Biosynthese bizyklischer Peptide mit antibiotischen Eigenschaften

• Antragsteller: Professor Dr. Till Schäberle
• Fachliche Zuordnung: Biologische und Biomimetische Chemie ; Biochemie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 545372354

Die Resistenzentwicklung gegen gebräuchliche Antibiotika stellt eine ernstzunehmende Bedrohung der Gesundheitssysteme dar. Daher werden neue Wirkstoffe, insbesondere zur Behandlung von Infektionen, die von gramnegativen Bakterien ausgelöst werden, dringend benötigt. In diesem Kontext stellen die kürzlich entdeckten bizyklischen Peptide Darobactin und Dynobactin vielversprechende antibiotische Leitstrukturen dar. Sie gehören zu einer Familie von ribosomal produzierten und posttranslational modifizierten Peptiden (RiPPs), die von einem radikalischen S-Adenosylmethionin (RaS)- Enzym biosynthetisiert werden. Letzteres erkennt das Vorläuferpeptid und katalysiert zwei intramolekulare Ringschlüsse, wodurch ein reifes Peptid mit einzigartigen antibiotischen Eigenschaften entsteht. Dieses hemmt spezifisch BamA, eine Schlüsselkomponente der Beta-Fass- Montagemaschinerie, die für die ordnungsgemäße Faltung von Außenmembranproteinen in gramnegativen Bakterien unerlässlich ist. Die Möglichkeit neue Verbindungen auf Basis bizyklischer Peptide zu generieren ist aufgrund des Mangels an Strukturinformationen und aufgrund der Tatsache, dass die in vitro- und in vivo-Produktion in heterologen Expressionssystemen auf mehrere Hindernisse stößt, begrenzt. Um das nötige Wissen zu generieren, die Enzyme zur Biosynthese neuer Substanzen zu verwenden, wollen wir einen neuartigen Ansatz implementieren. Dieser basiert auf der synergistischen Nutzung unserer Vorarbeiten auf den Forschungsfeldern zu (i) Computerwerkzeugen, inklusiver Künstlicher Intelligenz (KI), (ii) Biosynthese und heterologe Herstellung bizyklischer Peptide und die Profilierung dieser, sowie (iii) Strukturbiologie. So sollen neuartige Enzym-Vorläufer-Peptid-Paare identifiziert und in Rückkopplungsschleifen integriert werden, um diese in vivo und in vitro zu untersuchen. Strukturinformationen, um die bisher nicht untersuchten katalytischen Mechanismen zu verstehen, werden durch Röntgenkristallographie und CryoEM erhalten. Am Ende des Projekts sollen 1) Open-Source-Methoden entwickelt sein, die der RiPP-Community zur Verfügung stehen und die es ermöglichen, co-evolvierende Motive in anderen Enzymen zu identifizieren, 2) Strukturinformationen für diese Unterklasse von RiPP-modifizierenden Proteinen vorliegen und der Mechanismus der enzymatischen Reaktionen verstanden sein, damit dies auf andere RaS-Familien extrapoliert werden kann und 3) Hochdurchsatzmethoden für die in vivo Produktion und Charakterisierung neuartiger bioaktiver bizyklischer Peptide erfolgreich genutzt worden sein, um neuartige bioaktive Peptide zu generieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professorin Alessandra Carbone, Ph.D.; Eugenio de la Mora, Ph.D.