Neue Biofilminhibitoren mittels Metagenom-Strategie und marine Streptomyceten, neue Naturstoffe, Synthesen und Biosynthesen

Abstract

Die vorliegende Arbeit ist in vier Themenabschnitte unterteilt. Im ersten Abschnitt wurden im Rahmen eines Verbundprojektes zur Identifizierung von neuen Biofilminhibitoren mit Hilfe der Metagenom-Strategie die Quorum-Sensing-Moleküle Autoinducer AI-1 (AI-1) und Autoinducer AI-2 (AI-2) durch Totalsynthese und Reinigung in ausreichenden Mengen und ohne die bisher toxischen Nebenprodukte für molekularbiologische Forschungsarbeiten dargestellt. Des Weiteren wurde die Quorum-Quenching-Aktivität von Biofilm-inhibierenden Metagenomklonen (BpiB-Proteine) mit Hilfe einer entwickelten HPLC-ESI-MS-Analysenmethode eindeutig als Lactonase-Aktivität verifiziert.Der zweite Themenbereich dieser Arbeit beschäftigt sich mit dem Streptomycetenstamm JP90, ein aus marinen Invertebraten isoliertes assoziiertes Bakterium (Kooperation mit Prof. Dr. J. Piel, Bonn). Hierbei war die Bioaktivität des Cinnamoylphosphoramids von besonderem Interesse, da dessen chemische Struktur dem Grundgerüst von Organophosphorsäureestern entspricht, welche durch die Schrader-Formel beschrieben wird. Zur Untersuchung der biologischen Aktivität wurden das Cinnamoylphosphoramid und sein Säureanalogon synthetisiert (Kooperation mit Prof. Dr. P. v. Zezschwitz, Marburg). Ein weiterer Schwerpunkt dieses Abschnitts sind die Isolierung und Strukturaufklärung von zwei Spirotetronaten sowie Studien zum biosynthetischen Aufbau ausgewählter Metaboliten. Mit Hilfe von Fütterungsexperimenten mit 13C-markierten Biosynthesevorläufern und anschließender 13C-NMR-Analyse der Einbaumuster der Metaboliten konnte die starke strukturelle Ähnlichkeit der Spirotetronate mit dem bekannten Chlorothricin auch auf biosynthetischer Ebene verifiziert werden. Für Rosiridol, ein bisher nur aus Pflanzen isoliertes Monoterpen, ergaben die 13C-NMR-Analysen nach Zufütterung von 13C-markierten Vorläufern einen biosynthetischen Aufbau über den Nicht-Mevalonat-Weg. Zusätzlich konnten im beobachteten Einbaumuster aus dem Fütterungsexperiment mit [U-13C3]Glycerin Hinweise auf den Acetat-Mevalonat-Weg gefunden werden.Im dritten Themengebiet dieser Arbeit wurde die Produktion eines neuen Glykopeptids durch einen Streptomycetenstamm untersucht. Die Identifizierung und Analyse des Biosynthesegenclusters dieses neuartigen Sekundärstoffs durch den Arbeitskreis Prof. Dr. U. Hentschel, Würzburg, ergaben das erste Glykopeptid des Vancomycin-Typs mit mindestens einem Sulfatsubstituenten. Durch Optimierung der Fermentations-, Fütterungs-, und Isolierungsmethoden konnte mittels HPLC-ESI-MS-Analyse eine Produktionssteigerung von Vancomycin detektiert werden, jedoch keine spezifischen Chlor-Isotopenmuster für das vorhergesagte Glykopeptid. Da im Rahmen dieser Arbeit die Produktion eines neuen Glykopeptids nicht nachgewiesen werden konnte, handelt es sich um einen sogenannten stillen Biosynthesegencluster .Der vierte Abschnitt dieser Arbeit befasst sich mit der Strukturaufklärung isolierter Sekundärmetabolite aus dem Pilz Aspergillus nidulans, dessen Extrakt bei Untersuchungen durch die Arbeits- und Sozialmedizin (PD M. Müller, Göttingen) einen starken cytotoxischen Effekt aufwies. Dieser konnte nicht allein auf den Gehalt an Sterigmatocystin im Extrakt zurückgeführt werden. Das für diese Cytotoxizität verantwortliche Mykotoxin sollte isoliert und strukturaufgeklärt werden. Im Rahmen dieser Arbeit konnte die Struktur des neuen Derivats Cycloisoemericellinol zweifelsfrei aufgeklärt werden und dessen nativer Ursprung verifiziert werden. Zusätzlich wurden drei weitere bekannte Sekundärstoffe identifiziert.