Biochemische und genetische Grundlage der Bildung oligocyclischer aromatischer Polyketide in Basidiomyceten

• Antragsteller: Professor Dr. Dirk Hoffmeister
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 413891605

Hinsichtlich ihrer strukturellen Diversität und ihrer vielfältigen nützlichen oder toxischen Bioaktivitäten sind Polyketide eine herausragende Gruppe von Naturstoffen. Sie werden von Polyketidsynthasen (PKSs) gebildet, dies sind komplexe, multifunktionale Enzyme. Die genetischen und biochemischen Grundlagen der Polyketidbiosynthese in Bakterien und Schlauchpilzen sind gut verstanden. Hingegen ist das diesbezügliche Wissen für Ständerpilze (Basidiomyceten) äußerst gering. Die Bildung von oligozyklischen Polyketiden (z.B. Farbstoffe und Toxine mit diesem strukturellen Merkmal) aus Ständerpilze ist noch völlig unerforscht. Diese Wissenslücke ist umso erstaunlicher, als die Ständerpilze ein Phylum von etwa 40.000 Arten repräsentieren und eine reichhaltige Quelle von bioaktiven Naturstoffen sind.Die Gattung Cortinarius (Schleierling) gehört zu den zahlenmäßig größten Gattungen der Ständerpilze. Arten dieser Gattung bilden zahlreiche oligozyklische Polyketide. Vom Antragsteller wurde modellhaft das Erbgut der Schleierlingsart Cortinarius odorifer untersucht. Dieser Pilz produziert Phlegmacin A1 und B1, dies sind dimere und methylierte oligozyklische Polyketide. Es wurden sechs einander ähnliche Gene (pks1-pks6) für eine bislang unbekannte, evolutiv separate Gruppe von PKSs identifiziert. Die Hypothese lautet, dass diese Gene/Enzyme für die Bildung von oligozyklischen Polyketiden verantwortlich sind. Gestützt wird diese Annahme durch benachbarte Gene für zwei Methyltransferasen und eine aromatische Peroxidase, welche möglicherweise Methylierung und Dimerisierung während der Phlegmacin-Biosynthese katalysieren.Ziel dieser Arbeit ist, die Enzyme PKS1-PKS6 funktionell zu charakterisieren und damit die obige Hypothese zu testen. Dieses Ziel soll durch heterologe Produktion der Enzyme in einem pilzlichen Wirt (Aspergillus niger) sowie nachfolgend durch Produktbildung in vivo und in vitro erreicht werden. Die Produkte werden mittels Flüssigkeitschromatographie, Massenspektrometrie und Kernspinresonanz-Spektroskopie analysiert. Zusätzlich sollen die beiden Methyltransferasen heterolog produziert und charakterisiert werden. Das erfolgreich abgeschlossene Projekt bildet die Grundlage für zukünftige Arbeiten, allgemein und modellhaft die Erzeugung struktureller Diversität von toxischen oder pharmazeutisch nützlichen Polyketid-Inhaltsstoffen in Ständerpilzen zu verstehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen