Biochemische und genetische Grundlagen der Indolalkaloid-Bildung im Basidiomyceten Psilocybe cyanescens

• Antragsteller: Professor Dr. Dirk Hoffmeister
• Fachliche Zuordnung: Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 318716222

Pilze produzieren eine Vielfalt an biologisch aktiven Naturstoffen, darunter Verbindungen von pharmazeutischem oder kommerziellem Wert. Bisherige Forschung betonte in erster Linie i) Stoffe aus Ascomyceten (Schlauchpilzen) und ii) solche Moleküle, deren Grundstruktur durch multimodulare Enzyme (Polyketidsynthasen, nichtribosomale Peptidsynthetasen) oder Terpensynthasen hergestellt werden, oder die ribosomal erzeugt werden. Moleküle aus Basidiomyceten, insbesondere solche, deren Biosynthese nicht die genannten Enzyme benötigt, wurden sehr wenig untersucht. Daher ist unser Verständnis der biosynthetischen Chemie, die der Bildung pilzllicher Naturstoffe insgesamt zugrunde liegt, unausgewogen. Das vorgeschlagene Forschungsprojekt beinhaltet daher einen der wenig untersuchten Stoffwechselwege, die nicht auf den oben genannten biosynthetischen Enzymen beruhen. Ziel ist, die Enzymatik und die Genetik der Biosynthese der Indolalkaloide in dem Pilz Psilocybe cyanescens aufzuklären. Arten aus der Gattung Psilocybe werden umgangssprachlich gelegentlich als sogenannte Zauberpilze bezeichnet, da ihre Hauptinhaltsstoffe (Psilocin und indirekt das Psilocybin) psychotrope Aktivität besitzen. Jedoch haben diese Verbindungen auch pharmazeutisches Interesse (wieder)erlangt und sind daher Gegenstand klinischer Studien. Die beantragte Arbeit dient dem Verständnis von ungewöhnlicher Naturstoffchemie, insbesondere der Indol-Hydroxylierung an Position 4 sowie der Phosphatester-Bildung. Psilocybin ist einzigartig, da es diese beiden strukturellen Eigenschaften kombiniert. Andere bioaktive Stoffe besitzen diese strukturellen Eigenschaften, jeweils einzeln, ebenfalls, darunter Spinnengifte, bakterielle Stoffe, die toxisch auf Pflanzen wirken, sowie pflanzliche Inhaltsstoffe. Über das Verständnis der Psilocybin-Biosynthese hinaus besitzt die vorgeschlagene Arbeit daher Modellcharakter für die Naturstoff-Forschung allgemein. Weiterhin legt das Projekt die Grundlage für weitere Forschung in der pilzlichen Physiologie sowie für Anwendungen in der Forensik. Hinsichtlich der Methoden stützt sich die Abfolge der Arbeiten auf zwei parallele, aber sich gegenseitig ergänzende Teilprojekte, die i) biochemische Arbeiten beinhalten, um native Enzyme aus dem Pilz zu reinigen und ii) heterologe Expression von Kandidatengenen und nachfolgender Charakterisierung der enzymatischen Aktivität.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen