Engineering der Biosynthese von Cytochalasanen zur Entwicklung neuer molekularer Werkzeuge

• Antragsteller: Professor Dr. Russell J. Cox
• Fachliche Zuordnung: Biologische und Biomimetische Chemie ; Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 438841444

Cytochalasane sind wichtige Naturstoffe aus Pilzen mit einem sehr breiten Spektrum an potenten biologischen Aktivitäten. Diese Verbindungen könnten zu einer Klasse sehr nützlicher molekularer Werkzeuge entwickelt werden, allerdings ist ihre Zugänglichkeit über natürliche oder synthetische Quellen stark eingeschränkt. Inzwischen ist jedoch genug über die zugrunde liegenden Biosynthesewege bekannt, um diese rational manipulieren zu können. In diesem Projekt wollen wir neue Methoden der synthetischen Biologie in Pilzen einsetzen, um Biosynthesegene zu manipulieren, die an der Produktion einer Reihe von Cytochalasanen beteiligt sind. Wir werden zunächst geeignete Wirtsorganismen entwickeln, um mehrfache genetische Manipulationen durchführen zu können, einschließlich kombinierter Knockout- und heterologer Expressionsexperimente. Danach werden wir versuchen, die Polyketid-Einheit der Cytochalasine bezüglich ihrer Kettenlänge und des Methylierungsmusters systematisch neu zu konstruieren. Wir werden auch den Aminosäurepartner ändern, indem wir die zugehörigen Biosyntheseproteine neu zusammensetzen. Späte Funktionalisierungen des Grundgerüsts werden wir modifizieren, indem wir Tailoring-Gene aus verschiedenen Biosynthesewegen und Pilzen neu kombinieren. Schließlich werden wir Mutasynthese-Methoden mit Semisynthese verbinden, um das Spektrum nützlicher Cytochalasan-basierter molekularer Werkzeuge zu erweitern, welche dann von anderen Mitgliedern des CytoLabs-Konsortiums zur Untersuchung der Cytochalasan-Aktivität in vivo und in vitro gegenüber Actin sowie zur Identifikation neuer Nicht-Actin-Zielproteine verwendet werden. Über die CytoLabs-Substanzbibliothek werden wir unsere Verbindungen anderen Gruppen für biologische Testungen zur Verfügung stellen und zudem mit Synthesechemikern an der Biotransformation synthetischer Zwischenprodukte arbeiten, insbesondere im Hinblick auf abschließende Tailoring-Reaktionen. Wir werden mit WissenschaftlerInnen in Deutschland bezüglich der Sequenzierung pilzlicher Genome und Transkriptome sowie mit WissenschaftlerInnen in Frankreich bezüglich Fermentationen auf festem Medium im großen Maßstab zusammenarbeiten. Das Projekt wird es ermöglichen, Biosynthesewege pilzlicher Naturstoffe rational zu manipulieren und ein wirksames Werkzeug basierend auf synthetischer Biologie zur Herstellung nützlicher Materialien zu schaffen. Diese werden eine Schlüsselrolle im CytoLabs-Konsortium spielen und wichtige Anwendungen für die Erforschung verschiedener Fragestellungen der Zellbiologie, der inter-organismischen Interaktionen, der Pflanzenpathologie und der In-vitro-Enzymologie ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5170: CytoLabs – Systematische Untersuchung und Ausbeutung von Cytochalasanen