Aufklärung der Biosynthese von Negamycin, einer Hydrazin-enthaltenden Verbindung

• Antragstellerin: Privatdozentin Dr. Efthimia Stegmann, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen ; Allgemeine Genetik und funktionelle Genomforschung ; Medizinische Mikrobiologie und Mykologie, Hygiene, Molekulare Infektionsbiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 530006809

Negamycin ist eine Verbindung, die aus Streptomyces purpeofuscus, jetzt umbenannt in Kitasatospora purpeofusca, isoliert wurde. Es wirkt antibakteriell gegen gramnegative und grampositive Bakterien, einschließlich der ESKAPE-Bakterien (Klebsiella pneumoniae, Enterobacter sp. und Pseudomonas aeruginosa), für die dringend neue Antibiotika benötigt werden. Interessanterweise ist Negamycin gegen gramnegative Bakterien wirksamer als gegen grampositive Bakterien. Darüber hinaus besitzt Negamycin eine Stop-Codon-Lese-Wirkung. Diese Aktivität ist wertvoll für die Entwicklung von Therapien für genetische Krankheiten, die durch Mutationen verursacht werden, die zu Stoppcodons (vorzeitige Terminationscodons, PTC) führen, welche die Produktion von verkürzten und funktionslosen Proteinen zur Folge haben. Diese Art von Mutationen kommt häufig vor, zum Beispiel bei einigen Formen der Duchenne-Muskeldystrophie (DMD), der zystischen Fibrose (CF), der Hämophilie A und einigen Krebsarten. In diesen Fällen könnte die Produktion von funktionellen Proteinen in voller Länge bis zu einem gewissen Grad wiederhergestellt werden, indem das Lesen der PTCs z.B. mit Negamycin induziert wird. Für die Aufreinigung von Negamycin und seinen Analoga in ausreichenden Mengen, die für den Einsatz in verschiedenen Assays zur Untersuchung der Wirksamkeit von Bedeutung sind, ist eine stabile Produktion erforderlich. Dies kann nur erreicht werden, wenn das Negamycin-Biosynthesegencluster (BGC) identifiziert und die schrittweise Biosynthese aufgeklärt wird. Die Kenntnis der Biosynthese ermöglicht es, mit Hilfe von Metabolic-Engineering-Ansätzen die Ausbeute gezielt zu optimieren und gezielte Strukturmodifikationen vorzunehmen. Über den Biosyntheseweg von Negamycin ist bisher nichts bekannt. Negamycin ist eine Hydrazidverbindung, ein kleines Pseudopeptid mit einer ungewöhnlichen Struktur, die eine N-N-Bindung enthält. In den letzten fünf Jahren konnten Fortschritte beim Verständnis der Biosynthese von Metaboliten mit N-N-Bindungen erzielt werden. Allerdings ist nur eine begrenzte Anzahl von Biosynthesewegen charakterisiert worden, und dies oft nur teilweise. Eine weitere Komponente in der Struktur von Negamycin ist β-Lysin. In der Literatur wird beschrieben, dass die 2,3-Lysin-Aminomutase die Umwandlung von Lysin in β-Lysin katalysiert. Unsere Untersuchungen an Negamycin bieten eine hervorragende Möglichkeit, die Enzyme und Mechanismen, die an der Synthese von N-N-verknüpften Metaboliten beteiligt sind, besser zu charakterisieren, die einzelnen Schritte der Biosynthese von Negamycin aufzuklären und damit einen neuen Biosynthesemechanismus zu etablieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Mitverantwortlich(e): Professorin Dr. Heike Brötz-Oesterhelt
• Kooperationspartnerin: Dr. Sylvie Lautru