To prevent paralytic shellfish poisoning (PSP) due to the consumption of shellfish contaminated with PSP toxins, the quantitative analysis of these toxins is very crucial. The AOAC International mouse bioassay (MBA) has been used widely for the routine monitoring of PSP toxins for more than 50 years. However, this method has low sensitivity and high limit of quantification (LOQ) and interferences from other components in the extract, and it cannot determine toxic profiles. Ethical problems also exist with the continued use of this live mouse assay. To establish an alternative method to the MBA used for PSP toxins analysis, we attempted to optimize the analysis conditions of a precolumn high-performance liquid chromatography (HPLC) oxidation method and succeeded in validating its accuracy and precision in quantifying PSP toxins. A clear peak and the isolation of PSP toxins were obtained by injecting the working standards of Certified Reference Materials using HPLC. The LOQ of the precolumn HPLC oxidation method for PSP toxins was about $0.1002{\mu}g/g$, which represented an approximately fourfold improvement in detection capability versus the AOAC MBA. The intra-accuracy and precision for PSP toxins in oysters were 77.0-103.3% and 2.0-5.7%, respectively, while the respective inter-accuracy and precision were 77.3-100.7% and 2.4-6.0%. The mean recoveries of PSP toxins from oysters were 75.2-112.1%. The results of a comparison study showed good correlation between the results of the precolumn HPLC oxidation method and those of MBA, with a correlation factor of 0.9291 for mussels. The precolumn HPLC oxidation method may be used as an alternative to, or supplementary method with, MBA to monitor the occurrence of PSP toxins and to analyze the profiles of these toxins in shellfish.
Lee, Ka Jeong;Kwon, Soon Jae;Jung, Yeoun Joong;Son, Kwang Tae;Ha, Kwang Soo;Mok, Jong Soo;Kim, Ji Hoe
Korean Journal of Fisheries and Aquatic Sciences
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v.50
no.6
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pp.669-674
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2017
Paralytic shellfish toxins (PSTs) are produced by marine dinoflagellate phytoplankton Alexandrium spp. and Gymnodinium spp. These toxins accumulate in filter feeding organisms such as bivalves and the ingestion of contaminated shellfish can cause illness in humans. The mouse bioassay (MBA) has been the preferred PST testing method worldwide for more than 50 years. However, this assay has several disadvantages, such as detection limits, non-toxic-profiles, and the ethical issues of using animals. The aim of this study was to establish an alternative to the MBA method for testing for PSTs. We optimized the analysis conditions of a post-column oxidation-high performance liquid chromatography (PCOX-HPLC) method and the Scotia Rapid Test Kit, and then compared the accuracy of these methods to the MBA method. The results demonstrated a strong correlation between the PCOX-HPLC method and the MBA, although the PCOX-HPLC method required expensive equipment and standard material, and was time consuming. The Scotia Rapid Test Kit promises to be a useful tool, as it provided rapid and qualitative results, although the method sometimes gave a false positive result that could not be explained by toxin profiles.
Song, Ki Cheol;Lee, Ka Jeong;Yu, Hong Sik;Mok, Jong Soo;Kim, Ji Hoe;Lim, Keun Sik;Lee, Mi Ae
Korean Journal of Fisheries and Aquatic Sciences
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v.46
no.2
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pp.154-159
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2013
The AOAC Mouse Bioassay method (MBA) has been widely used for routine monitoring of paralytic shellfish poisoning (PSP) for more than 50 years. However, this method has low sensitivity and experiences interference from other components in the extract. Also, ethical issues have been raised against the continued use of this live-mouse assay. To establish an alternative method for PSP analysis, we attempted to develop PSP analysis conditions using liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS). The LC-MS/MS analysis of reference material showed very reasonable accuracy, and the analysis time was just 15 min. However, the recovery rate of toxin spike samples using the LC-MS/MS analysis was 59.4-91.0%. We also attempted to remove the matrix effect using shellfish extracts, but recoveries of C1 and C2 did not improve. A comparison between the results of MBA and LC-MS/MS analysis revealed good correlations, with values of 0.8878 and 0.9211 for oyster and mussel matrices, respectively.
