Mass spectrometry to characterize mycotoxin conjugates (proteins and peptides)

Abstract

Mykotoxine wie Zearalenon (ZON) stellen eine große Bedrohung für die menschliche und tierische Gesundheit dar. Somit ist eine schnelle und zuverlässige Testmethode erforderlich. Als wesentlicher Bestandteil eines solchen Schnelltests für Zearalenon, wurde das Mykotoxin-Protein-Konjugat ausgiebig mit massenspektrometrischen Methoden charakterisiert. Die Anzahl und Position der ZON-Modifikationen auf dem Carrier-Protein Conalbumin wurde durch Massenspektrometrie auf der intakten Protein-Ebene und mit peptide mass fingerprinting auf der Peptid-Ebene untersucht, wobei Fragmentierungs-Studien mittels post-source decay und collision-induced dissociation auf MALDI-TOF-Massenspektrometern eingesetzt wurden, um exakte Aussagen treffen zu können. Es kann gesagt werden, dass sowohl die Anzahl als auch die Lage der ZON-Modifikationen hohe Variation innerhalb einer Probe zeigten, was auf eine recht ungezielte Konjugationsreaktion hinweist. Dennoch konnte die durchschnittliche Anzahl der ZON-Moleküle auf dem Trägerprotein durch verschiedene Parameter, wie die Menge von Reagenzien, Temperatur und Dauer des Aktivierungsschrittes beeinflusst werden. Mit diesen neuen Erkenntnissen kann die Protein-Produktion für die hochempfindlichen Schnelltests optimiert, und auch für andere Mykotoxine, Antibiotika oder alle Arten von Allergenen erweitert werden.

Mycotoxins like zearalenone (ZON) pose a huge threat to human and animal health. Thus, a quick and reliable testing method is required. As an integral component of such a rapid test for ZON, the mycotoxin-protein conjugate was thoroughly characterized with mass spectrometry. The quantity and location of the ZON modifications on the carrier protein conalbumin were determined by mass spectrometry (MS) on the intact protein level in addition to peptide mass fingerprinting and fragmentation studies of single peptides performing post-source decay and collision-induced dissociation experiments on time-of-flight mass analyzers. Both the number as well as the location of the mycotoxin modification on the protein showed high variation within one sample, indicating a fairly random conjugation reaction. Nevertheless, MS allowed to show that the average number of ZON molecules on the carrier protein could be influenced by different reaction parameters during the coupling process, like the amount of reagents, temperature, and duration of the activation step. The development of the mass spectrometry based protein characterization strategy gave new insights valuable for conjugate production to have highly sensitive rapid tests. The developed method set has potential for improvement, nevertheless it has high potential to be also suited for other mycotoxin- or antibiotics-conjugates.