Isolation and characterization of novel natural compounds from Myxobacteria

Abstract

Microbial secondary metabolites are known to be an excellent source for novel therapeutic agents. Among other microorganisms, myxobacteria are continuously providing new biologically active natural compounds with unique structures. Here, chemical screening of these gram-negative bacteria has resulted in the identification of two new structural classes of natural products along with a new derivative of a sponge-derived natural product. In this thesis, isolation, structural elucidation, and biological activity of these new secondary metabolites are presented. New catecholate-type siderophores, hyalachelins A-C, were isolated from the strain belonging to the underexplored species Hyalangium minutum. Their complete 3D structure was obtained by combining the spectroscopic data and quantum mechanical calculations. Iron binding activity of hyalachelins was determined by CAS assay. Moreover, novel polyketides, named cystochromones, were isolated from Cystobacter sp. Cystochromones bear a chromone ring that is substituted by a long aliphatic chain on position C-5 which is not preceded among natural chromones. Additionally, a biosynthetic pathway was proposed on the basis of the results of the feeding experiments. Furthermore, a new derivative of the marine sponge-derived peptide microsclerodermin was isolated from the terrestrial myxobacterium. This result represents the rare example of isolation of same compounds from terrestrial and marine sources.

Mikrobielle Naturstoffe sind bekanntermaßen eine ergiebige Quelle für neue therapeutische Wirkstoffe. Aus Myxobakterien werden fortwährend neue biologisch aktive Naturstoffe mit einzigartigen Strukturen isoliert. Ein chemisches screening dieser Gram-negativen Bakterien resultierte in der Identifizierung von zwei strukturell neuen Klassen von Sekundärmetaboliten und einem neuen Derivat eines bereits bekannten Naturstoffes. In der vorliegenden Arbeit werden die Isolierung, Strukturaufklärung und die biologischen Aktivitäten dieser Substanzen diskutiert. Die Hyacheline A-C, neue Siderophore vom Catecholat-Typ, wurden aus einem Stamm der wenig erforschten myxobakteriellen Spezies Hyalangium minutum isoliert. Die dreidimensionale Struktur der Hyacheline wurde mittels Kombination von spektroskopischen Daten mit quantenmechanischen Berechnungen aufgeklärt, sowie ihr Eisen-Bindungsverhalten anhand von CAS Assays bestimmt. Die Cystochromone wurden aus Extrakten von Cystobacter sp. isoliert. Die chromonartigen Polyketide tragen an Position C-5 des Chromonsystems einen langkettigen aliphatischen Rest. Diese Substitution ist von natürlichen Chromonen bisher nicht bekannt. Auf Basis von Fütterungsexperimenten konnte ein Biosyntheseweg für die Cystochromone vorgeschlagen werden. Weiterhin wurde ein neues Derivat der Mikrosklerodermine aus dem Extrakt eines terrestrischen Myxobakteriums isoliert. Diese Naturstoffe waren bisher aus Meeresschwämmen bekannt und stellen ein Beispiel des selten beschriebenen Falles eines gemeinsamen oder ähnlichen Sekundärmetabolismus von marinen und terrestrischen Mikroorganismen dar.