The current study was performed to elucidate the relationship between the anatoxin -a produced by cyanobacteria and aquatic environmental factors, Algal and water samples were collected from the Daechung Reservoir from June to November 2001. The physical factors of the water quality were measured in sifu, while the biological and chemical factors were examined in the laboratory. The concentrations of anatoxin-a in the algal and water samples were analyzed by HPLC using a fluorescence detector, and ranged from $0.61-8.68\;{\mu}g/g$ dw in the algal samples and $0.01-0.08\;{\mu}g/L$ in the water samples. The suggested maximum concentration of anatoxin-a for safe drinking water is $1\;{\mu}g/L$. The concentrations of anatoxin-a in the algal and water samples were highest in July. The relationships between tile aquatic environmental factors and the anatoxin-a concentration were also analyzed to identify the crucial elements for toxin production. The anatoxin-a concentrations in the algal samples exhibited a high correlation with nitrate, the TN/TP ratio, TDN (P<0.05), and TPN/TPP ratio (P<0.01), whereas the anatoxin-a concentrations in the water samples were highly related to the water temperature, conductivity (P<0.01) , pH, phycocyanin, and phycocyanin/chlorophyll a ratio (P<0.05).
This work investigated the decomposition of aqueous anatoxin-a originated from cyanobacteria using an underwater dielectric barrier discharge plasma system based on a porous ceramic tube and an alternating current (AC) high voltage. Plasmatic gas generated inside the porous ceramic tube was uniformly dispersed in the form of numerous bubbles into the aqueous solution through the micro-pores of the ceramic tube, which allowed an effective contact between the plasmatic gas and the aqueous anatoxin-a solution. Effect of applied voltage, treatment time and the coexistence of nutrients such as $NO_3{^-}$, $H_2PO_4{^-}$ and glucose on the decomposition of anatoxin-a was examined. Chemical analyses of the plasma-treated anatoxin-a solution using liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS) and ion chromatography (IC) were performed to elucidate the mineralization mechanisms. Increasing the voltage improved the anatoxin-a decomposition efficiency due to the increased discharge power, but the energy required to remove a given amount of anatoxin-a was similar, regardless of the voltage. At an applied voltage of 17.2 kV (oxygen flow rate: $1.0L\;min^{-1}$), anatoxin-a at an initial concentration of $1mg\;L^{-1}$ (volume: 0.5 L) was successfully treated within 3 min. The chemical analyses using LC-MS and IC suggested that the intermediates with molecular weights of 123~161 produced by the attack of plasma-induced reactive species on anatoxin-a molecule were further oxidized to stable compounds such as acetic acid, formic acid and oxalic acid.
In this study we developed the analytical methods for the determination of three neurotoxin; anatoxin-a, saxitoxin and neosaxitoxin using HPLC/FLD system and this analytical methods were applied to real sample; algae culture and algae extracts. For the HPLC/FLD analysis of anatoxin-a samples were concentrated on WCX(Weak Cation Exchanger) SPE and then anatoxin-a in concentrate was derivatized with NBD-F solution. Supernatant was injected on HPLC system. For the HPLC/FLD analysis of saxitoxin and neosaxitoxin samples were separated on the column and then derivatizied by post column reactor for fluorescen detection. For post column reaction of saxitoxin we feed two kinds of reaction solution; Oxidizing Reagent of which composition was periodic acid(7mM) in 50mM potassium phosphate buffer, pH 9 and acidifying reagent of which Composition was 0.5M acetic acid. The LOD value for anatoxin-a, saxitoxin and neosaxitoxin in HPLC/FLD method was 24.3 ng. $35{\mu}g/L$, $27{\mu}g/L$ respectively. We determined the anatoxin-a content of lyophilized anabaena flos-aquae and $20{\mu}g/g$ d.w. of anatoxin-a was detected. We analyzed saxitoxin and neosaxitoxin in algae culture media and extracts of lypopyllized algal cell cultured and that of Deachung reservior. Saxitoxin and neosaxitoxin in real sample were below the limit of detection. Although there are various water treatment processes for removing neurotoxins were suggested no process give simultaneous and complete removal of neurotoxins. It was cocluded that nanofiltration which reject material by size can be a process for removal of neurotoxins.
This study was purposed to develop an effective LC/MS/MS method for simultaneously determining five pre-treated cyanotoxins (anatoxin-a, microcystins-RR, -YR, -LR and -LA) of cyanobacteria blooms. Cyanobacterial bloom samples were collected from 11 major lakes and three downstream areas of river around Korea during 2005~2009. Cyanotoxins were identified in 38 samples from the lakes. The validity of the method was evaluated and the recovery rates were found ranging from 83~87%. The MDL turned out to be $0.046\;{\mu}g\;L^{-1}$ for anatoxin-a and $0.066\;{\mu}g\;L^{-1}$ for microcystins (RR, YR, LR and LA), which indicates that the method has high sensitivity and accuracy. The most dominant genus of the cyanobacterial blooms was Microcystis, which accounted for 71% of the analysed samples. Microcystis also contained the largest amount of microcystins ($398.5\;{\mu}g\;gDW^{-1}$) among the analyzed cyanobacteria. The analysis of the five cyanotoxins showed that anatoxin-a ranged between $0{\sim}41.833\;{\mu}g\;gDW^{-1}$ and microcystins ranged between $6.311{\sim}2,148.786\;{\mu}g\;gDW^{-1}$. Among the microcystins, micocystin-RR took up 58.3%, the largest portion. Anatoxin-a was found to account for 77.8% of the samples. This study has its significance in that it allowed the establishment of toxin criteria appropriate for the Korean water systems. Further studies may be necessary to conduct for improving water treatment methods.
