Klonierung und Expression von Antitumorpolyketid-Biosynthesegenen aus nichtkultivierbaren bakteriellen Symbionten von Käfern und Meeresschwämmen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Viele biologisch hochwirksame Naturstoffe stammen aus wirbellosen Tieren. Die Beschaffung ausreichender Substanzmengen aus den natürlichen Quellen für eine weitere pharmakologische Evaluierung ist jedoch fast immer technisch schwierig und ökologisch fragwürdig. Schon seit langem wird postuliert, dass viele Tierwirkstoffe nicht von den Tieren selbst, sondern von bisher nicht kultivierbaren bakteriellen Symbionten synthetisiert werden. In den zuvor geförderten Arbeiten konnten wir diese Symbiontenhypothese für Paederus-Käfer und den marinen Schwamm Theonella swinhoei am Beispiel von Antitumorwirkstoffen der Pederingruppe durch Klonierung der Biosynthesegene verifizieren. Außerdem gelang der Transfer sämtlicher Pederingene in zwei verschiedene kultivierbare Bakterien. Im Berichtszeitraum konnten weitere Erkenntnisse über Naturstoffsymbiosen in Schwämmen und Insekten gewonnen werden. Der Produzent der Onnamide und Theopederine in T. swinhoei wurde identifiziert und die noch fehlenden Gene des Biosynthesegenclusters isoliert. Nur eine Version des Genclusters wurde im Metagenom detektiert. Dies deutet darauf hin, dass die große strukturelle Vielfalt der Onnamid- und Theopederin-artigen Substanzen im Schwamm nicht auf der Anwesenheit mehrerer genetisch variabler Polyketidproduzenten beruht, sondern auf einem einzigen Biosyntheseweg mit multiplen Produkten. Des weiteren wurde ein Genkandidat für die Biosynthese der Pederin-artigen Mycalamide im Schwamm Mycale hentscheli identifiziert. Durch in vitro-Transformation mit einer Methyltransferase des Pederinbiosynthesewegs wurde schließlich ein neuartiges Mycalamid-Derivat mit erhöhter Zytotoxizität erzeugt und ein funktioneller Beweis für den Pederincluster erhalten.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- “Exploiting the mosaic structure of trans-acyltransferase polyketide synthases for natural product discovery and pathway dissection”. Nat. Biotechnol. (2008) 26, 225-233
T. Nguyen, K. Ishida, H. Jenke-Kodama, E. Dittmann, C. Gurgui, T. Hochmuth, S. Taudien, M. Platzer, C. Hertweck, J. Piel
- “Pederin-type pathways of uncultivated bacterial symbionts: analysis of O-methyltransferases and generation of a biosynthetic hybrid”. J. Am. Chem. Soc. (2009) 131, 2780-2781
K. Zimmermann, M. Engeser, J. Blunt, M.H.G. Munro, J. Piel
- “Polyketide assembly lines of uncultivated sponge symbionts from structure-based gene targeting”. Nat. Chem. Biol., (2009), 5, 494-501
K.M. Fisch, C. Gurgui, N. Heycke, S.A. van der Sar, S.A. Anderson, V.L. Vebb, S. Taudien, M. Platzer, B.K. Rubio, S.J. Robinson, P. Crews, J. Piel
- “Biosynthesis of polyketides by trans-AT polyketide synthases”. Nat. Prod. Rep. (2010) 27, 996-1047
J. Piel
- “Linking chemical and microbial diversity in marine sponges: possible role for Poribacteria as producers of methyl-branched fatty acids“. ChemBioChem (2010) 18, 2572-2578
T. Hochmuth, H. Niederkrüger, C. Gernert, A. Siegl, S. Taudien, M. Platzer, P. Crews, U. Hentschel, J. Piel
- “Single cell genomics reveals the lifestyle of Poribacteria, a candidate phylum symbiotically associated with marine sponges”. ISME J. (2011) 5, 61-70
A. Siegl, J. Kamke, T. Hochmuth, J. Piel, M. Richter, C. Liang, T. Dandekar, U. Hentschel
