Aufklärung neuartiger Mechanismen in Biosynthesewegen bakterieller Sekundärmetabolite

Bacterial secondary metabolites display enormous structural diversity with astonishing biological activities. This thesis confers new insights into the biosynthesis of the myxobacterial secondary metabolites tubulysins by both in vitro and in vivo experiments, along with the identification and characterization of new structural variants. The cryptic biosynthetic pathway of the aurachins in Stigmatella aurantiaca Sg a15 was elucidated. In vitro experiments revealed an unparalleled priming mechanism for the anthranilate starter unit. In vivo gene inactivation experiments resulted in the identification of the tailoring functionalities responsible for the successive transformations from aurachin D to aurachin A. Another topic of this thesis was the investigation of the biosynthesis of 2-heptyl-4(1H)-quinolone (HHQ), an important quorum sensing molecule in Pseudomonas aeruginosa. In vitro reconstitution of HHQ biosynthesis by employing recombinant PqsD protein has shed light on this enzyme and its substrates, leading to the development of an in vitro test system for the identification of HHQ biosynthesis inhibitors, a promising alternative target in P. aeruginosa therapy. Exploiting the newly sequenced genome of S. aurantiaca Sg a15 a genome mining approach, combining targeted gene inactivation with a statistics based comparative secondary metabolite profile analysis, was adapted and employed. This culminated in the identification and characterization of the rhizopodin biosynthetic gene cluster.Von Bakterien produzierte Sekundärmetabolite weisen enorme strukturelle Diversität und erstaunliche biologische Aktivitäten auf. Diese Arbeit gewährt neue Einblicke in die Biosynthese der myxobakteriellen Sekundärmetabolitfamilie der Tubulysine durch in vitro und in vivo Experimente zusammen mit der Identifizierung und Charakterisierung neuer struktureller Varianten. Die komplizierte Biosynthese der Aurachine in Stigmatella aurantiaca Sg a15 wurde aufgeklärt. In vitro Experimente legten einen einmaligen Mechanismus zur Bereitstellung der Anthranilsäure Startereinheit offen und in vivo Inaktivierungsexperimente resultierten in der Identifizierung der modifizierenden Enzyme, die für die schrittweise Umwandlung von Aurachin D zu Aurachin A verantwortlich sind. Ein weiterer Gegenstand dieser Arbeit war die Untersuchung der Biosynthese von 2 Heptyl-4(1H)-chinolin (HHQ), ein wichtiges Quorum sensing Molekül in Pseudomonas aeruginosa. Die Rekonstruktion der HHQ-Biosynthese in vitro mittels rekombinantem PqsD Protein gab Aufschluss über dieses Enzym und seine Substrate und führte zur Entwicklung eines in vitro Testsystems zur Identifizierung von Inhibitoren der Biosynthese von HHQ, ein vielverspechendes alternatives Angriffsziel für die Therapie von Infektionen mit P. aeruginosa. Das kürzlich sequenzierte Genom von S. aurantiaca Sg a15 wurde für einen „Genome mining“ Ansatz genutzt. Dieser setzt sich zusammen aus der gezielten Inaktivierung bestimmter Gene und einer statistikgestützten vergleichenden Analyse der Sekundärmetabolitprofile. Dadurch konnte der Biosynthesegencluster von Rhizopodin identifiziert und charakterisiert werden