Biosynthese an der Schnittstelle von Primär- und Sekundärmetabolismus am Beispiel des α-Ketosäure Dehydrogenase Komplex

• Antragsteller: Professor Dr. Helge Björn Bode; Professor Dr. Andriy Luzhetskyy
• Fachliche Zuordnung: Biologische und Biomimetische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 545768238

Viele bakterielle Naturstoffe, wie z.B. der Virulenzfaktor Pepteridin oder das Streptogramin-Antibiotikum Virginiamycin M, nutzen bei der Biosynthese eine Schnittstelle zwischen Primär- und Sekundärstoffwechsel. Dabei stellt der alpha-Ketosäure Dehydrogenase Komplex (KADH) des Primärmetabolismus Bausteine für Multienzym-Komplexe des Sekundärmetabolismus, insbesondere modulare Polyketidsynthasen (PKS) und nicht-ribosomale Peptid Synthetasen (NRPS) zur Verfügung. In einigen Biosynthesen sind Teile des KADH-Komplexes vollständig in diese PKS bzw. NRPS Megasynthasen integriert. Durch welche Sequenzen bzw. mechanistische oder strukturelle Anpassungen diese Integration bezogen auf die ursprünglichen KADH-Komplexe gelungen ist, ist derzeit unbekannt, stellt aber eine wichtige Information dar, um derartige Hybride im Labor durch genetisches Engineering zu erzeugen. Mit dieser Fragestellung beschäftigt sich das Deutsch-Französische Gemeinschaftsprojekt. Insbesondere werden wir (i) mit Hilfe des Genome Mining weitere Biosynthese Gencluster mit integrierten KADH-Komplexen identifizieren, (ii) die entsprechenden Gencluster heterolog exprimieren, um die gebildeten Naturstoffe zu charakterisieren, (iii) die ursprünglichen Enzyme rekonstruieren, um zu verstehen, wie die aktuellen KADH-Komplexe entstanden sind, (iv) mit Hilfe strukturbiologischer Methoden die Integration von KADH-Komplexen in Megaenzyme bezüglich Oligomerisierungsgrad, Stöchiometrie und Interaktion zwischen KADH und PKS bzw. NRPS verstehen und (v) alle so gewonnenen Erkenntnisse nutzen, um entsprechende Naturstoffe mit Hilfe der synthetischen Biologie durch Variation der KADH-Komplexe zu modifizieren. Dieses Projekt ist die Fortsetzung einer Kooperation zwischen drei Partnergruppen und basiert auf der starken und komplementären Expertise aller vier Antragsteller.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Mitverantwortlich: Dr. Georg Hochberg
• Kooperationspartnerinnen: Dr. Yanyan Li; Professorin Kira J. Weissman, Ph.D.