Heterozyklische Duftstoffe aus Corynebacterium glutamicum, Trichoderma, Fusarium fujikuroi und Geniculosporium und der Beitrag der Monooxigenasen aus Bradyrhizobium japonicum USDA 110 zur Gibberellin Biosynthese

Wickel, Susanne Maren

Im Rahmen dieser Arbeit wurden die Duftstoffprofile eines Bakteriums und Schimmelpilzen mit der CLSA-Methode gesammelt oder mit Lösemittel extrahiert und via GC-MS analysiert. Das Duftstoffprofil von C. glutamicum zeigte Pyrazin- und Acyloinderivate, die über Synthese von Referenzsubstanzen sowie kommerziell erhältlichen Standards nachgewiesen werden konnten. Zur Aufklärung der Biosynthese der verschiedenen Pyrazinderivate wurden Fütterungsexperimente mit isotopenmarkierten Vorläufern durchgeführt, sowie die Duftstoffprofile von Knockout Mutanten des Primärmetabolismus ermittelt. Der Flüssigextrakt von Fusarium fujikuroi zeigte nach Analyse verschiedene Pyridinderivate. Fusarinsäure wurde nach Datenbankvergleich identifiziert und eine neue Syntheseroute entwickelt, die mit einer eisenkatalysierten Kreuzkupplungsreaktion von 2,5-Dichlorpyridin startete. Folgende Carbonylierung und Verseifung lieferte die Säure als Produkt. Die Fütterung von [2-13C]Acetat lieferte eine Einbaurate von 5,8 % in das Decarboxylierungsprodukt 3-Butylpyridin. Die Duftstoffe von Trichoderma viride und T. asperellum stellten sich als 2H-Pyranone mit unterschiedlich langen 6-Alkyl- bzw. 6-Alkenylseitenketten heraus. Die Synthese der 6-Alkyl-2H-pyranone erfolgte mit einer radikalischen Bromierung von delta-Lactonen und Eliminierung von Bromwassertoff. Die 6-Alkenyl-2H-pyranone wurden über einen bereits publizierten Stille Kupplungslactonisierungsansatz erhalten. Hohe Ausbeuten lieferte eine gold-katalytische Kupplung von Propiolsäure mit terminalen Alkinen. Der Endophyt Geniculosporium sp. zeigte hauptsächlich 2-Butyl-3-methylbut-2-enolid, sowie die gesättigten Pendants cis-2-Butyl-3-methylbutanolid und trans-2-Butyl-3-methylbutanolid im Duftstoffprofil. Die Synthese der drei Verbindungen wurde in einem Diels-Alder /retro- Diels-Alder Ansatz durchgeführt. Über eine enantioselektive Diels-Alder-Reaktion konnte die stereoselektive Synthese zu Signalmolekülen aus Streptomyces antibioticus weiterentwickelt werden, wobei enantiomeren angereichertes Lacton mit Aldehyden in hoher Diastereoselektivität alkyliert wurde. Der Biosyntheseweg zu den Gibberellinen aus B. japonicum USDA 110 sollte durch Coexpression der beteiligten Cytochrom P450-Monooxigenasen sowie einer Ferredoxin Reduktase und des Ferredoxins aufgeklärt werden. Es konnten für die drei Monooxigenasen Vektor-Insert-Konstrukte cloniert werden, die nach Induktion mit IPTG, delta-ALA und Fe(II) exprimiert wurden.

In the context of this thesis the volatile profiles of one bacterium and several fungi were investigated by the use of the CLSA-technique or liquid extraction, and analysed by GC-MS. The analysis of the volatile profile of Corynebacterium glutamicum showed a pattern of pyrazine and acyloin derivatives. These compounds were confirmed by comparison of synthesized or commercial available references. The biosynthesis of different pyrazine derivatives was investigated by feeding experiments of isotope labelled precursors or by the determination of volatile profiles of knockout mutants of the primary metabolism. The liquid extract of Fusarium fujikuroi exhibited after analysis several pyridine derivatives. In comparison to available data bases fusaric acid could be identified, and a new synthesis route was developed starting from an iron catalysed cross-coupling reaction of 2,5-dichloropyridine. Following carbonylation and saponification gave the acid. Feeding experiments of [2-13C]acetate yielded into an incorporation rate of 5.8 % in 3-butylpyridine. The volatiles from Trichoderma viride and T. asperellum turned out to be alkyl- and alkenyl-2H-pyrone-2-ones. The synthesis of the alkyl-2H-pyrone-2-ones were carried out with a reported synthetic approach by radical bromination of 5-alkylpent-2-en-5-olides and dehydrobromination. The alkenyl pyrones were synthesised by using a Stille coupling followed by lactonisation. High yields could be obtained by a gold-catalysed coupling of terminal alkynes with propiolic acid to synthesize alkyl- and alkenyl-2H-pyrone-2-ones The endophyte Geniculosporium sp. showed mainly 2-Butyl-3-methylbut-2-enolide, as well as the saturated counterpart cis-2-Butyl-3-methylbutanolide and trans-2-Butyl-3-methylbutanolide. All of the three compounds were synthesised by using a Diels-Alder /retro- Diels-Alder approach. Furthermore, an stereoselective synthesis to two signal molecules from Streptomyces antibioticus was refined by the use of an enantioselective Diels-Alder reaction. As a keystep enantioenriched lactone was alkylated with aldehydes in high diastereoselectivity. The biosynthetic pathway of B. japonicum USDA 110 to the gibberellins should be elucidated by coexpression of the cytochrome P450 monooxygenases as well as ferredoxin-reductase and a ferredoxin. Three monooxygenase vector-insert constructs were cloned and after induction with IPTG, delta-ALA, and Fe(II) expressed.

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Wickel, Susanne Maren: Heterozyklische Duftstoffe aus Corynebacterium glutamicum, Trichoderma, Fusarium fujikuroi und Geniculosporium und der Beitrag der Monooxigenasen aus Bradyrhizobium japonicum USDA 110 zur Gibberellin Biosynthese. 2015.

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