Novel secondary metabolites from myxobacteria and their biosynthetic machinery

Abstract

This thesis deals with natural products from myxobacteria. Myxococcus xanthus extracts were screened by LC-MS for novel secondary metabolites. Altogether 4 different substance families were isolated and characterized. Identification and analysis of the associated biosynthetic gene clusters allows interesting insights into diverse biosynthetic routes of myxobacteria. The cittilin gene cluster was identified in the genome of M. xanthus. For the first time, in case of a myxobacterial secondary metabolite, it could be demonstrated by heterologous expression in S. aurantiaca Sga 15 that the cittilin precursor peptide is built by the ribosome. Modification of the genetic code yielded novel cittilin derivates. The novel myxoprincomides (mxp) core structure is produced by a NRPS/PKS hybrid biosynthetic pathway in M. xanthus DK897 and DK1622. 10 mxp derivates from DK897 were isolated and correlated to the so far largest myxobacterial biosynthetic gene exhibiting 39 catalytic domains. The mxp biosynthesis is exciting due to incorporation of unusual amino acids and other rare structural features, particularly in comparison to mxp of DK1622. Strikingly, the number of 10 mxp derivates mainly representing hydrolytically released intermediates of the biosynthesis. Prechondrochloren was isolated from a C. crocatus Cm c5 mutant and structurally elucidated. Furthermore it was shown that a spontaneous mutant of S. cellulosum So ce90 produces novel spirangien derivates with a shortened chromophore.

Die vorliegende Arbeit befaßt sich mit Naturstoffen aus Myxobakterien. Mittels LC-MS wurde in Extrakten von Myxococcus xanthus Kulturen nach neuen Sekundärmetaboliten gesucht. Insgesamt wurden 4 unterschiedliche Substanzfamilien isoliert und charakterisiert. Die Identifizierung der zugrundeliegenden Biosynthesegencluster zeigt interessante Einblicke in unterschiedliche Biosynthesewege von Myxobakterien. Das Cittilingencluster wurde im Genom von M. xanthus Stämmen identifiziert. Für einen myxobakteriellen Sekundärmetaboliten konnte durch heterologe Expression in S. aurantiaca Sga 15 erstmalig bewiesen werden, dass dieser ribosomalen Ursprungs ist. Die Modifikation des genetischen Codes führte zu neuen Cittilinen. Die neuen Myxoprincomide werden durch einen NRPS/PKS-Hybrid Biosyntheseweg gebildet. 10 Myxoprincomidderivate wurden aus M. xanthus DK897 isoliert. Mit 39 katalytischen Domänen ist es das bislang größte myxobakterielle Biosynthesegen. Aufgrund ungewöhnlicher Aminosäuren sowie seltener Strukturmerkmale, ergibt sich insbesondere im Vergleich zu M. xanthus DK1622 für die Myxoprincomide eine außergewöhnliche Biosynthese. Erstaunlich ist auch die Vielzahl von 10 Derivaten, die größtenteils als Intermediate der Biosynthese hydrolytisch freigesetzt werden. Des Weiteren wurden Prechondrochloren von einer C. crocatus Cm c5 Mutante sowie neue Spirangiene mit einem verkürzten Chromophor von einer zufälligen S. cellulosum So ce90 Mutante isoliert und strukturell aufgeklärt.