Analoga, Biosynthese und chemische Analytik der mikrobiellen Polyketide Iromycin und Lysolipin

Abstract

Polyketides represent a large substance class with a broad range of activity. Biosynthetically, these natural products are formed by polyketide synthases (PKS) which are classified as three different types (PKS I, II and III). Differences within the polyketides are based on the setup of the biosynthetic enzyme complexes and the structural classes of the biosynthesized polyketides.

The novel structural class of iromycins represent PKS I metabolites. Using the example of Streptomyces bottropensis Dra 17, experiments of precursor directed biosynthesis examined the loading of synthetic new starter units on the iromycin PKS to generate novel derivatives. Preferably, various SNAC esters were synthesized and fed together with L-isoleucine to the growing cultures of strain Dra 17. With these methods it was possible to produce four new derivatives that have been isolated and characterized by NMR spectroscopy.

Another aim of this Ph.D. was to isolate a new metabolite from the biosynthetic gene cluster of lysolipin (a PKS II metabolite) in mg-scale and elucidate its structure by NMR spectroscopy. This substance attracted attention by a red natural color. In this work in addition to a reproducible production in liquid culture also a chromatographic sequence with the corresponding HPLC analytics was developed. The resulting compound is not known in the literature and was named Lysoquinone-TH1. For investigating the biogenesis of this new Lysolipin analog, feeding experiments with 13C acetate were performed. Valuable insights in the lysolipin biosynthesis were obtained. Within the studies to the biological profiling of the pure lysoquinone-TH1, this novel compound especially attracted attention in a biological activity assay.

Polyketide stellen eine große Substanzklasse mit einem breiten Wirkungsspektrum dar. Biosynthetisch werden diese Naturstoffe durch Polyketidsynthasen (PKS) aufgebaut. Es kann zwischen verschiedenen Typen (PKS I, II und III) differenziert werden. Der Unterschied liegt in dem Aufbau des Biosyntheseapparates und den daraus aufgebauten Polyketiden. Die neu eröffnete Substanzfamilie der Iromycine stellt PKS I-Metabolite dar. Am Beispiel des Streptomyces bottropensis Dra 17 wurden im Rahmen der Vorläufer-;dirigierten Biosynthese versucht, neue Starteinheiten auf die für die Iromycin-Bildung verantwortliche PKS zu laden, um neue Derivate zu erzeugen. Dazu wurden verschiedene SNAC-Ester synthetisiert und diese zusammen mit L-Isoleucin im Rahmen der Vorläufer-dirigierten Biosynthese zugefüttert. Mit dieser Methode gelang es, vier neue Derivate zu produzieren, die isoliert und mittels NMR-Spektroskopie charakterisiert wurden. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit war es, ein neues Stoffwechselprodukt auf Grundlage des Biosynthese¬genclusters des Lysolipins (ein PKS II-Metabolit) in mg-Mengen zu isolieren und in seiner Struktur mittels NMR-Spektroskopie aufzuklären. Diese Substanz fiel durch rote Eigenfarbe auf. Im Rahmen dieser Arbeit konnte neben einer reproduzierbaren Produktion aus Flüssigkulturen auch eine Chromatographiesequenz mit der entsprechenden HPLC-Analytik erarbeitet werden. Die erhaltene Verbindung ist bisher nicht bekannt und wurde als Lysochinon-TH1 bezeichnet. Zur Untersuchung der Biogenese des neuen Lysolipin-Analogons wurden Fütterungsexperimente mit 13C-Acetat durchgeführt. So dass wertvolle Einsichten zur Aufklärung der Biosynthese des Lysolipins gewonnen wurden. Im Rahmen des biologischen Profiling des Reinstoffs Lysochinon-TH1 fiel die neuartige Struktur vor allem in biologischen Aktivitätsassays auf.