Isolation and characterization from novel actinobacteria and myxobacteria especially from marine habitats

Landwehr, Wiebke

This thesis is divided into 5 parts. The first part is dedicated to the isolation of marine myxobacteria from the “Marine Myxobacteria Cluster” (MMC). Therefore surface sediment was sampled from the Wadden Sea from northern Germany, the specific sequence for marine myxobacteria (MMC) was detected via specific PCR and diverse isolation approaches were started. Finally, 12 halotolerant Myxococcus strains were isolated which were closely related to terrestrial strains and do not harbour the MMC sequence. From these strains no new bioactive secondary metabolites could be detected. Two parts focus on the taxonomical analysis as well as the screening for novel bioactive secondary metabolites from marine actinobacteria. These were isolated from living marine sponges or sediment from Guam and the rhizosphere sediment from mangrove plants from India. Taxonomically, strains ICN19 and 21 seemed to present a new species. For the screening of novel secondary metabolites a new multi resistant test panel could be established, consisting of Gram - positive and -negative bacteria as well as fungi including same multi resistant clinical relevant strains like methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA), vancomycin-resistant Enterococcus faecium (VREF) and different antibiotic resistant E .coli strains. Rakicidins A, B and E as well as the anthraqiunones aloesaponarin II and 5-hydroxyaloesaponarin II were isolated. All five compounds exhibited bioactivity against Gram-positive bacteria, including the MRSA and VREF strains, which was never described before. Furthermore, 5-hydroxyaloesaponarin II was described to be produced by a bacterial wild type strain for the first time. Moreover the bioactive compound staurosporine was isolated from the marine Streptomyces strain ICN21. Out of deep sea samples from the North Atlantic Ocean 4 marine Streptomyces strains were isolated. Using 16S rRNA PCR, MALDI-TOF, RiboPrinter® and DNA-DNA analyses as well as physiological and morphological approaches, the strain ASO4 wet was described as a new species. In the last part of this thesis strain Streptomyces davawensis (roseoflavin producer) and the cinnabaramid producer JS360 were characterized by polyphasic taxonomy and identified as novel species of the genus Streptomyces.

Diese Arbeit ist in fünf Teile gegliedert. Der erste Teil beschäftigt sich mit der Isolierung von marinen Myxobakterien aus dem „Marinen Myxobakterien Cluster“ (MMC). Hierzu wurde Oberflächensediment vom Wattenmeer (Norddeutschland) beprobt, die MMC-Sequenz durch eine spezifische PCR detektiert und diverse Isolationsansätze gestartet. Letztendlich konnten 12 halotolerante Myxococcus Stämme isoliert werden. Diese Stämme waren phylogenetisch eng verwandt mit terrestrischen Myxobakterien. Die MMC-Sequenz konnte in keinem der Bakteriengenome detektiert werden. Zwei Teile der Arbeit fokussieren die taxonomische Analyse und das Screening für neue bioaktive Sekundärmetabolite von marinen Actinobakterien. Diese Bakterien wurden von lebenden marinen Schwämmen bzw. marinem Sediment aus Guam und vom rhizophären Sediment von Mangroven Pflanzen in Indien isoliert. Aus taxonomischer Sicht, sind die Stämme ICN 19 und ICN 21 wahrscheinlich neue Arten. Für das Screening von neuen Sekundärmetaboliten wurde ein Test-Panel aus zum Teil multiresistenten Bakterien etabliert. Dieses Panel besteht aus verschiedenen Grampositiven und –negativen Bakterien sowie Pilzen und beinhaltet zusätzlich einige multiresistente, klinisch relevante Bakterienstämme wie einen Methicillin-resistenten Staphylococcus aureus (MRSA), einen Vancomycin-resistenten Enterococcus faecium (VREF) und verschiedene Antibiotika-resistente E .coli Stämme. Im Laufe dieser Arbeite konnten die Substanzen Rakicidin A, B und E sowie die Anthraqiunone Aloesaponarin II and 5-hydroxyaloesaponarin II isoliert werden. Alle fünf Substanzen zeigten eine Bioaktivität gegen Grampositive Bakterien inklusive dem MRSA und VREF Stamm. Diese Aktivitäten wurden zuvor noch nie beschrieben. Außerdem wurde in dieser Arbeit die Produktion der Substanz 5-hydroxyaloesaponarin II erstmalig von einem bakteriellen Wildtyp-Stamm beschrieben und das bioaktive Staurosporin von einem marinen Streptomyceten (ICN 21) isoliert. Im vierten Teil der Arbeit konnten aus Tiefseeproben aus dem Nordatlantischen Ozean vier marine Streptomyceten Stämme isoliert werden. Mit der Hilfe von 16S rRNA PCR, MALDI-TOF, RiboPrinter® und DNA-DNA Analysen sowie physiologischen und morphologischen Untersuchungen konnte der Stamm ASO4 wet als neue Art beschrieben werden. Im letzten Teil wurden die Streptomyceten Stämme S. davawensis (Produzent vom Roseoflavin) und der Cinnabaramid-Produzent JS360 durch polyphasische Taxonomie charakterisiert und als neue Arten der Gattung Streptomyces identifiziert.

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Landwehr, Wiebke: Isolation and characterization from novel actinobacteria and myxobacteria especially from marine habitats. 2017.

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