Studies towards secondary metabolite formation in myxobacteria : elucidation of biosynthetic pathways and yield optimization

Abstract

Natural products produced by myxobacteria exhibit an enormous structural diversity with noticeable biological activities. In this context, the present dissertation deals with both, the identification and characterization of natural product biosynthetic pathways and the optimization of a production strain. The work on the secondary metabolite crocacin illustrates that the detailed exploration of so far unknown biosynthetic pathways bears huge potential to reveal unprecedented aspects of multienzyme complexes which assemble natural products. The primal depiction of a condensation domain with hydrolytic activity consequently paves the way for investigations concerning the mechanism of catalysis. Another part of this work covers the comparative characterization of the microsclerodermin gene clusters from Sorangium cellulosum So ce38 und Jahnella sp. MSr9139. Hereby, the structural differences among the respective derivatives could be linked to differences in corresponding gene clusters. Furthermore, terrestrial producers of the natural product microsclerodermin D, previously only known from marine sponges, were identified. In the course of the optimization of the ambruticin producer S. cellulosum strain #8405 several factors connected to the regulation of the biosynthesis were characterized and modified. In addition novel genetic methods for this particular genus were developed and successfully applied.

Von Myxobakterien produzierte Naturstoffe weisen eine enorme strukturelle Vielfalt mit bemerkenswerten biologischen Aktivitäten auf. In diesem Kontext befasst sich die vorliegende Dissertation sowohl mit der Identifizierung und Charakterisierung von Naturstoff-Biosynthesewegen, als auch mit der Optimierung eines Produktionsstammes. Die Arbeiten zum Sekundärmetaboliten Crocacin zeigen, dass die eingehende Erforschung bisher unbekannter Biosynthesewege großes Potential zur Entdeckung beispielloser Aspekte von naturstoffproduzierenden Multienzymkomplexen birgt. Die erstmalige Beschreibung einer Kondensationsdomäne mit hydrolytischer Aktivität ebnet somit den Weg für Untersuchungen zum Mechanismus der Katalyse. Ein weiterer Teil dieser Arbeit befasste sich mit der vergleichenden Charakterisierung der Microsclerodermin Gencluster aus Sorangium cellulosum So ce38 und Jahnella sp. MSr9139. Hierbei konnten die strukturellen Unterschiede der einzelnen Derivate auf Unterschiede in den jeweiligen Genclustern zurückgeführt werden. Des Weiteren wurden terrestrische Produzenten des bisher nur aus marinen Schwämmen bekannten Naturstoffs Microsclerodermin D identifiziert. Im Rahmen der Optimierung des Ambruticinproduzenten S. cellulosum strain #8405 wurden mehrere Faktoren, die im Zusammenhang mit der Regulation der Biosynthese stehen, charakterisiert und modifiziert. Zudem konnten für diese Bakteriengattung neuartige genetische Methoden entwickelt und erfolgreich angewandt werden.