Caractérisation de toxines émergentes dans les produits de la mer français par différentes stratégies de spectrométrie de masse : pour une meilleure évaluation de l’exposition humaine par voie alimentaire

Characterization of emerging toxins in french seafood using various mass spectrometry strategies : towards a better assessment of human dietary exposure

• Auteur / Autrice : Vincent Hort
• Direction : Thierry Guérin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la santé
• Date : Soutenance le 09/07/2025
• Etablissement(s) : Paris Est
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Agriculture, Alimentation, Biologie, Environnement, Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de sécurité des aliments de Maisons-Alfort et de Boulogne-sur-Mer
• Jury : Président / Présidente : Eric Marchioni
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Guérin, Benjamin Marie, Jorge Diogène, Hélène Hegaret, Rodolphe Lemée, Marina Nicolas
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Benjamin Marie, Jorge Diogène
• DOI : 10.70675/dd48585fz8a12z4ec6z8f6dza935c17150d7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Toxines marines

Produits de la mer

Chromatographie en phase liquide

Mots clés libres

Toxines émergentes

Produits de la mer

Coquillages

Chromatographie liquide

Spectrométrie de masse

Sécurité sanitaire des aliments

Emerging toxins

Seafood

Shellfish

Liquid chromatography

Mass spectrometry

Food safety

Résumé

Les toxines produites par les microalgues, les cyanobactéries et certaines bactéries peuvent contaminer les produits de la mer et provoquer des intoxications alimentaires, parfois sévères. Parmi ces toxines, certaines sont qualifiées de toxines « émergentes ». Il s’agit notamment de substances détectées dans les produits de la mer, parfois impliquées dans des intoxications, dans des régions du monde où ces dangers n’ont été rapportés que récemment. D’autres toxines sont considérées comme émergentes du fait de connaissances encore lacunaires quant à leur toxicité et à leur présence dans les produits de la mer, entravant une évaluation rigoureuse des risques pour la santé humaine.Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse avaient pour objectif de caractériser des toxines émergentes dans des produits de la mer en vue d'une meilleure évaluation de l’exposition humaine. Les études menées se sont appuyées sur le développement et l’optimisation de plusieurs méthodes analytiques reposant sur des analyses par chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem (LC-QqQ) et hybride (LC-Q-Orbitrap).Le premier axe de recherche visait à renforcer les connaissances sur la contamination des mollusques français par les toxines émergentes, en s’appuyant sur un échantillonnage longitudinal réalisé sur plusieurs sites côtiers répartis tout le long du littoral métropolitain. Pour la première fois, la présence de la tétrodotoxine, une neurotoxine extrêmement puissante, a été détectée dans les mollusques provenant de la Manche, de l’océan Atlantique et de la mer Méditerranée. Plusieurs autres toxines émergentes de microalgues et de cyanobactéries ont été mises en évidence dans les produits de la mer via le réseau de veille d'émergence des biotoxines marines dans les coquillages (EMERGTOX). Parmi les toxines hydrophiles analysées au sein de notre laboratoire, l’anatoxine-a et la cylindrospermopsine ont été détectées. Ces cyanotoxines n’avaient jusqu’ici jamais été rapportées dans des mollusques bivalves ailleurs dans le monde.Le second axe de cette thèse s’est intéressé aux toxines produites par Vulcanodinium rugosum. Les investigations ont été menées à partir de mollusques bivalves prélevés dans l’étang d’Ingril, un site présentant des conditions environnementales favorables à la prolifération de cette microalgue toxique. Plusieurs analogues connus ont été formellement détectés, notamment des pinnatoxines, la portimine-A, ainsi que treize esters de pinnatoxine-G, dont douze uniquement rapportés jusqu’alors au Canada. D’autres analogues ont été identifiés de manière probable ou putative, en raison de l’absence d’étalons ou de matériaux de référence. Au-delà de la recherche ciblée de toxines connues, la présence d’éventuels analogues inconnus de toxines de V. rugosum a été explorée. Treize esters d’acide gras de portimine-A, ainsi qu’un analogue inconnu de pinnatoxine, ont été identifiés. Diverses stratégies analytiques ont été mises en œuvre pour confirmer l’identité de ces composés, telles que le fractionnement chromatographique, des réactions de dérivation chimique ou encore l’hémisynthèse de toxines. Les spectres de masse ont également été interprétés dans le but d’élucider leur structure.Ces travaux de recherche ont permis d’explorer la contamination de produits de la mer français par plusieurs groupes de toxines émergentes, répondant ainsi au manque de données fréquemment souligné dans les évaluations du risque. Les résultats obtenus sont essentiels pour estimer l’exposition des consommateurs à ces substances. Par ailleurs, l’identification d’analogues jusque-là inconnus contribue à améliorer nos connaissances de la diversité chimique des toxines auxquelles l’homme est exposé à travers son alimentation et incite à investiguer plus amplement pour évaluer leur impact sur la santé humaine.

Toxins produced by microalgae, cyanobacteria, and certain bacteria can contaminate seafood and cause foodborne poisoning, sometimes severe. Among these toxins, some are classified as “emerging toxins.” These include substances that have been detected in seafood, and in some cases associated with poisoning incidents, in regions of the world where such hazards have only recently been reported. Other toxins are considered emerging due to limited knowledge regarding their toxicity and their occurrence in seafood, which hampers a thorough risk assessment for human health.The research conducted in this thesis aimed to characterize emerging toxins in seafood to support a better assessment of human exposure. The studies relied on the development and optimization of several analytical methods based on liquid chromatography coupled with tandem mass spectrometry (LC-QqQ) and high-resolution hybrid mass spectrometry (LC-Q-Orbitrap).The first research objective was to improve our understanding of emerging toxin contamination in French shellfish, through longitudinal sampling carried out at several coastal sites along the metropolitan shoreline. For the first time, tetrodotoxin, a highly potent neurotoxin, was detected in shellfish from the English Channel, the Atlantic Ocean, and the Mediterranean Sea. Several other emerging toxins produced by microalgae and cyanobacteria were also identified in seafood through the marine biotoxin emergence surveillance network (EMERGTOX). Among the hydrophilic toxins analyzed in our laboratory, anatoxin-a and cylindrospermopsin were detected. These cyanotoxins had never previously been reported in bivalve molluscs anywhere in the world.The second part of this thesis focused on toxins produced by Vulcanodinium rugosum. Investigations were conducted on bivalve molluscs collected from the Ingril lagoon, a site characterized by environmental conditions favorable to the proliferation of this toxic microalga. Several known analogues were formally detected, including pinnatoxins, portimine-A, and thirteen pinnatoxin-G esters, twelve of which had previously only been reported in Canada. Other analogues were identified as probable or putative due to the lack of standards or reference materials. Beyond the targeted search for known toxins, the presence of potential unknown analogues of V. rugosum toxins was also investigated. Thirteen fatty acid esters of portimine-A, along with one unknown pinnatoxin analogue, were identified. Various analytical strategies were implemented to confirm the identity of these compounds, including chromatographic fractionation, chemical derivatization reactions, and toxin hemisynthesis. Mass spectra were also interpreted to elucidate their structures.This research has enabled the exploration of contamination of French seafood by several groups of emerging toxins, thereby addressing the data gaps often highlighted in risk assessments. The findings are essential for accurately estimating consumer exposure to these substances. Furthermore, the identification of previously unknown analogues contributes to enhance our understanding of the chemodiversity of toxins to which humans may be exposed through their diet and highlights the need for further investigation into their potential impacts on human health.