Genome mining in the myxobacterium Chondromyces crocatus Cm c5 for the discovery of novel secondary metabolites

Abstract

This thesis covers studies on three myxobacterial strains, which were investigated with bioinformatic, biochemical and biotechnological methods to obtain insights into the production of novel bioactive secondary metabolites with relevance for use as clinical therapeutics. The work focused mainly on the myxobacterium Chondromyces crocatus Cm c5, where the genetic basis for the biosynthesis of three novel compounds, the crocapeptins, crocadepsins and the crocagins was assigned. Insights into the compounds' biosynthesis were obtained through site-directed mutagenesis, labeling studies and in vitro experiments. The genomes of two further myxobacterial strains were investigated by in silico sequence analysis, Jahnella sp. SBSr007 and Pyxidococcus fallax AndGT8. Both strains produce novel bioactive compounds, the antifungal jahnellamides and the antibacterial disciformycins. For both compounds, the corresponding pathway genes were identified and a biosynthesis scheme was developed. The advanced molecular cloning strategies Red/ET recombineering and TAR were applied to clone the crocapeptin and the disciformycin gene clusters for their expression in a heterologous host. These efforts resulted in the successful production of a disciformycin precursor in the host Myxococcus xanthus DK1622.

In dieser Dissertation sind die Forschungsarbeiten zusammengefasst, die an drei Myxobakterienstämmen zum Zweck der Erforschung der von ihnen produzierten, neuartigen Naturstoffe mittels bioinformatischer, biochemischer und biotechnologischer Methoden durchgeführt wurden. Ziel war dabei die Aufklärung der Biosynthese dieser Naturstoffe, welche teilweise hohes Potential für pharmazeutische Anwendung haben. Die Forschungsarbeit befasste sich hauptsächlich mit dem Produzenten Chondromyces crocatus Cm c5 und resultierte in der Identifikation der genetischen Grundlagen für die Biosynthese der Crocapeptine, Crocadepsine und Crocagine. Desweiteren wurden einzelne Aspekte der Biosynthese durch gezielte Mutationen in Cm c5, Isotopenmarkierung und in vitro-Studien aufgeklärt. Zusätzlich wurden die Genomsequenzen zweier weiterer Myxobakterienstämme, Jahnella sp. SBSr007 und Pyxidococcus fallax AndGT8 mittels bioinformatischer Methoden untersucht. Diese beiden Stämme produzieren ebenfalls neuartige Naturstoffe, die antifungal wirkenden Jahnellamide und die antibakteriellen Disciformycine. Beiden Substanzfamilien wurden die entsprechenden Biosynthesegene zugeordnet und jeweils ein Biosyntheseschema erstellt. Die Gencluster für die Biosynthese von Crocapeptin und Disciformycin konnten mittels Red/ET DNA-Rekombination und TAR in ein Expressionskonstrukt kloniert werden, wobei im Fall des Disciformycinclusters die erfolgreiche heterologe Produktion einer Vorstufe in dem Stamm Myxococcus xanthus DK1622 erzielt wurde.