Aufbau einer HPLC-UV-ESI-MS/MS-Datenbank und ihre Anwendung im Screening arktischer und antarktischer Meeresbakterien

Abstract

Mikroorganismen aus ungewöhnlichen Habitaten sind eine attraktive Quelle für chemisch und biologisch hochinteressante Naturstoffe, denn das ökologische und symbiotische Zusammenspiel zwischen einzelnen Spezies in komplexen Lebensgemeinschaften hat oft entscheidenden Einfluss auf den Sekundärmetabolismus. Um die Grundlage zu einem besseren Verständnis der in dieser Hinsicht nur wenig untersuchten Lebensräume Arktis und Antarktis zu schaffen, wurden in Kooperation mit dem Alfred-Wegener-Institut (Bremerhaven) und dem Institut für Biotechnologie und Wirkstoffforschung (Kaiserslautern) Bakterienstämme aus diesen Habitaten untersucht. Die Selektion der hinsichtlich ihrer Sekundärstoffproduktion auffälligen Stämme erfolgte dabei über ein chemisches und biologisches Screening. Die nachfolgende Isolierung und Strukturaufklärung lieferte 65 Verbindungen, von denen 14 neu waren. Als außergewöhnlich erwies sich die Bildung zahlreicher nitrierter Metaboliten, welche von besonderem biologischen und biosynthetischen Interesse sind.Einen weiteren Schwerpunkt bildete der Aufbau einer HPLC-UV-ESI-MS/MS-Datenbank aus mikrobiellen Sekundärmetaboliten. Diese leistet einen wertvollen Beitrag bei der Suche nach neuer Naturstoffen, da eine rasche Dereplikation bereits bekannter Substanzen auch in komplexen Gemischen ermöglicht wird. Die Einbeziehung der ESI-MS/MS-Technik zur Fragmentierung von Molekülionen erlaubt eine meist zweifelsfreie Identifikation von bereits in die Datenbank eingespeisten Verbindungen. Andererseits kann die Analyse des Fragmentmusters beim Vorliegen von unbekannten Naturstoffen oft entscheidende Hinweise zur Strukturaufklärung liefern. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit gelang es, den ESI-Fragmentierungsweg der Actinomycine ([M+Na]+-Ion), der Diketopiperazine sowie einiger aromatischer Nitroverbindungen weitgehend aufzuklären, wodurch ein Beitrag zum besseren Verständnis der zugrundeliegenden Mechanismen geleistet werden konnte.Die Bearbeitung terrestrischer und mariner Streptomyceten-Stämme, welche im chemischen bzw. biologischen Screening auffällig waren, bildet einen weiteren Teil der vorliegenden Arbeit. Es wurden insgesamt fünf Stämme im größeren Maßstab kultiviert, die gebildeten Sekundärstoffe isoliert und charakterisiert.