"Mining for Alternatives" - Neue mikrobielle Wirkstoffproduzenten sowie molekularbiologische Studien zur Biosynthese des Collinolactons

Abstract

In der modernen Life-Science Forschung sind mikrobielle Naturstoffe als biochemische Werkzeuge unverzichtbar. Besonders neue Substanzklassen besitzen ein innovatives Potential. Als aussichtsreiche Strategien zu deren Entdeckung gelten die fortwährende Suche nach Mikroorganismen aus neuen Habitaten sowie molekularbiologische Methoden und die detaillierte Untersuchung des gesamten Metabolismus von Stämmen. Damit verbunden ist häufig das Auffinden bisher unbekannter Biosynthesewege oder neuer Struktur-Wirkungsbeziehungen.Der im Rahmen dieser Arbeit verfolgte Ansatz fokussiert auf die direkte Suche von Sekundärstoffproduzenten im Mikrohabitat höherer Pflanzen. Da bisher keine solcher systematischen Untersuchungen detailliert in der Literatur zu finden sind, wurden Heilpflanzen der Traditionellen Chinesischen Medizin (TCM) in ihrem natürlichen Habitat selektiert und vergesellschaftete Mikroorganismen isoliert. In einem breiten chemischen und biologischen Screening wurden 51 Actinomyceten-Stämme und 20 Pilze näher beleuchtet. Ausgewählte Stämme wurden im größeren Maßstab kultiviert und hinsichtlich ihrer Sekundärmetabolite untersucht. Das Alkaloid 4-Methyl-2-chinazolinamin und ein mögliches Analogon wurden erstmals aus einem Mikroorganismus isoliert. In einer umfassenden Studie wurde dieses Alkaloid hinsichtlich seiner ungewöhnlichen Biosynthese und biologischen Aktivität detailliert charakterisiert.Des Weiteren stehen Studien zur Biosynthese der V-ATPase Inhibitoren Bafilomycin A1 und B1 im Mittelpunkt. In weiterführenden Einbaustudien wurde die im Arbeitskreis aufgestellte Hypothese zur Biosynthese der Bafilomycine validiert und der Ursprung der ungewöhnlich methoxylierten Einheiten im Molekül aufgeklärt. Aus Fütterungsversuchen mit Glycerin am Bafilomycin-Produzenten konnte 2,4-Dimethoxycarbonylfuran erstmals aus einem Streptomyceten isoliert werden. Auf Grundlage weiterführender Fütterungsstudien wurde dessen Biosynthese postuliert.Das aus Streptomyces sp. isolierte Collinolacton eröffnet mit seinem 6-7-10-tricyclischen Dekatriensystem eine neue Substanzklasse. Hier soll eine Strategie aufgezeigt werden, die einen effektiven Zugang zum Biosynthesegencluster des Collinolactons ermöglichen kann. Die Untersuchungen stützen sich dabei auf eine Baeyer-Villiger Oxygenase (BVO), welche in der Biosynthese als post-PKS Enzym angenommen wird. Langfristiges Ziel ist es, auf Basis des Biosynthesegenclusters gezielt Strukturanaloga des Collinolactons herzustellen. Eine bemerkenswerte biologische Aktivität bisher erzeugter Collinolacton-Analoga bestärkt diese Zielsetzung und lässt diesen Metaboliten als aussichtsreichen Kandidaten eines zukünftigen biochemischen Tools erscheinen.