Insights into arsenolipids metabolism: from the model organism Mytilus galloprovincialis

Abstract

Arsenolipids, lipids containing arsenic, are found in marine organisms, but their origin, food chain transfer and biochemical value remain unknown. Mytilus galloprovincialis, is a filter feeder organism and representative of an intermediate trophic level, where it was chosen as the model organism to investigate the metabolism of arsenolipids. Arsenolipids were extracted using the MTBE:MeOH methodology. Their quantification and molecular determination were performed using HPLC coupled to high resolution and elementary molecular mass spectrometry. Diversity and abundance of arsenolipids were investigated under conditions of food deprivation, ingestion from the environment and under decomposing conditions. M. galloprovincialis showed a great diversity of arsenolipids, with a different profile between the mantle and the digestive gland under natural conditions, with exchange of these compounds between organs. The arsenolipids present in mussels probably result from direct intake of these compounds and not from biogenesis. Food deprivation caused variations in arsenolipid content similar to those of lipids not containing arsenic. Arsenolipid depuration by faeces was observed and the biogenesis of arsenolipids by enteric bacteria was inferred. The ingestion of arsenolipids from the environment is rapid and the organisms were not resilient to their absorption and storage. Arsenolipids with a very long carbon chain have bioaccumulated, it was inferred that was because they are functional molecules or the organism is unable to excrete them. Under decomposition conditions the profile of arsenolipids has changed, with an increase in shorter chain compounds. The detection and quantification methodologies, existing and used in this thesis, have not yet been able to identify all compounds present with evidence of underestimation of very long chain carbon arsenolipids. The diversity and abundance of arsenolipids seem to be closely related to the biological matrix under study. Arsenolipid metabolism in M. galloprovincialis includes compounds that appear mirror the lipid behaviour and others that are apparently only stored. The various characteristics of their possible role in cell pathways, the relevance of toxicological effects and the effects of bioaccumulated molecules remain unknown.

Arsenolípidos, lípidos que contêm arsénio, são encontrados em organismos marinhos, mas sua origem, transferência de cadeia alimentar e valor bioquímico permanecem desconhecidos. Mytilus galloprovincialis, é um organismo exclusivamente filtrador e representativo de um nível trófico intermediário, sendo o organismo escolhido como modelo para investigar o metabolismo dos arsenolípidos. Os arsenolípidos foram extraídos usando a metodologia MTBE:MeOH. A sua quantificação e sua determinação molecular foi feita usando HPLC acoplado a espectrometria de massa molecular de alta resolução e elementar. A diversidade e abundância de arsenolípidos foram investigados sob condições de privação de alimento, ingestão do ambiente e sob condições de decomposição. M. galloprovincialis mostraram ter uma grande diversidade de arsenolípidos, com um perfil diferente entre o manto e a glândula digestiva, com remobilização destes compostos entre órgãos. Os arsenolípidos presentes nos mexilhões provavelmente resultam da ingestão direta destes compostos e não de biogênese. A privação de alimento causou variações no teor de arsenolípidos semelhantes às dos lípidos não contendo arsénio. Observou-se a depuração dos arsenolípidos através de fezes e tendo-se inferido a biogénese dos arsenolípidos por bactérias entéricas. A ingestão de arsenolípidos do ambiente é rápida e os organismos não apresentaram resiliência à absorção e armazenamento dos mesmos. Verificou-se a bioacumulação de arsenolípidos de cadeia de carbono muito longa, assumimos que seja por serem moléculas funcionais ou pela incapacidade do organismo de os depurar. Em condições de decomposição o perfil de arsenolípidos sofreu alterações, com aumento de compostos de cadeia mais curta. As metodologias de deteção e quantificação, existentes e usadas nesta tese, ainda não foram capazes de identificar todos os compostos presentes com indícios de subestimação do arsenolípidos de cadeia de carbono muito longa. A diversidade e abundância dos arsenolípidos parecem estar intimamente relacionadas com a matriz biológica em estudo. O metabolismo dos arsenolípidos no M. galloprovincialis, tem compostos que parecem estar intimamente relacionados com o comportamento lipídico e outros que aparentemente são apenas armazenados. Permanecem ainda desconhecidas as várias características do seu possível papel em vias celulares, a relevância dos efeitos toxicológicos e os efeitos das moléculas bioacumuladas.