Anatoxin-a is a cyanobacterial neurotoxin with a high toxicity produced by Anabaena, Aphanizomenon and Oscillatoria. Water bloom, formed by Anabaena has been occurring frequently in Lake Yeongchun. It is need to develop a sensitive method for determination of anatoxin-a to control potential hazard in raw water resources. In this study, we developed a highly sensitive analytical method of anatoxin-a using solid phase extraction (SPE) and high performance liquid chromatography (HPLC) with fluorescence detection. Anatoxin-a was converted into a highly fluorescent derivative using 4-fuoro-7-nitro-2,1,3-benzoxadiazole (NBF-F). The method was evaluated in terms of linearity of calibration curve, recovery and repeatability, and the adequate values were obtained. The method detection limit was $0.034\;{\mu}g/g$ and $0.022\;{\mu}g/L$ for algal and water samples, respectively. The concentrations of anatoxin-a were measured in algal and water samples from Lake Andong, Yeongchun and Daechung and ranged from $0.135\;{\mu}g/g$ to $10.979\;{\mu}g/g$ in algal samples and not detected in water samples.
Cyanobacteria were dominant from June to September in the Nakdong River and the Hoedong Reservoir. Microcystis aeruginosa was dominant from June to September; Anabaena flos-aquae from June to August and Aphanizomenon flos-aquae from July to August. Cyanobacterial neurotoxins, Anatoxin-a and saxitoxin were analyzed by electrospray ionization-mass spectrometry with strains of Aphanizomenon flos-aquae NIES-81 and Anabaena flosaquae NIER-10002. Anatoxin-a was not detected from the cultured Anabaena flos-aquae nor from the wild samples. Low levels of saxitoxin were detected in the cultured Aphanizomenon flos-aquae however, those of field samples were below the detection limit.
Algae bloom occurred in reservoir in summer can cause taste and odor in water and disturb the flocculation and sedimentation processes in water treatment plant and cause sand filter plugging. It was also reported that microcystins, anatoxin and saxitoxin released from cyanobacteria had acute toxic effects on liver and nervous system. For these reasons, many advanced countries inclusive of WHO set the guideline for these toxins and cyanotoxins have been managed with regular monitoring in Korea as well. However, complex sample preparation steps such as a solid phase extraction (SPE) and derivatization are required with an existing analysis method with HPLC. We needed to improve an analysis method for low extraction efficiency and long sample preparation time. In this study, we have established a new LC/MS/MS method which can simultaneously determine 6 cyanotoxins (Microcystins-LR, Microcystins-RR, Microcystins-YR, Anatoxin-a, Saxitoxin, Neosaxitoxin) with only simple filtration step. When $75{\mu}L$ filterated sample was injected onto the LC-MS/MS, the recovery ranged from 86% to 112% and the MDL was $0.025{\sim}0.581{\mu}g/L$. We can make the MDL be lower than the guideline ($1{\sim}3{\mu}g/L$) of advanced countries with simple preparation.
Population dynamics of Anabaena and the anatoxin-a concentration were monitored with physicochemical parameters at 3 sites in the lower Naktong River from May to September in 2000. Total 4 species of Anabaena (A. flosaquae, A. smithii, A. ucrainica and A. mucosa) were identified with morphological characterisitcs. Anabaena flos-aquae was most abundant among the populations. The standing crop of Anabaena ranged from 10 to 11,220 cells · $ml^{-1}$ and biomass of Anabaena more 1,000 cells · $ml^{-1}$ was obseved once at St. Mulgeum and St. Seonam, twice at St. Hagueon out of total 9 samplings. There were not significant correlations between the standing crop of Anabaena and other physicochemical parameters such as temperature, nitrate, total nitrogen, phosphate, total phophorus and N/P ratios. The frequency of trichomes with akinetes was low and ranged from 0 to 4% in the total Anabaena population and A. smithii showed highest frequency of 2.8% among all species. The population at St. Seonam showed highest frequency of 1.4% among all sampling sties. The population in September showed the highest frequency of 3.0% among all sampling period. The frequency of trichomes with heterocysts was low and ranged from 1 to 87% inthe total Anabaena population and A. smithii showed highest frequency of 55.1% among all species. The population at St. Mulgeum showed highest frequency of 17.6% among all sampling sites. The population in August showed the highest frequency of 21.4% among all sampling period. The frequency of trichomes with akinetes and/or heterocysts was not related to all the physicochemical parameters of temperature, nitrate, total nitrogen, phosphate, total phosphorus and N/P ratios. The anatoxin-a concentations were determined in algal materials dominated by Microcystis and Anabaena from June though August by derivatization using 7-fluoro-4-nitro-2, 1,3-benzoxadiazole (NBD-F) and HPLC analysis with fluorimetric detection. All the concentrations were below the detection limit of 0.1 ㎍ · $l^{-1}$ in the present study.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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