Structure characterization of fumonisin by mass spectrometry

Abstract

Fumonizini su grupa mikotoksina koje proizvode plijesni roda Fusarium, prvenstveno plijesan F. verticillioides (nekada F. moniliforme). Izolirano je preko 28 fumonizina, a najučestaliji i najtoksičniji je fumonizin B1 (FB1). Fumonizini su nađeni širom svijeta kao zagađivači različitih namirnica, međutim najčešće zagađuju kukuruz te hranu pripremljenu iz kukuruza. FB1 ima različite toksične učinke ovisno o životinjskoj vrsti. U ljudi je izloženost FB1 povezana s razvojem primarnog karcinoma jetre i karcinoma jednjaka te je od strane Međunarodne organizacije za istraživanje raka (engl. International Agency for Research on Cancer, IARC) klasificiran kao mogući karcinogen (grupa 2B). Koristeći vezani sustav tekućinske kromatografije visoke djelotvornosti i masene spektrometrije (HPLC-MS) dobili smo metodu visoke osjetljivosti i selektivnosti. Optimizacijom kromatografskih uvjeta analize postigli smo zadovoljavajuće rezultate, a cilj rada bio je strukturna karakterizacija fumonizina B1 i fumonizina B2. Predloženi su fragmentacijski putovi fumonizina B1 i fumonizina B2 koji mogu biti korisni u daljnjoj analizi fumonizina. Fragmentacijski putovi fumonizina B1 (m/z 722) i fumonizina B2 (m/z 706) uglavnom se temelje na gubitku jedne do tri molekule vode (18, 36 ili 54 Da). Kod fumonizina B1 bi to bili fragmentni ioni m/z 704, m/z 686 i m/z 668, dok bi gubitak vode kod fumonizina B2 odgovarao fragmentnim ionima m/z 668 i m/z 670 odnosno gubitku samo jedne ili dvije molekule vode. Također značajan gubitak kod oba mikotoksina je odcjepljenje trikarboksilne kiseline u ili bez kombinacije s vodom. Pa je tako kod fumonizina B1 odcjepljenjenje jedne trikarboksilne kiseline značajno za ion m/z 546, a kod fumonizina B2 m/z 530. Gubitak od dvije trikarboksilne kiseline odgovara ionu m/z 546 kod FB1, a ionu m/z 530 kod FB2. Fragmentacijski putovi gubitka trikarboksilne kiseline i vode vrlo su slični kod fumonizina B1 i fumonizina B2. Za fumonizin B1 značajni su ioni m/z 528, m/z 352, m/z 510, m/z 334 i m/z 492, a za fumonizin B2 karakteristični su ioni m/z 512, m/z 494, m/z 336 i m/z 318. Daljnjom analizom odabranih iona fumonizina B1 i fumonizina B2 dobiveni su MS3 spektri u kojima se javljaju novi fragmentni ioni koji odgovaraju gubitku postraničnih lanaca kod fumonizina B1, ali se također javljaju i već spomenuti fragmenti iz MS2 analiza fragmentih iona m/z 722 i m/z 706.Fumonisins are a group of mycotoxins produced by Fusarium spp, primarily F. verticillioides (formerly F. moniliforme). More than 28 fumonisins were isolated, the most frequent and most toxic of them fumonisin B1 (FB1). Fumonisins have been found worldwide as pollutants of various foods, but most commonly pollute corn and maize food. FB1 has different toxic effects depending on the animal species. In humans, FB1 exposure is associated with the development of primary liver cancer and esophageal cancer and it is classified by the International Agency for Research on Cancer (IARC) as a possible carcinogen (Group 2B). Using a coupled system of high performance liquid chromatography and mass spectrometry (HPLC-MS), we obtained a method of high sensitivity and selectivity. By optimizing the chromatographic conditions of analysis we have achieved satisfactory results, and the object of the study was the structural characterization of fumonisin B1 and fumonisin B2. Proposed fragmentation pathways of fumonisin B1 and fumonisin B2 may be useful in the further analysis of fumonisins. Fragmentation pathways of fumonisin B1 and fumonisin B2 are mainly based on the loss of one to three molecules of water (18, 36 or 54 Da). For fumonisin B1, these would be fractional ions m/z 704, m/z 686 and m/z 668, while loss of water with fumonisin B2 corresponded to m/z 668 and m/z 670 fragments, respectively, loss of only one or two molecules of water. Also significant loss of both mycotoxins is the separation of tricarboxylic acid in or without the combination with water. Thus, for fumonisin B1, a tricarboxylic acid is significantly reduced for ion m/z 546 and for fumonisin B2 m/z 530. The loss of two tricarboxylic acids corresponds to m/z 546 at FB1 and m/z ion 530 at FB2. Fragmentation routes of loss of tricarboxylic acid and water are very similar to fumonisin B1 and fumonisin B2. For fumonisin B1, significant ions are m/z 528, m/z 352, m/z 510, m/z 334 and m/z 492, and for fumonisin B2 are m/z 512, m/z 494, m/z 336 and m/z 318. Further analysis of the selected fumonisin B1 and fumonisin B2 ions generated MS3 spectra with new fragment ions corresponding to the loss of crosslinked chains in fumonisin B1, but there are also already mentioned fragments from MS2 analysis of fragmented ions m/z 722 and m/z 706