Xenocoumacin biosynthesis in Xenorhabdus nematophila and regulation of secondary metabolism in entomophathogenic bacteria

• Antragsteller: Professor Dr. Helge Björn Bode
• Fachliche Zuordnung: Biologische und Biomimetische Chemie
• Förderung: Förderung von 2008 bis 2013
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 59922156

Insektenpathogene Bakterien der Gattungen Photorhabdus und Xenorhabdus haben sich in den letzten Jahren als ergiebige Quelle für neue Naturstoffe herausgestellt, deren Struktur und Biosynthese oft noch unbekannt ist. In diesem Projekt soll die Biosynthese von vier Naturstoffklassen aus Xenorhabdus untersucht werden: 1. In der Biosynthese des Antibiotikums Xenocoumacin wird die biologisch aktive Verbindung erst durch eine Membran-gebundene Peptidase aus einer inaktiven Vorstufe erzeugt. Es handelt sich hierbei um einen prodrug-Aktivierungsmechanismus, der weit verbreitet, aber bisher kaum untersucht ist. Im Rahmen dieses Projektes soll die Spezifität der Peptidase XcnG anhand von synthetisch hergestellten vereinfachten Derivaten des Prexenocoumacins untersucht werden. Zudem soll ein Naturstoff aus X. bovienii, der über den gleichen Mechanismus aktiviert wird, untersucht werden.2. Die chemische Analyse zahlreicher Xenorhabdus Stämme zeigen, dass die zytotoxischen Phenylethylamide und die antibiotisch wirksamen Xenorhabdine fast immer zusammen auftreten, obwohl sie strukturell sehr unterschiedlich sind. Daher liegt die Vermutung nahe, dass ihre Biosynthesen gekoppelt sind. Um dies zu untersuchen, sollen die Xenorhabdine heterolog in E. coli produziert werden sowie einzelne Enzyme aus der Xenorhabdin Biosynthese auf die Bildung von Phenylethylamiden hin untersucht werden.3. Nematophin ist eine strukturell sehr einfache Substanz mit guter antibiotischer Aktivität deren Biosynthese noch unbekannt ist. Da bisher alle klassischen Methoden zur Identifizierung des Biosynthesegenclusters fehlgeschlagen sind, soll nun mit Methoden der chemischen Biologie versucht werden, die Biosynthese-Enzyme selbst zu finden. Dazu werden alle Acylcarrierproteine in vitro so funktionalisiert, dass sie sowohl optisch als auch massenspektroskopisch identifiziert werden können. Ist das beteiligte Enzym identifiziert, soll es heterolog in E. coli produziert und charakterisiert werden.4. Die wohl häufigste Substanzklasse in Xenorhabdus stellen die Rhabdopeptide dar, die insektizid bzw. cytotoxisch wirken. Für diese Substanzen soll untersucht werden, ob und wie einzelne Proteine in der Biosynthese iterativ genutzt werden, was ausgehend von den Strukturen der Rhabdopetide erwartet wird. Dazu werden die beteiligten Proteine heterolog in E. coli produziert und in vivo bzw. in vitro auf die Bildung der Rhabdopeptide bzw. der möglichen Proteinkomplexe hin analysiert. Zusätzlich sollen Proteindomänen, die vermutlich für die Interaktion der Proteine verantwortlich sind identifiziert und ausgetauscht werden. Dies soll auch mit Kondensationsdomänen geschehen, die die unterschiedlichen Substrate an den Enzymen miteinander verknüpfen. Mutationen in den DNA-Fragmenten, die für Methyltransferase Domänen der beteiligten Enzyme kodieren sollen verändert werden. Auf diese Weise ergibt sich ein vollständiges Bild der komplexen Protein-Interaktionen in der Rhabdopeptid Biosynthese.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen