Bromtyrosine und Bromtyrosinderivate aus den Chitin-basierten Gerüsten mariner Schwämme der Ordnung Verongida
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen unserer Arbeiten konnten folgende Ergebnisse im Hinblick auf das Vorliegen bromierter Substanzen und ihre Assoziierung an die Chitin-basierten Skelette von Schwämmen der Verongida- Familie gewonnen werden: 1) Als besonders geeignete Beispiele für Verongida-Schwämme mit charakteristischen, Chitinbasierten Skeletten wurden die Spezies Aplysina cavernicola und Ianthella basta ausgewählt. Für beide Spezies wurden jeweils schonende Verfahren zur Extraktion der charakteristischen, Chitinbasierten Skelette mittels Wasser oder TE100-Puffer etabliert. Die so extrahierten, gereinigten Skelette beider Schwämme sind Kompositmaterialien, welche neben Chitin fest eingelagerte organische Substanzen enthalten, darunter auch bromierte Verbindungen. 2) Die genetischen Arbeiten führten zur Identifizierung von DNA-Fragmenten, die hohe Ähnlichkeit zu bakteriellen Tyrosinhalogenasegenen zeigen. Diese Beobachtung stellt einen ersten Schritt zur Identifizierung der an der Bildung von Bromtyrosinen beteiligten Halogenasen dar. Allerdings gelang es bisher noch nicht, die vollständigen Halogenasegene und benachbarte Gene zu klonieren. An dieser Stelle ist daher ein Anknüpfungspunkt für zukünftige Arbeiten zu sehen. 3) Die etablierte Methanolbehandlung zur Extraktion bioaktiver Verbindungen aus Schwämmen ergibt nur geringe Ausbeuten an organischen Verbindungen aus den zuvor mittels Wasser bzw. TE100 extrahierten Skeletten. Das in den extrahierten Skeletten erwiesenermaßen neben dem Chitin enthaltene organische Material muss demzufolge fest mit dem Chitin assoziiert sein. Dies trifft insbesondere auf die halogenierten Verbindungen zu. Es kann vermutet werden, dass dies in Form kovalenter Bindungen geschieht. 4) Wegen der festen Bindung des organischen Materials an die Chitin-basierten Skelette wurde zur Extraktion eine Methode benutzt, welche auf der Verwendung von Ba(OH)2 beruht. Diese Methode führt zur hydrolytischen Spaltung etwaiger Proteine/Peptide in ihre Aminosäurereste. Erstmalig wurde für Aplysina cavernicola die Aminosäurezusammensetzung des fest mit den Skeletten assoziierten organischen Materials bestimmt. Dies geschah mit Hilfe von GC-MS- sowie LC-MS-Untersuchungen. Die Untersuchungen bewiesen das Vorliegen zahlreicher verschiedener Aminosäuren. Darunter befinden sich auch zehn halogenierte Aminosäuren. Die am häufigsten auftretenden halogenierten Aminosäuren sind: Dichlortyrosin, Monobrom-Monochlortyrosin und 3,5-Dibromtyrosin sowie Monobromtyrosin. Es ist erwähnenswert, dass die beiden letzteren Verbindungen Bestandteil zahlreicher bioaktiver bromierter Verbindungen aus Verongida-Schwämmen sind (vgl. Abbildung 1). Es kann deshalb spekuliert werden, dass die nachgewiesenen halogenierten Aminosäurereste in Form von Proteinen oder Peptiden mit möglicherweise bisher unbekannter Struktur und Funktion vorliegen. 5) Bisher konnten diese Chitin-assoziierten Proteine/Peptide noch nicht unter Bewahrung ihrer nativen Struktur extrahiert werden, sondern nur auf die unter 4) beschriebene Weise mittels Ba(OH)2. Für die Zukunft bleibt daher die Aufgabe bestehen, weiter nach geeigneten Verfahren zu suchen - z.B. unter Verwendung geeigneter Enzyme - um dieses interessante Problem zu lösen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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2013, Brominated Skeletal Components of the Marine Demosponges Aplysina cavernicola and Ianthella basta. 12th International Symposium on Biomineralization (Biomin 12) – Freiberg, Germany
Ueberlein S., Kunze K., Niemann H., Schulze R., Ehrlich H., Brunner E., Proksch P., van Pée K.-H.
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2013, Brominated Skeletal Components of the Marine Demosponges Aplysina cavernicola and Ianthella basta: Analytical and Biochemical Investigations. Marine Drugs 11, 1271-1287
Kunze K., Niemann H., Ueberlein S., Schulze R., Ehrlich H., Brunner E., Proksch P., van Pée K.-H.
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2013, Identification and first insights into the structure and biosynthesis of chitin from the freshwater sponge Spongilla lacustris. J. Struct. Biol. 183, 474-483
Ehrlich H., Kaluzhnaya O., Brunner E., Tsurkan M., Ereskovsky A., Ilan M., Tabachnick K. R., Bazhenov V. V., Paasch S., Kammer M., Born R., Stelling A., Galli R., Belikov S., Petrova O. V., Sivkov V., Vyalikh D., Hunoldt S., Wörheide G.
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2013, Trimeric hemibastadin congener from the marine sponge Ianthella basta. J. Nat. Prod. 76, 121–125
Niemann H., Lin W.H., Müller W.E.G., Kubbutat M., Lai D.W., Proksch P.
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2014, Analytical Investigations of the Skeletal Components of the Marine Demosponge Aplysina cavernicola. Marine Natural Products Gordon Research Seminar & Conference – Ventura CA, USA
Ueberlein S., Machill S., Niemann H., Schulze R., Proksch P., Brunner E.
