Über die genauere Kenntnis der MEL-Biosynthese zu einer Optimierung der Herstellung maßgeschneiderter, oberflächenaktiver Biomoleküle im Maisbrandpilz Ustilago maydis

• Antragsteller: Dr. Björn Sandrock
• Fachliche Zuordnung: Mikrobielle Ökologie und Angewandte Mikrobiologie ; Stoffwechselphysiologie, Biochemie und Genetik der Mikroorganismen
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 521037434

Glycolipide aus Pilzen sind eine vielfältige Gruppe von Sekundärmetaboliten, die viel versprechende Eigenschaften als Biotenside aufweisen. Mannosylerythritollipide (MELs) sind Glycolipide, die von einigen Basidiomyceten hergestellt werden; z. B. von Ustilago maydis, einem Modellorganismus für Pilzgenetik. MELs bestehen aus einem zentralen Kohlenhydratanteil, der mit Acyl- und Acetylgruppen verknüpft ist. In vorangegangen Arbeiten habe ich bereits zum besseren Verständnis der MEL-Biosynthese beigetragen; z. B. gelang der Nachweis ihrer partiellen Kompartimentierung innerhalb von Peroxisomen und eine genauere Aufklärung der Funktion der beteiligten Enzyme. Außerdem konnten wir zeigen, dass Acyltransferasen (Mac1, Mac2 und Mac3) aus unterschiedlichen Pilzen kombiniert werden können, um die Fettsäurereste der MELs zu manipulieren. In dem hier beantragten Forschungsprojekt möchten wir herausfinden, wie die Acyltransferasen Mac1, Mac2 und Mac3 die Länge von Fettsäuresubstraten messen, mit denen das Grundgerüst modifiziert wird. Zu diesem Zweck schlagen wir eine Kombination aus genetischen Experimenten (Herstellung und Analyse von Chimären bestehend aus Teilen von Enzymen mit unterschiedlicher Spezifität) und Strukturbiologie (Kristallisation und Strukturbestimmung von Acyltransferasen mit unterschiedlicher Spezifität) vor. Unsere vorläufigen Daten zeigen bereits, dass der genetische Ansatz vielversprechend ist. Mit der beschriebenen Kombination aus Experimenten erhoffen wir ein besseres Bild der MEL-Biosynthese zu erlangen und darüber hinaus Acyltransferasen auch im Allgemeinen besser zu verstehen. Außerdem planen wir die Herstellung neuartiger Glycolipide nach einer von uns erst kürzlich veröffentlichten Strategie. Wir konnten zeigen, dass sich Acyltransferasen für die MEL Biosynthese aus unterschiedlichen Organismen frei miteinander kombinieren lassen und dabei ihre Spezifität erhalten bleibt. Diesen Ansatz möchten wir nun systematisch verfolgen, um so eine vielfältige Kollektion potentiell wertvoller Biotenside herzustellen. Beide Teilprojekte sind miteinander verknüpft: Die in Teil 2 erzielten Ergebnisse können die Vorhersage der Spezifität der Acyltransferasen verbessern, die im ersten Teil adressiert werden soll. Ein detailliertes Verständnis dieser Enzyme ist wesentlich für die Synthese von maßgeschneiderten Biotensiden. Zudem kann die geplante Studie auch Grundlage für ein besseres generelles Verständnis von Acyltransferasen sein. Es gibt viele verschiedene solcher Enzyme mit großer biologischer Relevanz. Häufig ist jedoch noch nicht geklärt, wie sie die Länge der Fettsäuresubstrate erkennen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen