Biotechnological production of natural products in entomopathogenic bacteria

  • This work characterizes the post-PKS modifications of AQ-256. Additionally, the second part describes the establishment of an AQ production platform for electrolyte generation that can be utilized in redox-flow-batteries. Lastly, a silent BGC that encodes the genes for terpenoid biosynthesis was described and characterized with regards to product formation and putative ecological function.
  • Photorhabdus ist ein Gram-negativer, fakultativ anaerobischer Vertreter insektenpathogener (entomopathogener) Bakterien. Er besitzt einen komplexen Lebenszyklus in dem er zum einen in einer symbiotischen Phase mit Fadenwürmern (Nematoden) der Gattung Heterorhabditis assoziiert ist und zum anderen eine insektenpathogene Phase durchläuft. In der infektiösen Dauerform (infective juvenile) des Nematoden ist Photorhabdus in seinem Darm lokalisiert, wobei ihm die Cuticula Schutz vor äußeren Einflüssen bietet. Nachdem Heterorhabditis ein im Erdreich lebendes Insekt aufgespürt hat, dringt er in das Insekt durch natürliche Öffnungen oder Tracheen ein. Im nächsten Schritt werden die Bakterien in die Hämolymphe entlassen und beginnen sich schnell zu vermehren. Hierbei wird angenommen, dass der Wechsel von der symbiotischen M-Form zur insektenpathogenen P-Form von Photorhabdus durch insektenspezifische Signalmoleküle eingeleitet wird. Daraufhin produziert Photorhabdus eine Vielzahl von Naturstoffen, die unterschiedlichste Aufgaben erfüllen. Zu diesen Aufgaben zählen unter anderem die Überwindung des Immunsystems des Insekts und die anschließende Tötung. Durch die enzymatische Zersetzung der Beute werden Nährstoffe für die Nematoden und Bakterien bereitgestellt, welche mehrere Entwicklungszyklen durchlaufen. Andere produzierte Naturstoffe weisen biologische Aktivitäten gegenüber konkurrierenden Bodenorganismen wie Pilzen, Protozoen oder Insekten auf und dienen zur Verteidigung des Insektenkadavers und Sicherung der Nahrungsquelle. Schließlich sind einige der produzierten Naturstoffe für die Entwicklung der Nematoden notwendig. Sobald die Nährstoffquelle aufgebraucht ist, re-assoziieren die Bakterien und die Nematoden und das symbiotische Paar bricht aus der Insektenhülle aus und ein neuer Lebenszyklus wird eingeleitet. Während diese mutualistische Beziehung hochspezifisch ist, können die Bakterien eine Vielzahl von verschiedenen Insekten töten, wovon einige Schädlinge der Landwirtschaft darstellen, was sie zu einer potenten Alternative zu Insektiziden macht. Photorhabdus ist ein Gram-negativer, fakultativ anaerobischer Vertreter insektenpathogener (entomopathogener) Bakterien. Er besitzt einen komplexen Lebenszyklus in dem er zum einen in einer symbiotischen Phase mit Fadenwürmern (Nematoden) der Gattung Heterorhabditis assoziiert ist und zum anderen eine insektenpathogene Phase durchläuft. In der infektiösen Dauerform (infective juvenile) des Nematoden ist Photorhabdus in seinem Darm lokalisiert, wobei ihm die Cuticula Schutz vor äußeren Einflüssen bietet. Nachdem Heterorhabditis ein im Erdreich lebendes Insekt aufgespürt hat, dringt er in das Insekt durch natürliche Öffnungen oder Tracheen ein. Im nächsten Schritt werden die Bakterien in die Hämolymphe entlassen und beginnen sich schnell zu vermehren. Hierbei wird angenommen, dass der Wechsel von der symbiotischen M-Form zur insektenpathogenen P-Form von Photorhabdus durch insektenspezifische Signalmoleküle eingeleitet wird. Daraufhin produziert Photorhabdus eine Vielzahl von Naturstoffen, die unterschiedlichste Aufgaben erfüllen. Zu diesen Aufgaben zählen unter anderem die Überwindung des Immunsystems des Insekts und die anschließende Tötung. Durch die enzymatische Zersetzung der Beute werden Nährstoffe für die Nematoden und Bakterien bereitgestellt, welche mehrere Entwicklungszyklen durchlaufen. Andere produzierte Naturstoffe weisen biologische Aktivitäten gegenüber konkurrierenden Bodenorganismen wie Pilzen, Protozoen oder Insekten auf und dienen zur Verteidigung des Insektenkadavers und Sicherung der Nahrungsquelle. Schließlich sind einige der produzierten Naturstoffe für die Entwicklung der Nematoden notwendig. Sobald die Nährstoffquelle aufgebraucht ist, re-assoziieren die Bakterien und die Nematoden und das symbiotische Paar bricht aus der Insektenhülle aus und ein neuer Lebenszyklus wird eingeleitet. Während diese mutualistische Beziehung hochspezifisch ist, können die Bakterien eine Vielzahl von verschiedenen Insekten töten, wovon einige Schädlinge der Landwirtschaft darstellen, was sie zu einer potenten Alternative zu Insektiziden macht. Dieser ausgewöhnliche Lebenszyklus qualifiziert Photorhabdus als Modellorganismus zur Untersuchung von Symbiose und Pathogenität speziell mit Fokus auf die produzierten Naturstoffe. Ein weiterer Vorteil hierbei ist die einfache Kultivierbarkeit bei 30°C in herkömmlichen Nährmedien, was die Untersuchung der Naturstoffe erleichtert. Zusätzlich eignet sich die einfach kultivierbare Insektenlarve der Großen Wachsmotte Galleria mellonella als Modelorganismus, um die Insektenpathogenität von Photorhabdus zu studieren...

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Metadaten
Author:Lukas KrelingGND
URN:urn:nbn:de:hebis:30:3-739145
DOI:https://doi.org/10.21248/gups.73914
Place of publication:Frankfurt am Main
Referee:Helge Björn BodeORCiDGND, Martin GriningerORCiDGND
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of Publication (online):2023/05/23
Year of first Publication:2022
Publishing Institution:Universitätsbibliothek Johann Christian Senckenberg
Granting Institution:Johann Wolfgang Goethe-Universität
Date of final exam:2023/04/21
Release Date:2023/05/23
Page Number:230
HeBIS-PPN:507920708
Institutes:Biowissenschaften
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 57 Biowissenschaften; Biologie / 570 Biowissenschaften; Biologie
Sammlungen:Universitätspublikationen
Sammlung Biologie / Biologische Hochschulschriften (Goethe-Universität)
Licence (German):License LogoDeutsches Urheberrecht