, 30, 1411. [23] K. H im b erg, A.-M. K e ijo la , L. H iis v ir ta . H. P y y sa lo . K. S iv o n e n , Water Res., 1989,

23, 979.

[24] J. M e r ilu o to , A.-S. H ä r m ä lä -B r a sk e n , J. E r ik sso n , D. T o i v o la , T. L ind holm , Phycologia, 1996, 35, 125.

[25] L. Shi, W. W. C a rm ic h a e l, I. M ille r, Arch. Microbiol., 1955, 163, 7.

[26] M. F. W atan ab e, K. T suji, Y. W ata n a b e, K.-I. H arada, M. S u zu k i, Natural Toxins, 1992, 1, 48.

[27] M. Ikaw a, N. P h illip s , J. F. H an ey, J. J. Sasner, Toxicon, 1999, 37, 923.

[28] W. W. C a r m ic h a e l, P. R. G orham , The Water Environment. Algal Toxins and Health, Plenum Press, New York 1981, s. 161.

[29] M. M. W a ta n a b e, K. K aya, N. T ak am u ra, J. Phycology, 1992, 28, 761. [30] R. L. O liv er, J. Phycology, 1994, 30, 161.

[31] L. A. L a w to n , C. E d w ard s, G. A. C odd , Analyst, 1994, 119, 1525.

[32] G. J. Jon es, I. R. F a lc o m e r , R. M. W ilk in s, Environ. Toxicol. Water Qual., 1995,10,19. [33] C. R iv a sse a u , S. M a r tin s, M.-C. H e n n io n , J. Chromatogr. A, 1998, 799, 155. [34] R. J. W icks, P. G. T h iel, Environ. Sei. Techno]., 1990, 24, 1413.

[35] K.-I. H arada, K. M a tsu u ra , M. S u zu k i, H. Oka, M. F. W atan ab e, S. O ish i. A. M. D a h lem , V. R. B e a sle y , W. W. C arm ich a el, J. Chromatogr., 1988, 448, 275. [36] T. T r ish n a m u r th y , W. W. C a rm ic h a e l, E. W. Sarver, Toxicon, 1986, 24, 865. [37] K. T suji, S. N a it o , F. K o n d o , M. F. W atan ab e, S. Suzuki, H. N a k a z a w a , M. S u z u ­

ki, T. S h im a d a , K.-I. H arada, Toxicon, 1994, 32, 1251.

[38] M.-C. H e n n io n , V. P ic h o n , Environ. Sei. Technol., 1994, 28, 576. [39] J. M e r ilu o to , Anal. Chim. Acta, 1997, 352, 277.

[40] C. E dw ards, L. A. L a w to n , S. M. C o y le, P. R oss, J. Chromatogr. A, 1996, 734, 175. [41] K. T suji, S. N a it o , F. K o n d o , N. Ish ik a w a , M. F. W atan ab e, M. S uzuk i, K.-L

H arada, Environ. Sei. Technol., 1994, 28, 173.

[42] L. A. L aw ton , C. E d w ard s, K. A. B e a ttie , S. P le a sa n c e, G. J. D ear, G. A. Codd, Natural Toxins, 1995, 3, 50.

650 P. GAJDEK

[43] K.-I. H arada, K. M a tsu u r a , M. S u zu k i, M. F. W ata n a b e, S. O ish i, A. M. D ah lem , V. R. B e a sle y . W. W. C a rm ic h a e l, Toxicon. 1990. 28. 55.

[44] F. K o n d o , Y. Ik a i, H. O ka, H. M a tsu m o to , S. Y am ad a, N. Ish ik a w a , K. Tsuji, K.-I. H arad a, T. S h im ad a, M. O sh ik a ta , M. S u zu k i, Natural Toxins, 1995, 3, 41. [45] K.-I. H arad a, M. O sh ik a ta , T. S h im ad a, A. N a g a ta , N. Ish ik a w a , M. Suzuk i,

F. K o n d o , M. S h im izu , S. Y am ada, Natural Toxins, 1997, 5, 201.

[46] H. M u r a t a H. S h oji, M. O sh ik a ta . K.-I. H a r a d a M. S u z u k i, F. K o n d o , H. G oto, J. Chromatogr. A, 1995, 693, 263.

[47] M. Y uan, M. N a m ik o s h i, A. O tsu k i, K. L. R in eh a rt, K. S iv o n e n , M. F. W atan ab e, J. Mass Spectr., 1999, 34, 33.

[48] M. N a m ik o s h i, M. Y uan. K. S iv o n e n . W. W. C a rm ic h a e l, K. L. R in e h a r t, L. Rou- h ia in en , F. Sun, S. B r itta in , A. O tsu k i, Chem. Res. Toxicol., 1998, 11, 143. [49] F. K o n d o , Y. Ik ai, H. O ka, N. Ish ik a w a , M. F. W a ta n a b e, M. W atan ab e,

K. -I. H arada, M. S u zu k i, Toxicon, 1992, 30, 227.

[50] J. M e r ilu o to , B. K in ca id , M. R. Sm yth, M. W asb erg, J. Chromatogr. A, 1998,810,226. [51] H. S. L ee, C. K. J e o n g , H. M. L ee, S. J. C h o i , K. S. D o, K. Kim , Y. H. Kim,

J. Chromatogr. A, 1999, 848, 179.

[52] K. P. B atem an , P. T h ib a u lt, D. J. D o u g la s, R. L. W hite, J. Chromatogr. A, 1995, 712, 253.

[53] K L. H arad a, M. S u zu k i, A. M. D a h lem , V. R. B e a sle y , W. W. C a rm ic h a e l, K. L. R in e h a r t Jr., Toxicon, 1998, 26, 433.

[54] I. O jan p erâ, A. P ela n d er , E. V uori, K. H im b erg, M. W aris, K. N iin iv a a r a , J. Planar Chromatogr., 1995, 8, 69.

[55] T. S ano, K. N o h a r a , F. S h ir a ish i, K. K a y a Int. J. Environ. Anal. Chem., 1992, 49, 163. [56] K.-I. H arada, H. M urata, Z. Q ian g, M. S u zu k i, F. K o n d o , Toxicon, 1996, 34, 701. [57] K. K aya, T. S ano, Anal. Chim. Acta, 1999, 386, 107.

WIADOMOŚCI 200C. 54. 7-8

chemiczne p l i s s n 0043-5104