Development of bioanalytical devices for the detection of ciguatoxins and the ciguatoxin producing genera Gambierdiscus and Fukuyoa

Abstract

La ciguatera (CFP) és una intoxicació alimentària que provoca símptomes gastrointestinals, cardíacs i neurològics que poden durar setmanes, mesos o fins i tot anys. És causada per la ingestió de peixos que contenen ciguatoxines (CTXs), compostos produïts per microalgues dels gèneres Gambierdiscus i Fukuyoa, les quals s'acumulen en els peixos i a través de les xarxes tròfiques. Aquesta tesi té com a objectiu proporcionar eines biotecnològiques per a la caracterització del risc de CFP i així garantir la seguretat alimentària i protegir la salut humana. Per aconseguir aquest objectiu, s'han desenvolupat tècniques d' extracció ràpida d'ADN i CTXs mitjançant l'ús de dispositius portàtils. A continuació, d'una banda, s'han utilitzat l'amplificació isotèrmica per polimerasa recombinasa (RPA) i la PCR amb cebadors amb cues per amplificar ADN dels gèneres Gambierdiscus i Fukuyoa i de les espècies G. australs and G. excentricus, i així detectar els productes de l'amplificació amb assajos i biosensors d'hibridació tipus sàndwich. Por una altra banda, s'han desenvolupat immunoassaigs i immunosensors a partir d'anticossos contra quatre CTXs pertanyents a dos grups de congèneres (CTX1B i CTX3C). Finalment, els sistemes desenvolupats s'han aplicat amb èxit a l'anàlisi de mostres naturals.

La ciguatera (CFP) es una intoxicación alimentaria que provoca síntomas gastrointestinales, cardíacos y neurológicos que pueden durar semanas, meses o incluso años. Es causada por la ingestión de peces que contienen ciguatoxinas (CTXs), compuestos producidos por microalgas de los géneros Gambierdiscus y Fukuyoa, las cuales se acumulan en los peces y a través de las redes tróficas. Esta tesis tiene como objetivo proporcionar herramientas biotecnológicas para la caracterización del riesgo de CFP y así garantizar la seguridad alimentaria y proteger la salud humana. Para conseguir este objetivo, se han desarrollado técnicas de extracción rápida de ADN y CTXs mediante el uso de dispositivos portátiles. A continuación, por un lado, se han utilizado la amplificación isotérmica por polimerasa recombinasa (RPA) y la PCR con cebadores con colas para amplificar ADN de los géneros Gambierdiscus y Fukuyoa y de las especies G. australes and G. excentricus, y así detectar los productos de la amplificación con ensayos y biosensores de hibridación tipo sándwich. Por otro lado, se han desarrollado inmunoensayos e inmunosensores a partir de anticuerpos contra cuatro CTXs pertenecientes a dos grupos de congéneres (CTX1B y CTX3C). Por último, los sistemas desarrollados se han aplicado con éxito al análisis de muestras naturales.

Ciguatera fish poisoning (CFP) is a disease that causes gastrointestinal, cardiological and neurological symptoms that can last weeks, months or even years. It is caused by the ingestion of fish containing ciguatoxins (CTXs), compounds produced by microalgae of the genera Gambierdiscus and Fukuyoa, which accumulate into fish flesh and through the food webs. This thesis aims at providing biotechnological tools for the characterization of the CFP risk in order to guarantee food safety and protect human health. To achieve this objective, fast extraction techniques for DNA and CTXs with the use of portable devices have been developed. Then, on the one hand, isothermal recombinase polymerase amplification (RPA) and PCR with tailed primers have been used to amplify DNA from the genera Gambierdiscus and Fukuyoa and from the species G. australes and G. excentricus, amplicons that were subsequently detected with sandwich hybridization assays and biosensors. On the other hand, antibodies that target four main CTXs belonging to two groups of congeners (CTX1B and CTX3C) have been used in the development of immunoassays and immunosensors. Finally, the developed systems were successfully applied to the analysis of natural samples.