Modelling the accumulation of PSP toxins in Thau Lagoon oysters (Crassostrea gigas) from trials using mixed cultures of Alexandrium catenella and Thalassiosira weissflogii

Modélisation de l'accumulation de toxines PSP dans les huîtres (Crassostrea gigas) de l'étang de Thau à partir d'essais utilisant des cultures mixtes d'Alexandrium catenella et Thalassiosira weissflogii

¹ IFREMER, EMP, BP 21105, 44311 Nantes Cedex 3, France
² IFREMER, STAM, BP 21105, 44311 Nantes Cedex 3, France
³ Université de Nantes, Laboratoire d'Ecophysiologie marine intégrée, EA 2663, Faculté des Sciences et des Techniques, BP 92208, 44322 Nantes Cedex 3, France
⁴ IFREMER, LERLR, Station de Sète, avenue Jean Monnet, BP 171, 34203 Sète Cedex, France

Received: 16 October 2006
Accepted: 12 January 2007

Abstract

In October and November 2003 a bloom of the toxic dinoflagellate Alexandrium catenella was observed in the North-east zone of Thau lagoon (French Mediterranean coast). Sea water samples were collected every hours to evaluate time-related variations of phytoplankton concentrations and to compare the relative ratio of A. catenella versus other phytoplankton species during the outbreak. From these observations, trials using recirculated sea water systems were performed to: i) evaluate the physiological effects on oyster of increasing proportions of A. catenella within a mixed microalgal diet where the non-toxic diatom Thalassiosira weissflogii was present at concentration: 1500 cells ml⁻¹, ii) compare the effect of two temperatures (12 °C and 18 °C) on paralytic toxin accumulation rates in oyster flesh by ion-pairing high performance liquid chromatography (IP-HPLC) detection, iii) analyse toxin biotransformation during the contamination process, iv) evaluate the role of the different types of oyster tissue on the bioaccumulation mechanism.

The results showed: i) a significant effect of temperature increase on clearance rate and toxin uptake, ii) no detectable time-related effects of toxic algal food on pre-ingestion sorting or on toxin profiles in oyster flesh, iii) either negative or positive effects of A. catenella concentrations on toxin uptake (“threshold” effect), iv) high amounts of toxins in the digestive gland, accounting for more than 80% of overall shellfish toxicity. The daily amount of toxins (Q_tox) taken up by each oyster was evaluated by means of a global one-compartment model. However a two-compartment model finally gave the best match with real contamination kinetics, since it integrated both toxins sequestered in oyster tissues and toxins moving in through the digestive tract.

Résumé

En octobre et novembre 2003, une prolifération du dinoflagellé toxique Alexandrium catenella a été observée dans la partie nord-est de l'étang de Thau (côtes méditerranéennes françaises). Des échantillons d'eau ont été prélevés toutes les heures pour évaluer les variations de concentration en phytoplancton au cours du temps et pour comparer le rapport entre A. catenella et les autres espèces phytoplanctoniques au cours de cet épisode. A partir de ces observations, des expériences en circuit fermé ont été mises en place de façon à i) comparer l'incidence sur la physiologie des huîtres de proportions croissantes d'A. catenella dans un régime dominé par une diatomée nanoplanctonique, Thalassiosira weissflogii, à la concentration de 1500 cellules ml⁻¹, ii) comparer les effets de deux températures (12 et 18 °C) sur les cinétiques de bioaccumulation de toxines paralysantes dans la chair des huîtres par détection en chromatographie en phase liquide à haute pression par échange d'ions, iii) analyser la biotransformation des toxines au cours du processus de contamination, iv) évaluer le rôle des différents tissus dans le mécanisme de bioaccumulation. Les résultats mettent en évidence un effet significatif d'une augmentation de température sur le taux de rétention et de bioaccumulation des toxines paralysantes ; une absence d'effet de la nourriture toxique sur le tri pré-ingestif ou sur le profil toxinique au cours du temps ; des effets positifs ou négatifs de la concentration cellulaire en A. catenella (notion de seuil) sur la bioaccumulation de toxines, et enfin une forte bioaccumulation dans la glande digestive, qui explique plus de 80 % de la toxicité globale du coquillage. La quantité journalière de toxine (Q_tox) prélevée par chaque huître est estimée à l'aide d'un modèle global à un compartiment. Cependant, un modèle à deux compartiments permet d'obtenir une meilleure simulation des cinétiques observées de contamination, dans la mesure où il intègre à la fois les toxines liées aux tissus des huîtres et le flux de toxines dans le tractus digestif.