NMR-based Structure Elucidation of Lipopeptides and their Molecular Interaction with Targets

Abstract

Die Dissertation ist gesperrt bis zum 04. Februar 2026 !

Lipopeptide bilden eine strukturell vielfältige Gruppe von Sekundärmetaboliten, die unter anderem von einer Vielzahl von Bakterien produziert werden. Diese beträchtliche strukturelle Vielfalt der Lipopeptide zeigt sich ebenfalls in ihren unterschiedlichen natürlichen Funktionen wie zum Beispiel antibakterieller Wirkungen, Biofilmbildung oder pathogene Wechselwirkungen mit Pflanzen. Mit Hilfe von Genome Mining konnten lineare Lipopeptide wie die bekannten Cichofactine A und B sowie noch unbekannte Derivate in Pseudomonas viridiflava Stämmen gefunden und isoliert werden. Die Strukturen der bekannten Verbindungen Cichofactin A und B konnten durch NMR und HR-MS Experimente bestätigt werden. Um die neuen Derivate besser untersuchen zu können, wurde das verwendete Medium sowohl mit Pflanzenextrakten, oder verschiedenen Aminosäuren angereichert um somit die Produktion der Derivate zu steigern. Auf diese Art und Weise war möglich die Biosynthese der Derivate deutlich zu steigern, wodurch die Verbindungen in ausreichender Menge erhalten werden konnten, um eine vollständige Strukturanalyse mittels ein- und zweidimensionalen NMR und HR-MS Experimenten durchzuführen. Eine weitere Gruppe natürlich vorkommender Lipopeptide bilden die guanidinhaltigen Lipopeptid-Antibiotika, zu denen Empedopeptin, Plusbacin und Tripropeptin gehören. Trotz ihrer großen strukturellen Ähnlichkeit weisen diese zyklischen Lipopeptide erhebliche Unterschiede in ihrer Wirksamkeit auf. Frühere Studien zeigten bereits, dass Empedopeptin den Zellwandbaustein Lipid II als sein primäres Target bindet. Zur Identifikation der Lösungsstruktur der zyklischen Lipopeptide mit einer Lipid II Variante mittels NMR-Experimenten, war ein vollständig 15N-markiertes Lipopeptid erforderlich, das durch Kultivierung in einem 15N-angereichertem Medium hergestellt wurde. Die erste Analyse der Interaktionsstudie von 15N-markiertem Empedopeptin mit 3-Lipid II führte zu einem besseren Verständnis bezüglich der Target-Interaktion auf molekularer Ebene.