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Combination of classical bioassay-guided and advanced genomics-driven discovery of novel natural products in Actinomycetes

Julia Piekarski

Art der Arbeit

Diplomarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Lebenswissenschaften

Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)

Diplomstudium Pharmazie

Betreuer*in

Sergey Zotchev

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DOI

10.25365/thesis.63118

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-16287.06661.215258-9

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Zwei Actinomycetes-Stämme, Streptomyces noursei und Amycolatopsis sp. YIM10, wurden ausgewählt, um vermeintlich neue Sekundärmetabolite zu isolieren. Dazu wurde eine Kombination aus dem klassischen Bioassay-geführten Ansatz und Genom-Mining eingesetzt. Es ist bekannt, dass Streptomyces noursei ATCC 11455 zusätzlich zu Nystatin eine antimikrobielle Verbindung produziert, die gegen Gram+ Bakterien aktiv ist und ein neues Polyketid sein könnte. Es wurde ein Versuch unternommen, diese Substanz zu isolieren und aufzureinigen. Die MS-Analyse bestätigte das Vorhandensein zahlreicher Makrolide. Zwei bereits registrierte Moleküle (YL 02107Q und CAS 37359-09-4) und möglicherweise neue Metaboliten, die mit dem Antibiotikum YL 02107Q verwandt sind, wurden nachgewiesen. Die Genomsequenzierung ergab eine möglicherweise neue T1PKS, welche von Cluster 14 kodiert wird und für die Produktion von YL 02107Q und verwandten Verbindungen verantwortlich sein könnte. Um dies nachzuweisen, wurde eine insertionale Disruption durchgeführt. Die Analyse des Extrakts des resultierenden Knock-out Mutanten bestätigte das Fehlen antimikrobieller Aktivität in Bioassay-Experimenten. Für Amycolatopsis sp. YIM10 wurde in Streptomyces coelicolor M1154 und Streptomyces albus Del14 eine heterologe Expression von Cluster 5, der für ein vermeintlich neues NRPS kodiert, durchgeführt. Die Fermentation in verschiedenen Medien und die anschließende Analyse der Extrakte mittels analytischer HPLC ergab keine neuen Verbindungen. Basierend auf den Ergebnissen von antiSMASH wurden drei mutmaßliche regulatorische Proteine (gntR, asnR und luxR), die innerhalb von Cluster 5 lokalisiert sind, für die Überexpression ausgewählt. Die Überexpression wurde mit gntR in S. albus Del14, der Cluster 5 beherbergt, erreicht, aber es wurden keine neuen Metaboliten nachgewiesen. Jedoch wurde eine Zunahme der Metabolitenproduktion im rekombinanten Stamm festgestellt.

Abstract

(Englisch)

Two Actinomycetes strains, Streptomyces noursei and Amycolatopsis sp. YIM10, were selected to isolate putative new secondary metabolites. Therefore, a combination of the classical bioassay-guided approach and genome mining was used. Streptomyces noursei ATCC 11455 is known to produce an antimicrobial compound additional to nystatin, which is active against Gram+ bacteria and might be a new polyketide. An attempt was made to isolate and purify this substance. MS analysis confirmed the presence of numerous macrolides. Two already registered molecules (YL 02107Q and CAS 37359-09-4) and potentially new metabolites, related to the antibiotic YL 02107Q, were detected. Genome sequencing revealed a potentially new T1PKS encoded by cluster 14, which might be responsible for the production of YL 02107Q and related compounds. To prove this, an insertional disruption was performed. Analyzing the extract of the resulting knock-out mutant confirmed the absence of antimicrobial activity in bioassay experiments. For Amycolatopsis sp. YIM10, a heterologous expression of cluster 5, which encodes for a putative new NRPS, was performed in Streptomyces coelicolor M1154 and Streptomyces albus Del14. The fermentation in different media and the subsequent analysis of the extracts by analytical HPLC did not yield any new compounds. Based on the results from antiSMASH, three putative regulatory proteins (gntR, asnR and luxR), which are localized within cluster 5, were selected for overexpression. The overexpression was accomplished with gntR in S. albus Del14 harboring cluster 5, but no new metabolites were detected. Nevertheless, an increase of metabolite production was detected in the recombinant strain.

Autor*innen

Julia Piekarski

Haupttitel (Englisch)

Combination of classical bioassay-guided and advanced genomics-driven discovery of novel natural products in Actinomycetes

Paralleltitel (Deutsch)

Kombination aus klassischer Bioassay-geführter und fortgeschrittener Genomik-getriebener Entdeckung neuer natürlicher Produkte in Actinomyceten

Publikationsjahr

2020

Umfangsangabe

iv, 111 Seiten

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Sergey Zotchev

Klassifikation

30 Naturwissenschaften allgemein > 30.30 Naturwissenschaften in Beziehung zu anderen Fachgebieten

AC Nummer

AC16143211

Utheses ID

55987

Studienkennzahl

UA | 449 | | |

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