Combinatorial Biosynthesis of Fungal Meroterpenoid Assembly Lines

• Applicant: Professorin Dr. Lena Barra
• Subject Area: Biological and Biomimetic Chemistry ; Biochemistry
• Term: from 2019 to 2021
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 429963852

• Final Report Year: 2022

Final Report Abstract

Das durchgeführte Projekt hatte zum Ziel, mittels kombinatorischer Biosynthese neue Meroterpenoid-Derivate zu erschließen. Hierzu sollte der frühe Strukturdiversifizierungs-Schritt, katalysiert durch charakteristische Meroterpenoidzyklasen, targetiert werden. In der ersten Phase des Projekts wurde die Substratpromiskuität von neun rekombinanten Meroterpenoidzyklasen mit Hilfe von synthetischen Substraten systematisch in vitro untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass Meroterpenoidzyklasen eine hohe Substratpromiskuität aufweisen und diverse unnatürliche Substrate umsetzen können. Insgesamt wurden zwölf strukturell neuartige Meroterpenoid-Derivate charakterisiert. In der zweiten Phase des Projekts wurden die gewonnenen Erkenntnisse für die Konstruktion von unnatürlichen Meroterpenoid-Biosynthesewegen in dem mikrobielle Wirt Aspergillus oryzae NSAR1 genutzt. Insgesamt wurden drei Substrat-produzierende Wirte generiert. Anschließende Ko-Expression von targetierten Meroterpenoidzyklasen zeigte allerdings eine kompetitive Nebenumsetzung der Substrate durch endogene Enzyme. Die Entwicklung von alternativen Wirten zur biotechnologischen Herstellung neuer Meroterpenoid-Derivate ist Gegenstand weiterführender Arbeiten.

Publications

• Biomimetic Synthesis of Meroterpenoids by Dearomatization-Driven Polycyclization, Angew. Chem. 2019, 45, 16287−16292
  Z. Powers, A. Scharf, A. Cheng, F. Yang, M. Himmelbauer, T. Mitsuhashi, L. Barra, Y. Taniguchi, T. Kikuchi, M. Fujita, I. Abe, J. A. Porco
  
• Biomimetic Synthesis of Meroterpenoids by Dearomatization-Driven Polycyclization, Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 16141−16146
  Z. Powers, A. Scharf, A. Cheng, F. Yang, M. Himmelbauer, T. Mitsuhashi, L. Barra, Y. Taniguchi, T. Kikuchi, M. Fujita, I. Abe, J. A. Porco
  
• Exploiting the Potential of Meroterpenoid Cyclases to Expand the Chemical Space of Fungal Meroterpenoids, Angew. Chem. 2020, 132, 23980−23989
  T. Mitsuhashi, L. Barra, Z. Powers, V. Kojasoy, A. Scharf, A. Cheng, F. Yang, Y. Taniguchi, T. Kikuchi, M. Fujita, D. J. Tantillo, J. A. Porco Jr., I. Abe
  
• Exploiting the Potential of Meroterpenoid Cyclases to Expand the Chemical Space of Fungal Meroterpenoids, Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 23772−23781
  T. Mitsuhashi, L. Barra, Z. Powers, V. Kojasoy, A. Scharf, A. Cheng, F. Yang, Y. Taniguchi, T. Kikuchi, M. Fujita, D. J. Tantillo, J. A. Porco Jr., I. Abe
  
• Chemistry of fungal meroterpenoid cyclases, Nat. Prod. Rep. 2021, 38, 566−585
  L. Barra, I. Abe