Metagenom-Technologie zur Wirkstoffsuche sowie Untersuchungen der Iromycine aus Streptomyces sp.
Metagenome Technology for Drug Discovery and Studies of the Iromycins from Streptomyces sp.
by Frank Surup
Date of Examination:2007-07-03
Date of issue:2008-01-24
Advisor:Prof. Dr. Axel Zeeck
Advisor:PD Dr. Stephanie Grond
Referee:Prof. Dr. Axel Zeeck
Referee:Prof. Dr. Ulf Diederichsen
Persistent Address:
http://dx.doi.org/10.53846/goediss-1992
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Description:Dissertation
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Abstract
English
The present thesis deals with the screening for bioactive natural products and detailed studies of the group of iromycin polyketides to address the questions of biosynthesis, biological activity and ecological relationships. A metagenome library from the symbiotic fraction of the sponge Aplysina aerophoba was analyzed. Secondary metabolites were isolated by a biological and chemical screening approach. Secondary metabolites were isolated and structure elucidated. Brevinic acid and tryptanthrine have been known in literature. A new structure neither known as natural product nor as synthetic compound was named brevinsulfoxide. The antimicrobial activity of the natural compounds was investigated. A synthetic strategy was developed to produce brevinic acid and brevinsulfoxide in sufficient amounts for biological testing. The biosynthesis of the iromycins with pyridone structure produced by Streptomyces sp. Dra17 was elucidated by feeding experiments of isotope labelled precursors. Four new members of the iromycin family were identified and named iromycin C-F. By adding enzyme inhibitors an oxidative degradation of iromycin A was shown. It could be shown that the presence of iromycin A influences the biosynthesis of thaxtomin A probably by inhibition of the bacterial nitric oxide synthase. The inhibition of nitric oxide synthase isoforms and the influence on complex I in the respiratory chain by the iromycins was studied in a joint project. The structure activity relationship (SAR studies) of complex I inhibition was analyzed with a series of semi synthetic compounds.
Keywords: Natural product; chemical screening; structure elucidation; metagenom; tryptanthrine; brevinic acid; antibiotics; iromycin; Streptomyces; secondary metabolites; polyketide; PKS I; P450 oxygenase; thaxtomin A; NOS inhibitor; complex I inhibition
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Gegenstand der Dissertation sind die Suche nach bioaktiven Naturstoffen mittels Screening sowie Untersuchungen zur Naturstoffgruppe der Iromycine zu Fragen der Biosynthese, biologischen Aktivität und ökologischen Zusammenhängen. Eine Metagenombank aus der mikrobiellen Symbiontenfraktion des Schwamms Aplysina aerophoba wurde hinsichtlich der Bildung von Sekundärstoffen untersucht. Etablierung eines chemischen und biologischen Screenings führte zur Isolierung und Charakterisierung von Sekundärstoffen. Brevinsäure und Tryptanthrin sind literaturbekannte Verbindungen. Für die neue Struktur mit 1,4-Naphtochinongrundgerüst, die weder als Naturstoff noch als Syntheseprodukt beschrieben war, wurde der Name Brevinsulfoxid vorgeschlagen. Die antimikrobielle Aktivität der Naturstoffe wurde spezifiziert. Eine Totalsynthese wurde etabliert und so größere Mengen von Brevinsäure und Brevinsulfoxid hergestellt. Die Biosynthese der Iromycine, die von Streptomyces sp. Dra17 produziert werden, wurde durch Fütterungsexperimente mit Isotopen-markierten Verbindungen erfolgreich untersucht. Vier weitere Mitglieder der Iromycin-Familie wurden identifiziert und als Iromycin C bis F benannt. Mittels Zugabe von Enzyminhibitoren wurde ein oxidativer Abbau des Iromycin A bewiesen. Durch ein Fütterungsexperiment wurde gezeigt, dass die Biosynthese des Thaxtomin A durch die inhibitorische Wirkung des Iromycin A auf der Ebene der bakteriellen NO-Synthase beeinflusst wird. Die Inhibitionswirkung der Iromycine auf die NO-Synthase und den Komplex I der Atmungskette wurde im Forschungsverbund untersucht. Die Struktur-Wirkungs-Beziehungen der Inhibition des Komplex I durch die Iromycin-Familie wurde durch partialsynthetische Derivate detailliert beschrieben.