Untersuchungen zum genetischen Potential der Sekundärstoffbildung von Sorangium cellulosum So ce90 und Identifizierung des Spirangienbiosynthesegenclusters

Knauber, Jens Michael

Myxobakterien sind gram-negative, ubiquitär vorkommende Bodenbakterien. Inzwischen wurden sie als reiche Quelle für bioaktive Naturstoffe beschrieben. Aus dem Myxobakterium Sorangium cellulosum So ce90 konnten bisher zwei aktive Naturstoffe isoliert werden. Die Epothilone und die Spirangiene. Diese werden von Multienzymkomplexen biosynthetisiert, den Polyketidsynthasen (PKS) und den nicht-ribosomalen Peptidsynthetasen (NRPS). Im Verlauf dieser Arbeit konnten acht unabhängige Genloci identifiziert werden, die für PKS und/oder NRPS kodieren, darunter das Epothilon- und das Spirangienbiosynthesegencluster. Die Funktion der restlichen Genloci ist unbekannt. Durch Geninaktivierungsexperimente, die mit dem mobilisierbaren Vektor pSUPHyg und Hygromycin B als Selektionsmarker durchgeführt wurden, konnte eine sequenzierte Genregion von 48 kb als Teil des Spirangienbiosynthsegenclusters identifiziert werden. Das Gen spiL, welches eine Cytochrom P450 abhängige Monooxygenase kodiert, konnte ebenfalls in seiner Funktion charakterisiert werden. An der Regulation der Biosynthese beteiligt ist das Genprodukt von spiZ, das Ähnlichkeit zu Sigma-Faktoren der ECF-Familie zeigt. Sequenzwiederhohlungen innerhalb des Spirangienbiosynthesegenclusters lassen auf eine Evolution durch Duplizierung modulkodierender DNA-Bereiche schließen.

Myxobacteria are gram-negative ubiquitous soil bacteria. There are also prominent as a rich source of bioactive natural compounds. The myxobacterium Sorangium cellulosum So ce90 produces Epothilones and the Spirangienes. They are biosynthesised by multi-enzyme complexes, called polyketidesynthases (PKS) and non-ribosomal polypeptidesynthetases (NRPS). During this research eight independent gene loci coding for PKS and/or NRPS where identified, including the biosynthetic gene clusters for the production of Epothilone and Spirangiene. The function of the other six gene loci is yet unknown. Gene inactivation experiments, using a mobiliziable vector pSUPHyg and the selection marker Hygromycin B where used to identify a part of the genes of the spirangiensynthase, a sequenzed region of about 48 kb. A gene, named spiL, which encodes a cytochrome P450 monooxygenase, was also characterized by inactivaiton, and further spiZ, that, as protein, shows high similarity to the ecf-sigma-factors. Long DNA parts within the genes coding for spirangiensynthase, where shown to be direct repeats and gave rise to the consumption of the evolutionary progress in the development of the genes by duplication processes.

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Knauber, Jens Michael: Untersuchungen zum genetischen Potential der Sekundärstoffbildung von Sorangium cellulosum So ce90 und Identifizierung des Spirangienbiosynthesegenclusters. 2004.

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