Myxococcus xanthus - a myxobacterial model strain as multiproducer of secondary metabolites

Abstract

Within the last three decades, myxobacteria have been established as proficient producers of secondary metabolites that exhibit various biological activities. The recently finished genome sequencing project of Myxococcus xanthus DK1622 unveilled the — at least hypothetical — potential of this myxobacterial model strain to be a multiproducer of secondary metabolites as well. Applying a combined genetic and analytical approach, indeed several natural products and the corresponding biosynthetic gene clusters were identified and analyzed in our institute. Among them, four families of metabolites — myxochelins, myxochromids, myxalamids and myxovirescins — were already known from other myxobacterial species. The DKxanthene secondary metabolite family, however, resembles a novel class of compounds that appears to be unique to myxobacteria, and they were shown to be present in all Myxococcus xanthus strains investigated to date as well as in the closely related species Stigmatella aurantiaca. Studies aiming at the investigation of the biological function of these compounds strongly suggest that they are required for a proper progress of the developmental program that culminates in the formation of fruiting bodies and mature myxospores. DKxanthenes are synthesized by a hybrid polyketide synthase - nonribosomal peptide synthetase machinery, and the detailed analysis of the biosynthetic gene cluster proposes the presence of at least one iteratively acting polyketide synthase module that is in large part responsible for the diversity of metabolites from this family.

Myxobakterien wurden in den letzten drei Jahrzehnten als außergewöhnliche Quelle sogenannter Sekundärmetabolite mit vielseitigen biologischen Wirkungen etabliert. Duch die vollständige Sequenzierung des Genoms von Myxococcus xanthus wurde das — zumindest theoretische — Potenzial dieses myxobakteriellen Modellstammes als Multiproduzent von Sekundärmetaboliten aufgezeigt. Im Rahmen einer kombiniert genetisch-analytischen Vorgehensweise konnten im Rahmen dieser Arbeit tatsächlich einige Naturstoffe und die dazugehörigen Biosynthesegene identifiziert werden. Darunter sind vier Familien von Sekundärstoffen - die Myxocheline, Myxochromide, Myxalamide und die Myxovirescine - die bereits von anderen Myxobakterien bekannt waren. Des Weiteren konnte eine neue Familie von Naturstoffen - die DKxanthene - charakterisiert werden. Diese scheinen spezifisch für Myxobakterien zu sein, da sie in allen bisher analysierten M. xanthus Stämmen und auch in der nahe verwandten Spezies Stigmatella aurantiaca identifiziert werden konnten. DKxanthene spielen eine wichtige Funktion für den Lebenszyklus des Produzenten, da sie für die geregelte Fruchtkörper- und Myxosporenbildung notwendig sind. Die DKxanthen-Biosynthese wird durch einen kombinierten Polyketidsynthase-nichtribosomale Peptidsynthetase Biosyntheseapparat gesteuert. Die detaillierte Analyse des Biosynthese-Genclusters weist hierbei auf die Mehrfachnutzung von mindestens einem Polyketidsynthase-Modul hin; eines von mehreren Besonderheiten, die zu der chemischen Diversität dieser Naturstoffe führt.