Detailansicht

Investigation into secondary metabolite biosynthesis by the bacteria Paenibacillus ssp. from Dendrobenia fruticosa and Crisia eburnea
Andrea Scheibenreif
Art der Arbeit
Diplomarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Diplomstudium Pharmazie
Betreuer*in
Sergey B. Zotchev
Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-16407.59367.556261-1
Link zu u:search
(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract
(Deutsch)
Sekundärmetabolite (SM) sind ein permanentes Thema in der mikrobiologischen Forschung. Sie sind eine vielversprechende Quelle für neue pharmazeutisch nutzbare Substanzen, wie beispielsweise Antibiotika. Als Quellen für SM können Tiere, Pflanzen und Mikroorganismen (Bakterien und Pilze) verwendet werden. Paenibacillus wurde in früheren Studien als eine Lipopeptid-produzierende Bakteriengattung identifiziert. Polymyxine, cyclische Lipopeptidantibiotika, die aus diesen Bakterien isoliert und erstmals 1947 entdeckt wurden, werden immer noch unter dem Namen Colistin (Polymyxin E) in der Medizin verwendet. In der aktuellen Studie wurden Vertreter dieser Bakteriengattung auf die Produktion von Verbindungen mit antimikrobiellen Aktivitäten untersucht. Die verwendeten Paenibacillus-Stämme waren Isolate von zwei verschiedenen Bryozoa Arten, die den marinen Invertebraten zugehören. Diese Meeresumwelt ist eine kaum erforschte Quelle für neue Substanzen wie Antibiotika. Die Suche nach neuen Antibiotika ist notwendig, um gegen resistente Bakterien zu kämpfen. Um die Frage zu beantworten, ob die drei ausgewählten Paenibacillus-Isolate Antibiotika produzieren können, wurde eine Screening-Methode verwendet. In diesem Fall wurde die Fermentation in flüssigen Medien und die Extraktion mit einem Lösungsmittelgemisch durchgeführt. In Bezug auf ihre ursprüngliche Umgebung erfolgte ein zusätzliches Screening unter Zugabe von Meerwasser. Um das volle Potenzial der drei Stämme auszuschöpfen, wurden zwölf verschiedene Kultivierungsmedien, mit und ohne Meerwasser, gescreent und Proben zu drei verschiedenen Kultivierungszeiten entnommen. Antibiotisch aktive Rohextrakte aller drei Stämme, im gleichen Medium kultiviert, wurden durch Bioassay identifiziert. Nach der Fraktionierung unter Verwendung von HPLC und HR-MS bestand der Fokus auf den Hauptpeaks der aktiven Fraktionen. Die chemischen Summenformeln für die vermeintlichen aktiven Verbindungen wurden, unter Verwendung des auf exakten Massen basierenden SmartFormula-Algorithmus, bestimmt. In der Datenbank „Dictionary of Natural Products“ (DNP) wurden nach vermuteten Formeln gesucht und mehrere potenzielle Treffer identifiziert, die noch durch NMR-Analyse einzelner gereinigter Substanzen bestätigt werden müssen. Als zweite Strategie zur Untersuchung des SM-Produktionspotentials der Paenibacillus-Isolate wurde die Sequenzierung und Analyse des gesamten Genoms durchgeführt. 15 bis 19 mögliche biosynthetische Gencluster wurden pro Isolat identifiziert, von denen einige für potentiell neue SM kodieren. Diese Ergebnisse zeigen das ungenutzte Potential von Paenibacillus sp. Für die Produktion neuer SMs müssen noch weitere Experimente durchgeführt werden, um stille biosynthetische Gencluster zu aktivieren und die Strukturen der produzierten Verbindungen aufzuklären.
Abstract
(Englisch)
Secondary metabolites (SM) are a persistent topic in microbiology research. They are a promising source for new pharmaceutically used substances, as for example antibiotics. As sources of SM, animals, plants and microorganisms (bacteria and fungi) can be used. Paenibacillus was found to be a lipopeptides-producing bacterial genus in previous studies. Polymyxins, cyclic lipopeptide antibiotics isolated from these bacteria, were discovered in 1947, and are still used in medicine under the name colistin (Polymyxin E). In the current study, representatives of this bacterial genus were screened for production of compounds with anti-microbial activities. The Paenibacillus strains used were isolates from two different Bryozoa, the marine invertebrates. This marine environment is a barely explored origin for new substances such as antibiotics. The search for new antibiotics is necessary to fight against resistant bacteria. To answer the question, if three Paenibacillus isolates can produce antibiotics, a screening method was used. In this case fermentation in liquid media and extraction with a mixture of solvents was performed. Regarding to their original environment an additional screening with the addition of sea water was tested. To tap the full potential of the three strains twelve various cultivation media, with and without sea water, were screened and samples were taken at three different cultivation times. Antibiotically active crude extracts of all three strains in one media were identified through Bioassay, and after fractionation analyzed by using HPLC and HR-MS focused on the main peaks of the active fractions. The sum chemical formulae for the presumed active compounds were determined by using SmartFormula algorithm based on exact masses. Putative formulae were searched within the Dictionary of Natural Products database (DNP), and several potential hits were identified, which still need to be confirmed by NMR analysis of single purified substances. As the second strategy to explore the SM production potential of the Paenibacillus isolates, whole genome sequencing and analysis were done. 15 to 19 possible biosynthetic gene clusters were identified per isolate, some of them encoding for potentially new SMs. These results show the untapped potential of Paenibacillus sp. to produce new SMs and further experiments have to be performed to activate silent biosynthetic gene clusters and to elucidate the structures of the produced compounds.

Schlagwörter

Schlagwörter
(Englisch)
Paenibacillus secondary metabolites Bryozoa antibiotics
Schlagwörter
(Deutsch)
Paenibacillus Sekundärmetaboliten Bryozoa Antibiotika
Autor*innen
Andrea Scheibenreif
Haupttitel (Englisch)
Investigation into secondary metabolite biosynthesis by the bacteria Paenibacillus ssp. from Dendrobenia fruticosa and Crisia eburnea
Paralleltitel (Deutsch)
Untersuchung der Biosynthese von Sekundärmetaboliten durch die Bakterien Paenibacillus ssp. von Dendrobenia fruticosa und Crisia eburnea
Publikationsjahr
2018
Umfangsangabe
79 Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Sergey B. Zotchev
Klassifikationen
42 Biologie > 42.30 Mikrobiologie ,
44 Medizin > 44.40 Pharmazie, Pharmazeutika ,
44 Medizin > 44.41 Pharmazeutische Biologie
AC Nummer
AC15010050
Utheses ID
45200
Studienkennzahl
UA | 449 | | |
Universität Wien, Universitätsbibliothek, 1010 Wien, Universitätsring 1