Yu, Hongsik;Lim, Keun Sik;Song, Ki Cheol;Lee, Ka Jeong;Lee, Mi Ae;Kim, Ji Hoe
Fisheries and Aquatic Sciences
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v.16
no.3
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pp.159-164
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2013
The mouse bioassay and high performance liquid chromatography (HPLC) post-column oxidation method are different methods of quantifying paralytic shellfish poisoning toxins. In this study, we compared their ability to accurately quantify the toxicity levels in two types of field sample (oysters and mussels) with different toxin profiles for routine regulatory monitoring. A total of 72 samples were analyzed by both methods, 44 of which gave negative results, with readings under the limit of detection of the mouse bioassay ($40{\mu}g/100g$ saxitoxin [STX] eq). In 14 oysters, the major toxin components were gonyautoxin (GTX) 1, -2, -3, -4, -5, decarbamoylgonyautoxin-2 (dcGTX2), and decarbamoylsaxitoxin (dcSTX), while 14 mussels tested positive for dcSTX, GTX2, -3, -4, -5, dcGTX2, neosaxitoxin (NEO), STX, and dcSTX. When the results obtained by both methods were compared in two matrices, a better correlation ($r^2=0.9478$) was obtained for mussels than for oysters ($r^2=0.8244$). Additional studies are therefore needed in oysters to investigate the differences in the results obtained by both methods. Importantly, some samples with toxin levels around the legal limit gave inconsistent results using HPLC-based techniques, which could have a strong economic impact due to enforced harvest area closure. It should therefore be determined if all paralytic shellfish poisoning toxins can be quantified accurately by HPLC, and if the uncertainties of the method lead to doubts regarding regulatory limits.
The current standard for testing tetrodotoxin (TTX) in foodstuffs is the mouse bioassay (MBA) in Korea as in many other countries. However, this test suffers from potential ethical concerns over the use of live animals. In addition, the mouse bioassay does not test for a specific toxin thus a sample resulting in mouse incapacitation would need further confirmatory testing to determine the exact source toxin (e.g., TTX, STX, brevotoxin, etc.). Furthermore, though the time of death is proportional to toxicity in this assay, the dynamic range for this proportional relationship is small thus many samples must be diluted and new mice be injected to yield a result that falls within the quantitative dynamic range. Therefore, in recent years, there have been many efforts in this field to develop alternative assays. High performance liquid chromatography (HPLC) coupled with mass spectrometry (MS) has been emerged as one of the most promising options. A LC-MS-MS method involves solid-phase extraction (SPE) and followed by analysis using an electrospray in the positive ionization mode and multiple reactions monitoring (MRM). To adopt LC-MS-MS method as alternative standard for testing TTX, we performed a validation study for the quantification of TTX in puffer fish. This LC-MS-MS method showed good sensitivity as limits of detection (LOD) of $0.03{\sim}0.08{\mu}g/g$ and limits of quantification (LOQ) of $0.10{\sim}0.25{\mu}g/g$. The linearity ($r^2$) of tetrodotoxin were 0.9986~0.9997, the recovery were 80.9~103.0% and the relative standard deviations (RSD) were 4.3~13.0%. The correlation coefficient between the mouse bioassay and LC/MS/MS method was higher than 0.95.
Youngjin Kim;Jooree Seo;Jun Kim;Jeong-In Park;Jong Hee Kim;Hyun Park;Young-Seok Han;Youn-Jung Kim
Journal of Marine Life Science
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v.9
no.1
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pp.9-21
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2024
Paralytic shellfish poisoning (PSP) including Saxitoxin (STX) is caused by harmful algae, and poisoning occurs when the contaminated seafood is consumed. The mouse bioassay (MBA), a standard test method for detecting PSP, is being sanctioned in many countries due to its low detection limit and the animal concerns. An alternative to the MBA is the Neuro-2a cell-based assay. This study aimed to establish various test conditions for Neuro-2a assay, including cell density, culture conditions, and STX treatment conditions, to suit the domestic laboratory environment. As a result, the initial cell density was set to 40,000 cells/well and the incubation time to 24 hours. Additionally, the concentration of Ouabain and Veratridine (O/V) was set to 500/50 μM, at which most cells died. In this study, we identified eight concentrations of STX, ranging from 368 to 47,056 fg/μl, which produced an S-shaped dose-response curve when treated with O/V. Through inter-laboratory variability comparison of the Neuro-2a assay, we established five Quality Control Criteria to verify the appropriateness of the experiments and six Data Criteria (Top and Bottom OD, EC50, EC20, Hill slop, and R2 of graph) to determine the reliability of the experimental data. The Neuro-2a assay conducted under the established conditions showed an EC50 value of approximately 1,800~3,500 fg/μl. The intra- & inter-lab variability comparison results showed that the coefficients of variation (CVs) for the Quality Control and Data values ranged from 1.98% to 29.15%, confirming the reproducibility of the experiments. This study presented Quality Control Criteria and Data Criteria to assess the appropriateness of the experiments and confirmed the excellent repeatability and reproducibility of the Neuro-2a assay. To apply the Neuro-2a assay as an alternative method for detecting PSP in domestic seafood, it is essential to establish a toxin extraction method from seafood and toxin quantification methods, and perform correlation analysis with MBA and instrumental analysis methods.
