Biochemische Charakterisierung eines neuartigen Biosyntheseweges zu Startermolekülen für die Biogenese von Sekundärstoffen und verzweigtkettigen Fettsäuren in Myxobakterien
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Arbeiten beschäftigten sich mit einer neuartigen Biosyntheseroute zu kurzkettigen Fettsäuren, welche als Startermoleküle für die Biogenese von verzweigtkettigen Fettsäuren und Sekundärstoffen eingesetzt werden. Allgemein wird davon ausgegangen, dass in Bakterien Isovaleriansäure (IVA) und Isobuttersäure (IBA) durch den Abbau von Leucin bzw. Valin entstehen, was durch den Ketosäuredehydrogenase (Bkd)-Komplex katalysiert wird. IVA und IBA dienen in Form der CoA-Ester sowohl als Starter für die Biogenese von Iso-Fettsäuren als auch von Sekundärstoffen (wie den Myxothiazolen oder den Myxalamiden). Wir konnten im Rahmen des laufenden Projektes Gene identifizieren, die an einem alternativen Biosyntheseweg zu IV-CoA beteiligt sind. Dieser Stoffwechselweg, der ein neuartiger Abzweig der Mevalonat-abhängigen Isoprenoid Biosynthese ist, wird in Myxobakterien unter Leucinmangel-Bedingungen aktiviert, wie wir zunächst in Fütterungsexperimenten mit synthetisierten hypothetischen Intermediaten zeigen konnten. Nachfolgend wurden durch Untersuchungen des Proteoms und Transkriptoms unter Hungerbedingungen mögliche Gene des Stoffwechselweges erkannt. Deren Beteiligung am neuen Weg wurde durch Geninaktivierungen bewiesen. Abschließend konnten alle Proteine rekombinant hergestellt und in vitro biochemisch charakterisiert werden. Dabei wurde neuartige Biochemie entdeckt und durch Fehlannotation von Genomsequenzen fälschlich zugewiesene Biochemie korrigiert. Insgesamt konnte ein bislang unbekannter Stoffwechselweg zunächst erkannt, dann postuliert und im Rahmen des Projektes bewiesen werden. Dabei entsteht aus 3-Hydroxy-3-Methyl-Glutaryl-CoA aus dem Mevalonatweg zunächst 3-Methylglutaconyl-CoA, welches zu Dimethylacrylyl-CoA umgesetzt und dann zu Isovaleryl-CoA reduziert wird, so dass eine alternative Route zu diesem Startermolekül der Biosynthese verzweigtkettiger Fettsäuren und von Sekundärstoffen bewiesen ist.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- A Novel Biosynthetic Pathway to Isovaleryl-CoA in Myxobacteria: The Involvement of the Mevalonate Pathway. ChemBioChem, 2005, 6, 322-330
T. Mahmud, S.C. Wenzel, E. Wan, K.W. Wen, H.B. Bode, N. Gaitatzis, R. Müller
- A novel type of geosmin biosynthesis in myxobacteria. J. Org. Chem., 2005, 70, 5174-82
J. S. Dickschat, H.B. Bode, T. Mahmud, R. Müller, S. Schulz
- Biosynthesis and Identification of Volatiles Released by the Myxobacterium Stigmatella aurantiaca. Chembiochem. 2005, 6, 2023-2033
J.S. Dickschat, H.B. Bode, S.C. Wenzel, R. Müller, S. Schulz
- Biosynthesis of iso-fatty acids in myxobacteria. Org. Biomol. Chem., 2005, 3, 2824-31
J. S. Dickschat, H.B. Bode, R. M. Kroppenstedt, R. Müller, S. Schulz
- Biosynthesis of iso-fatty acids in myxobacteria: iso-even fatty acids are derived from α-oxidation of iso-odd fatty acids. J. Am. Chem. Soc., 2005, 127, 532-533
H.B. Bode, J.S. Dickschat, R.M. Kroppenstedt, S. Schulz, R. Müller
- 3-Hydroxy-3-methylglutaryl-coenzyme A (CoA) synthase is involved in the biosynthesis of isovaleryl-CoA in the myxobacterium Myxococcus xanthus during fruiting body formation. J. Bacteriol. 2006, 188, 6524-6528
H.B. Bode, M.W. Ring, G. Schwär, R.M. Kroppenstedt, D. Kaiser, R. Müller
- Biosynthesis of the off-flavor 2-methylisoborneol by the myxobacterium Nannocystis exedens. Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 2007, 46, 8287-90
J.S. Dickschat, T. Nawrath, V. Thiel, B. Kunze, R. Müller, S. Schulz
- Mutasynthesis-derived myxalamids and origin of the isobutyryl-CoA starter unit of myxalamid B. ChemBioChem 2007, 8, 2139-2144
H.B. Bode, P. Meiser, T. Klefisch, N. S. d. J. Cortina, D. Krug, A. Göhring, G. Schwär, T. Mahmud, Y.A. Elnakady, R. Müller
- Identification of (8S,9S,10S)-8,10-dimethyl-1-octalin, a key intermediate in the biosynthesis of geosmin in bacteria. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 430-431
T. Nawrath, J. S. Dickschat, R. Müller, J. Jiang, D. E. Cane, S. Schulz
- Identification of additional players in the alternative biosynthesis pathway to isovaleryl-CoA in the myxobacterium Myxococcus xanthus. ChemBioChem 2009, 10, 128-140
H.B. Bode, M.W. Ring, G. Schwär, M.O. Altmeyer, I.R. Jose, M. Singer, R. Müller
