Flüssigkeitschromatograph / Massenspektrometer
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In den Berichtszeitraum fallen Ergebnisse aus der Forschung an bioaktiven mikrobiellen Naturstoffen, hauptsächlich aus Ständerpilzen (Basidiomyceten). Zu diesen Ergebnissen hat der Chromatograph mit Massenspektrometer wesentlich beigetragen. Dabei war das Instrument in Einzelprojekten eingesetzt, jedoch auch erheblich frequentiert durch Verbundforschung (SFB 1127 ChemBioSys, Exzellenzgraduiertenschule Jena School for Microbial Communication). Ein Schwerpunkt waren Biosyntheseenzyme mit modularem Aufbau (Peptidsynthetasen, adenylierende Reduktasen, Chinonsynthetasen). Hier diente das Instrument in der biochemischen Charakterisierung der Enzyme und ihrer Produkte. Ein weiterer Schwerpunkt waren biochemische Grundlagen des Sekundärmetabolismus, das Auffinden neuer Naturstoffe, sowie chemisch-ökologische Aspekte. Hervorzuhebende Ergebnisse sind i) die Entdeckung einer Fumaryltyrosin bildenden Peptidsynthetase im Humanpathogen Aspergillus fumigatus. Weder der Metabolit noch die Funktion dieses Enzyms waren zuvor bekannt, ii) die Entdeckung einer neuen Klasse pilzlicher adenylierender Reduktasen, die modellhaft am Enzym NPS1 aus dem Wachsporling Ceriporiopsis subvermispora untersucht wurde, sowie iii) die Entdeckung des Metaboliten der Siderophorsynthetase NPS2, ebenfalls aus C. subvermispora. NPS2 hat Modellcharakter und ist wahrscheinlich die am weitesten verbreitete Peptidsynthetase der Basidiomyceten. Die Chinonsynthetase NPS3 aus dem Hausschwamm Serpula lacrymans ist ein Schlüsselenzym bei der Interaktion mit anderen Mikroorganismen, da es das zentrale Vorläufermolekül (Atromentin) für motilitätshemmende Stoffe (Pulvinsäurederivate) bildet. Das Instrument wurde eingesetzt, um diese Verbindungen zu detektieren. Aus dem pflanzenpathogenen Bakterium Ralstonia solanacearum wurde das Lipopeptid Ralsolamycin isoliert und strukturaufgeklärt. Das Instrument war wichtig bei der Analyse von Rohextrakten und Fraktionen während der Aufreinigung, jedoch auch bei der Bestimmung der absoluten Konfiguration mittels Derivatisierung von Hydrolyseprodukten. Psilocybin ist ein Halluzinogen und wird als potentielles Medikament gegen Depressionen derzeit in fortgeschrittenen klinischen Studien getestet. Die Biosynthese für Psilocybin wurde aufgeklärt. Dabei spielte das Instrument bei der Charakterisierung der Enzyme und deren enzymatischer Produkte eine essentielle Rolle. Neue Psilocybin-Strukturanaloga wurden identifiziert oder mittels Biokatalyse hergestellt. Hier leistete das Instrument einen unverzichtbaren Beitrag, um diese Verbindungen zu identifizieren. Aus dem taxonomisch unbestimmten, aber den Schichtpilzen (Stereaceae) zugehörigen Pilz BY1 wurden stark antilarval wirksame polyketidische Polyene isoliert, welche als Antwort auf Verletzung des Mycels gebildet werden. Deren Biosynthese wurde in Aspergillus rekonstituiert. Auch hier war das Instrument wichtig, um diese Verbindungen zu identifizieren. Aus dem gleichen Pilz wurden (basierend auf LC/MS-Analysen auf diesem Instrument) neue Naturstoffe isoliert, die Derivate des Vibralactons und des Fomannoxins sind, darunter ein für Naturstoffe sehr ungewöhnlicher 2-Methylpropenylether. Der Hallimasch Armillaria mellea bildet antibiotisch und phytotoxische Verbindungen, die Melleolide. Die Biosynthese umfasst auch eine Chlorierung, deren enzymatische Grundlage untersucht wurde. Einzigartig ist, dass diese Chlorierung fünffach redundant abgesichert ist. Das Instrument diente der Bestimmung der enzymatischen Produkte, insbesondere bei der Detektion von Isotopenmustern mit Chlor 35/37 sowie für Brom 79/81 bei der biokatalytischen Erzeugung eines natürlicherweise nicht vorkommenden bromierten Melleolids.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- A fivefold parallelized biosynthetic process secures chlorination of Armillaria mellea (honey mushroom) toxins. Appl Environ Microbiol 82, 1196-1204 (2016)
Wick J, Heine D, Lackner G, Misiek M, Tauber J, Jagusch H, Hertweck C, Hoffmeister D
(Siehe online unter https://doi.org/10.1128/AEM.03168-15) - Bacteria induce pigment formation in the basidiomycete Serpula lacrymans. Environ Microbiol 18, 5218-5227 (2016)
Tauber J, Schroeckh V, Shelest, E, Brakhage AA, Hoffmeister D
(Siehe online unter https://doi.org/10.1111/1462-2920.13558) - Unexpected metabolic versatility in a combined fungal fomannoxin/vibralactone biosynthesis. J Nat Prod 79, 1407-1414 (2016)
Schwenk D, Brandt P, Blanchette R, Nett M, Hoffmeister D
(Siehe online unter https://doi.org/10.1021/acs.jnatprod.6b00147) - A highly conserved basidiomycete peptide synthetase produces a trimeric hydroxamate siderophore. Appl Environ Microbiol 83, e01478-17 (2017)
Brandenburger E., Gressler M, Leonhardt R, Lackner G, Habel A, Hertweck C, Brock M, Hoffmeister D
(Siehe online unter https://doi.org/10.1128/AEM.01478-17) - Enzymatic synthesis of psilocybin. Angew Chem Intl Ed 56, 12352-12355 (2017)
Fricke J, Blei F, Hoffmeister D
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/anie.201705489) - Identification of ω-N-methyl-4- hydroxytryptamine (Norpsilocin) as a Psilocybe natural product. J Nat Prod 80, 2835-2838 (2017)
Lenz C, Wick J, Hoffmeister D
(Siehe online unter https://doi.org/10.1021/acs.jnatprod.7b00407) - Induced chemical defense of a mushroom by a double bond-shifting polyene synthase. Angew Chem Intl Ed 56, 5937-5941 (2017)
Brandt P, Garcia-Altares M, Nett M, Hertweck C, Hoffmeister D
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/anie.201700767) - Structure of ralsolamycin, the inter-kingdom morphogen of the crop plant pathogen Ralstonia solanacearum GMI1000. Org Lett 19, 4868-4871 (2017)
Baldeweg F, Kage H, Schieferdecker S, Allen C, Hoffmeister D, Nett M
(Siehe online unter https://doi.org/10.1021/acs.orglett.7b02329) - Biocatalytic synthesis of psilocybin and derivatives in tryptophan synthase-enhanced reactions. Chem Eur J 24, 10028-10031(2018)
Blei F, Baldeweg F, Fricke J, Hoffmeister D
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/chem.201801047) - Iterative L-tryptophan methylation in Psilocybe evolved by sub-domain duplication. ChemBioChem 19, 2160-2166 (2018)
Blei F, Fricke J, Wick J, Slot JC, Hoffmeister D
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/cbic.201800336)
