Charakterisierung von Sesquiterpenen und der an deren Biosynthesen beteiligten Gene des Myxobakteriums Sorangium Cellulosum So ce56

Abstract

Diese Arbeit befasst sich mit dem Myxobakterium Sorangium cellulosum So ce56 als Produzent volatiler Terpene. Die Strukturen der neuen Terpene wurden per NMR, Röntgenbeugung, Polarimetrie und GC/MS aufgeklärt und die zugehörigen Terpensynthasen (TSn) wurden charakterisiert. Drei der vier im Genom identifizierten TSn sind an der Biosynthese volatiler Terpene beteiligt: Darunter befinden sich eine klassische Germacra-1(10)E,5E-dien-11-ol-/Geosminsynthase (sce1440) und eine unselektive 10-epi-Cubebolsynthase (sce6369), die auch (–)-d-Cadinen und die meisten der 17 Terpene in S. cellulosum So ce56 synthetisiert. Die dritte TS (sce8552) liegt im bakteriellen Genom mit dem Cytochrom P450 CYP264B1 (sce8551) geclustert vor. Die TS setzt Farnesylpyrophosphat selektiv zu (+)-Eremophilen um, das von CYP264B1 oxidiert wird. Neben seiner natürlichen Funktion kann CYP264B1 riechende Eremophilan-, Caryophyllan-, Humulan- und Cedran-Sesquiterpene selektiv allylisch hydroxylieren. Damit ist CYP264B1 ein wertvolles Werkzeug zur Derivatisierung von Kohlenwasserstoffen. (–)-d-Cadinen und (+)-Eremophilen sind geruchlos. Durch CYP264B1 eingebrachte Hydroxylierungen löschen den Geruch der Sesquiterpene zumeist aus. Paare von strukturell ähnlichen, aber unterschiedlich riechenden Substanzen könnten bei der Charakterisierung von humanen Geruchsrezeptoren von hoher Bedeutung werden. Zudem könnte weitere Oxitation der Hydroxylgruppen zu interessanten Riechstoffen führen.

This work treats the myxobacterium Sorangium cellulosum So ce56 as a producer of volatile terpenes. The structures of new terpenes were revealed using NMR, x-ray diffractometry, polarimetry, and GC/MS. Additionally, the corresponding terpene synthases (TSs) were characterized. Three out of four TSs play their roles in the biosynthesis of volatile terpenes. Among them there is a classic Germacra-1(10)E,5E-dien-11-ol-/Geosminsynthase (sce1440) and a promiscuous 10-epi-Cubebolsynthase (sce6369), which also synthesizes (–)-d-cadinene and the majority of the 17 terpenes in S. cellulosum So ce56. The third TS (sce8552) is clustered with the Cytochrome P450 CYP264B1 (sce8551) in the strain’s genome. The TS converts the sesquiterpene precursor farnesyl pyrophosphate to the enantiomer (+)-eremophilene, which is oxidized by CYP264B1. Besides its natural function, CYP264B1 hydroxylates selectively odorant eremophilane-, caryophyllane-, humulane-, and cedrane-type sesquiterpenes in allylic positions. Therefore, CYP264B1 is a valuable tool for hydrocarbon derivatization. (–)-d-Cadinene and (+)-eremophilene are odorless. The hydroxylations introduced by CYP264B1 mostly erase the sesquiterpene’s odor. Pairs of structurally close substances with different odor qualities could gain high importance for the characterization of human olfactory receptors. In addition, further oxidations of the hydroxyl groups could lead to interesting odorant molecules.