Song, Ki Cheol;Lee, Ka-Jeong;Yu, Hong-Sik;Mok, Jong-Soo;Kim, Ji Hoe;Lim, Keun-Sik;Lee, Mi-Ae;Kim, Mee-Hye
Korean Journal of Food Science and Technology
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v.45
no.2
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pp.241-247
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2013
AOAC Mouse Bioassay Analysis (MBA) has been the gold standard for the analysis of paralytic shellfish poisoning toxin (PSP toxin) for more than 50 years. However, this method has inaccurate limit of quantification and cannot be used to determine toxic profiles. An HPLC method (PCOX) was optimized for Korean shellfish to establish an alternative or supplementary method for PSP analysis and was intended to be used for the official monitoring and regulation of food. The recovery rate of the PCOX method was 83.5-112.1% and the limit of quantification for total toxin was about $8.6{\mu}g$/100 g. A long-term comparison study showed a good correlation of the PCOX results with the AOAC MBA results: the correlation factors were 0.9534 and 0.9109 for oyster and mussel matrices, respectively. The PCOX method may be used as an alternative or supplementary method for AOAC MBA to monitor the occurrence of PSP and to analyze PSP toxin profile in oysters and mussels.
To establish and validate a liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) method for the rapid and accurate quantitation of diarrhetic shellfish poisoning (DSP) toxins, we compared the results from different mobile phases and columns used for their analysis and collision energies for MS/MS experiments. Clear peaks of okadaic acid (OA) and dinophysistoxin-1 (DTX1) were obtained by using a mobile phase comprising aqueous acetonitrile containing 2 mM ammonium formate and 50 mM formic acid. The collision energies were optimized to facilitate the most sensitive detection for each toxin, namely, OA, DTX1, pectenotoxin-2 (PTX2), or yessotoxin (YTX). Further, the maximum ion response was obtained at a collision energy of 48 V for OA and DTX1. We compared the analytical performance of $C_8$ and $C_{18}$ columns. A wide range of toxins namely, OA, DTX1, PTX2, and YTX, except DTX3, were detected by both the columns. Although DTX3 was only detected by the $C_8$ column, we found that the $C_{18}$ column was also suitable for the quantitation of OA and DTX1 the toxins responsible for inducing diarrhea. The limit of detection of OA and DTX1 by the established LC-MS/MS conditions was 1 ng/g, and the limit of quantitation of the toxins under the same conditions was 3 ng/g. The process efficiencies were 91-118% for oysters (Crassostrea gigas) and 96-117% for mussels (Mytilus galloprovincialis) further, we observed no significant effect of matrix during the ionization process in LC-MS/MS. The comparison between mouse bioassay (MBA) and LC-MS/MS yielded varying results because low concentrations of OA and DTX1 were detected by LC-MS/MS in some shellfish samples, which provided positive results on MBA for DSP. The analysis time required by MBA for DSP analysis can be reduced by LC-MS/MS.
Lee, Ka Jeong;Ha, Kwang Soo;Jung, Yeoun Joong;Mok, Jong Soo;Son, Kwang Tae;Lee, Hee Chung;Kim, Ji Hoe
Fisheries and Aquatic Sciences
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v.24
no.11
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pp.360-369
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2021
Paralytic shellfish toxins (PSTs) and tetrodotoxin (TTX) are neurotoxins that display pharmacological activity that is similar to that of specific sodium channel blockers; they are the principle toxins involved in shellfish and puffer fish poisoning. In Korea, puffer fish is a very popular seafood, and several cases of accidental poisoning by TTX have been reported. Therefore, it is necessary to determine whether puffer fish poisoning incidents are caused by PSTs or by TTX. In this study, we used mouse bioassay (MBA) and liquid chromatograph-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) to determine the presence of PSTs and TTX in puffer fish from an area near Mireuk-do, Tong-Yeong on the southern coast of Korea from January through March, 2014. The toxicity of PSTs and TTX extracts prepared from three organs of each specimen was analyzed by MBA. Most of the extracts killed mice with typical signs of TTX and PSTs. The LC-MS/MS analysis of seven specimens of Takifugu pardalis and Takifugu niphobles, each divided into muscles, intestines, and liver, were examined for TTX. In T. pardalis, the TTX levels were within the range of 1.3-1.6 ㎍/g in the muscles, 18.8-49.8 ㎍/g in the intestines, and 23.3-96.8 ㎍/g in the liver. In T. niphobles, the TTX levels were within the range of 2.0-4.5 ㎍/g in the muscles, 23.9-71.5 ㎍/g in the intestines, and 28.1-114.8 ㎍/g in the liver. Additionally, the toxicity profile of the detected PSTs revealed that dcGTX3 was the major component in T. pardalis and T. niphobles. When PSTs were calculated as saxitoxin equivalents the levels were all less than 0.5 ㎍/g, which is below the permitted maximum standard of 0.8 ㎍/g. These findings indicate that the toxicity of T. pardalis and T. niphobles from the southern coast of Korea is due mainly to TTX and that PSTs do not exert an effect.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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