Molekularbiologische und biochemische Untersuchungen zur Biosynthese der Atmungsketteninhibitoren Myxothiazol und Melithiazol

Weinig, Stefan

Im Rahmen der vorgelegten Dissertation wurden die Biosynthese-Gencluster der Atm ungsketten-Inhibitoren Myxothiazol und Melithiazol, die von verschiedenen Myxoba kterien produziert werden, genetisch und biochemisch analysiert. Das Myxothiazol -Biosynthesegencluster wurde aus Stigmatella aurantiaca DW4/3-1 kloniert und seq uenziert. Die Sequenzanalyse zeigt, dass Myxothiazol durch eine ungewöhnliche Ko mbination mehrerer Polyketidsynthasen und nichtribosomaler Peptidsynthetasen bio synthetisiert wird. Diese enthalten zahlreiche neuartige Domänentypen, die sich gut mit der chemischen Struktur des Myxothiazols korrelieren lassen. Um deren Fu nktion während der Biosynthese zu untersuchen, wurde ein unter Erhalt des Lesera hmens ablaufendes Mutageneseverfahren etabliert. Über den Nachweis veränderter M yxothiazol-Derivate in der Mutante sollte die für die betreffende Proteindomäne postulierte Funktion bestätigt werden. Die Anwendung dieses Verfahrens auf zahlr eiche Gene führte mit einer Ausnahme zu Nullproduzenten. Offensichtlich handelt es sich bei der Myxothiazolsynthetase um ein hochspezialisiertes System, dass ni cht geeignet ist, veränderte Intermediate zu prozessieren. Der zweite Teil der Arbeit beschreibt die Identifizierung und Charakterisierung des Melithiazol-Biosynthesegenclusters aus Melittangium lichenicola Me l46. Meli thiazol ähnelt dem Myxothiazol strukturell, besitzt jedoch interessante Untersch iede. Basierend auf dem Sequenzvergleich mit dem Myxothiazol-Biosynthesegenclust er konnten Hypothesen zur Evolution der beiden Biosynthesen aufgestellt werden. Um die Bildung des Methylesters im Melithiazol zu untersuchen, wurden zwei Prote ine der Melithiazolsynthetase heterolog im Myxothiazolproduzenten exprimiert. Au f diese Weise konnte gezeigt werden, dass die beiden Proteine auch das Säureamid Myxothiazol A in sein Methylesteranalogon das Myxothiazol Z überführen.

The biosynthetic gene clusters of the electron transport inhibitors Myxothiazol and Melithiazol, which are produced by different strains of myxobacteria, were g enetically and biochemically analysed. The Myxothiazol biosynthetic gene cluster was cloned from Stigmatella aurantiaca DW4/3-1. Sequence analysis reveals that Myxothiazol is formed by a unique combi nation of several polyketide synthases and nonribosomal peptide sythetases. Thes e contain several unusual domain types, which correlate with the chemical struct ure. In order to investigate their function during biosynthesis a genetic system for markerless mutagenesis in S. aurantiaca DW4/3-1 was established. Detection of the predicted Myxothiazol derivate in the mutant should prove the postulated function of the altered gene. A series of mutants in the Myxothiazol megasynthet ase were constructed, which do not produce novel Myxothiazol derivates. It is as sumed that the Myxothiazol biosynthetic system does not process changed intermed iates. The second part of the thesis describes identification and characterization of t he Melithiazol biosynthetic gene cluster from Melittangium lichenicola Me l46. M elithiazol is similar to Myxothiazol but shows some remarkable differences. Base d on sequence comparisons suggestions for the evolution of the two biosynthetic pathways were made. In order to investigate the formation of the methylester-structure in Melithiazo l two proteins of the Melithiazolsynthetase were heterologously expressed in the Myxothiazol producer. It could be shown that these proteins could also convert the amide Myxothiazol A into the methyl-ester Myxothiazol Z.

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Weinig, Stefan: Molekularbiologische und biochemische Untersuchungen zur Biosynthese der Atmungsketteninhibitoren Myxothiazol und Melithiazol. 2003.

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