Metabolic and genomic profiling of actinobacteria strains : from new natural products to biosynthetic pathways

Abstract

Marine actinomycetes are known to be a promising source for new natural products with putative application as therapeutic agents. Thus, the exploitation of novel discovered actinomycetes strains remains in the focus of NP research. The presented thesis deals on the one hand with the isolation and structural characterization of new NPs produced by streptomycetes species. On the other hand, the construction of a novel biosensor concept for the detection of secondary metabolite production is discussed. New spiroindimicins E and F were isolated from the Streptomyces sp. MP131-18 and structures were confirmed by NMR. Additionally, two new lagunapyrones D and E were identified by characteristic MS/MS fragmentation. The genome of MP131-18 has been sequenced and the gene cluster, responsible for the synthesis of bisindole compounds has been identified and connected to lynamicins/spiroindimicin production. Furthermore, four new alpiniamides B-D have been isolated from the Streptomyces sp. IB 2014/11-12. The sequenced genome enabled the identification of the gene cluster responsible for alpiniamide production. The predicted biosynthetic pathway was confirmed by feeding experiments and gene deletions in a heterologous host. Finally, a contribution to the construction of a repressor-based biosensor, which detects the products of awakened silent gene clusters in streptomycetes, has been made. This concept was successfully applied to the activated coelimycin gene cluster.

Marine Aktinomyceten stellen eine beliebte Quelle neuer Naturstoffe dar, welche unter Umständen Anwendung als therapeutische Arzneimittel finden. Daher steht die Untersuchung neuer Aktinomyceten Stämme im Fokus der Naturstoffforschung. Die dargelegte Arbeit handelt von der Isolierung und strukturellen Charakterisierung neuer Naturstoffe, welche von Streptomyceten produziert wurden. Desweiteren, wird die Konstruktion eines neuen Biosensors dargestellt, welcher die Produktion von Sekundärmetaboliten detektieren soll. Es wurden zwei neue spiroindimicine E und F aus der Streptomyces sp. MP131-18 isoliert und die chemische Struktur mittels NMR bestätigt. Das Genom von MP131-18 wurde sequenziert und der Gencluster, welcher verantwortlich ist für die Synthese der Bisindole-Substanzen identifiziert und den Lynamicinen/Spiroindmicinen zugeordnet. Weiterhin, wurden vier neue Alpiniamide B-D aus dem Stamm Streptomyces sp. IB 2014/11-12 isoliert. Das sequenzierte Genom ermöglichte die Identifizierung des Genclusters, welcher für die Alpiniamide Produktion verantwortlich ist. Die vorgeschlagene Biosyntheseroute wurde bestätigt durch Fütterungsexperimente und Gendeletierungen in einem Hostorganismus. Abschließend wurde ein Beitrag zur Konstruktion eines Repressor-basierender Biosensors geleistet, welcher die Aktivierung von zuvor inaktiven Gencluster in Streptomyceten detektieren soll. Dieses Konzept wurde erfolgreich an dem aktivierten Coelimycin Gencluster angewendet.