Struktur und Biosynthese ungewöhnlicher Polyamin- und Polyagmatin-Naturstoffe

• Antragsteller: Professor Dr. Helge Björn Bode
• Fachliche Zuordnung: Biologische und Biomimetische Chemie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 245509096

Insektenpathogene Bakterien der Gattungen Photorhabdus und Xenorhabdus haben sich in den letzten Jahren als ergiebige Quelle für neue Naturstoffe herausgestellt, deren Struktur und Biosynthese oft noch unbekannt ist. In diesem Projekt soll die Biosynthese von zwei strukturell ungewöhnlichen Strukturklassen untersucht werden: 1. Polyamin Naturstoffe, die ähnlich zu Zeamin sind.Zeamin ist einer von nur drei bekannten Vertretern einer ungewöhnlichen Naturstoffklasse mit breiter antimikrobieller Aktivität. Chemisch handelt es sich dabei um ein sehr langkettiges (>30 Kohlenstoffe) unverzweigtes Amin, das weitere Aminogruppen als Substituenten trägt. Biochemisch entsteht diese Substanzfamilie vermutlich über einen Biosyntheseweg analog den polyungesättigten Fettsäuren, stellt hier aber eine neue Untergruppe dar. In Xenorhabdus budapestensis wurde in unserer Arbeitsgruppe ein neuer Vertreter dieser seltenen Substanzklasse gefunden und in der Struktur aufgeklärt, der XenoGUFamin genannt wurde. XenoGUFamin trägt den Polyaminrest gebunden an ein nichtribosomal hergestelltes zyklisches Peptid, dessen Ringschlussmechanismus noch unbekannt ist. XenoGUFamin zeigt breite antimikrobielle und cytotoxische Aktivität. In Vorarbeiten wurde gezeigt, dass viele Xenorhabdus aber auch Photorhabdus Stämme, die beide in Symbiose mit Nematoden leben und insektenpathogen sind, Derivate von XenoGUFamin produzieren. Die für die Biosynthese verantwortlichen Gencluster konnten dementsprechend auch in verschiedenen Stämmen nachgewiesen werden. 2. Polyagmatin Naturstoffe, die ähnlich zu Nemaucin sind.Die einzigen bekannten Vertreter dieser zweiten ungewöhnlichen Naturstoffklasse sind Phleomycin G, Nemaucin und Cabanillasin. Nemaucin und Cabanillasin wurden aus Xenorhabdus cabanillasii isoliert und bisher nur in Patenten einer französischen Firma beschrieben, da sie wie die Polyamine über eine sehr breite antimikrobielle Aktivität verfügen. Nemaucin weist einen Peptidteil auf, der große Ähnlichkeit zu XenoGUFamin besitzt. Anstatt des dort vorkommenden Polyaminrestes besitzt Nemaucin aber einen Polyagmatinrest. Bisher liegen keinerlei Daten zur Biosynthese dieses ungewöhnlichen Restes vor.Im Rahmen des beantragten Projektes sollen weitere Vertreter dieser sehr ungewöhnlichen, aber in insektenpathogenen Bakterien offensichtlich sehr häufigen Naturstoffklassen identifiziert und in ihrer Struktur aufgeklärt werden. Die entsprechenden Biosynthese Gencluster sollen identifiziert und analysiert werden und die Funktion ausgewählter Enzyme soll in vitro charakterisiert werden. Zusätzlich soll die biologische Aktivität beider Substanzen genauer untersucht werden und es sollen erste Versuche zum Wirkprinzip der Substanzen durchgeführt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen