Distribution of hydrophilic and lipophilic arsenic species within the macroalgae

Abstract

In recent years seaweed has gained popularity as a health food due to its high content of minerals and vitamins. However, seaweeds may also accumulate high levels of potentially toxic elements – in particular arsenic, which may become incorporated into larger biological molecules such as sugars and lipids. It is unclear how these organic arsenic compounds are formed/stored and if they may serve a biological purpose (i.e., detoxification or energy storage). However, toxicological studies into arsenic-containing lipids have demonstrated cytotoxicity comparable to that of arsenite, a known carcinogen, and arsenic-containing sugars are suspected to display toxicity with chronic exposure. This thesis aims to investigate variations in the distribution of arsenic compounds throughout several classes and species of seaweed. Samples of brown, red and green macroalgae were collected from two locations in Iceland across two different months and analysed for several potentially toxic elements as well as hydrophilic arsenic speciation using HPLC-ICP-MS. Brown macroalgae were additionally sectioned into anatomical parts to determine if the distribution of arsenic species differs throughout the thallus. Select samples were chosen for state-of-the-art lipophilic arsenic speciation using HPLC-ICP-MS/ESI-MS/MS and HPLC-qToF-MS. Limited information is available on arsenic speciation in seaweed thus it is hoped that this extensive profiling of several different species will help elucidate how these unusual compounds are formed and stored. The data from this project will also contribute to the necessary information needed for the risk assessment of arsenic species in seaweed for human consumption and may have an impact on future food safety legislations.

Þörungar geta tekið upp mikið magn af frumefninu arsen úr sjónum á efnaforminu ólífrænt arsen sem er þekktur krabbameinsvaldur. Í þörungunum greinist arsen einnig á formi fjölbreyttra lífrænna efnasambanda arsens t.d. arsenósykrur og arsenólípíð, en lífrænar arsentegundir hafa verið taldar hættulausar. Nýlegar rannsóknir á arsenólípíðum hafa þó sýnt að þau geta verið jafn frumudrepandi og ólífræna arsenið og mögulegt er að arsenósykur hafi langvarandi neikvæð áhrif við reglubundna neyslu. Margt leikur á huldu um uppruna arsenólípíða en upphafspunktur framleiðslu þeirra er talinn eiga sér stað í þörungum. Þörungar njóta stöðugt meiri vinsælda á Vesturlöndum. Brýn þörf er á frekari upplýsingum um þessi efnasambönd til að meta til hlítar áhættuna sem fylgir neyslu þeirra og tryggja að settar séu viðeigandi reglur um hámarksmagn þeirra í matvælum. Sýnum af rauð-, græn- og brúnþörungum var safnað nálægt Grindavík og Kjalarnesi. Sýnin voru ítarlega rannsökuð m.t.t. þungmálma og framkvæmd var tegundagreining arsens til að afla upplýsinga um efnaform arsensins. Tegundargreining arsenólípíða er flókin og var framkvæmd í völdum sýnum með massagreinunum HPLC-ICP-M/ESI-MS/MS og HPLC-qToF-MS. Aukinheldur var brúnum stórþörungum skipt í líffræðilega hluta til að ákvarða hvort dreifing arsentegunda sé jöfn um þangið. Takmarkaðar upplýsingar eru til á heimsvísu um arsenólípíð í þangi, svo þessi umfangsmikla prófílgreining þeirra í mismunandi tegundum þörunga mun styðja við að skýra hvernig þessi dularfullu lífrænu efnasambönd arsens myndast og hvar þau eru geymd. Gögnin geta einnig nýst við áhættumat á arsentegundum í þangi til manneldis og geta því haft áhrif á framtíðarlöggjöf um matvælaöryggi.