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Activation of secondary metabolism in Streptomyces bacteria by extracts from medicinal plants

Corina Nermuth

Art der Arbeit

Diplomarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Lebenswissenschaften

Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)

Diplomstudium Pharmazie

Betreuer*in

Sergey Zotchev

Mitbetreuer*in

Olga Sekurova

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DOI

10.25365/thesis.71060

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-22368.98962.304999-6

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Die Suche nach natürlichen Heilmitteln gegen humane Krankheiten hat eine lange und auch erfolgreiche Geschichte. Sekundärmetaboliten stammen aus verschiedensten biologischen Quellen und erst durch Antibiotika wurden effektive Behandlungen von Infektionskrankheiten möglich, wodurch ein positiver Lebenswandel erzielt werden konnte. Aber es dauerte nicht lange, bis erste Resistenzen von pathogenen Bakterienstämmen aufgedeckt wurden. Eines der wichtigsten Ziele der Forschung ist sicherlich die Suche nach und Entwicklung von neuen und effektiven Antibiotika. Das Auftreten resistenter Bakterien und häufiges Wiederentdecken bereits bekannter Substanzen zwingen die Wissenschaft, Lösungsansätze für die Entdeckung von neuen und vor allem verbesserten antimikrobiellen Arzneien zu finden. Unter den Aktinomyceten erlangte allen voran die Gattung Streptomyces große Bedeutung bei der Produktion von Sekundärmetaboliten. Neben vielen bekannten Antibiotika sind diese auch Lieferanten vieler anderer Wirkstoffklassen, wie zum Beispiel Insektiziden, Herbiziden, Cholesterinsenkern, Immunsuppressiva und auch Krebstherapeutika. Forscher entdeckten durch Fortschritte in bioinformatischen Analysen von Genomsequenzen das versteckte Potential von Biosynthese Genclustern der Streptomyceten. Viele Gencluster bleiben aber unter normalen Laborbedingungen „still gelegt“. Man nimmt an, dass diese Gencluster innerhalb des natürlichen Lebensraums der Bakterien bestimmte Funktionen aufweisen. Darum arbeiten Forscher an vielen Lösungsansätzen zur Anregung, Aktivierung und Hochregulierung dieser Cluster und den zugehörigen Biosynthesewegen, um die „still gelegten“ Maschinerien auch im Labor anzuregen. Vielleicht könnte dies die Lösung für die Entdeckung neuer Sekundärmetaboliten sein, denn schon kleine Veränderungen der Kulturbedingungen, wie die Manipulation chemischer und physikalischer Bedingungen, aber auch genetische Modifikationen, zeigen dabei großes Potential. In der vorliegenden Arbeit wurde der Effekt von verschiedenen Pflanzenextrakten auf die Produktion von Sekundärmetaboliten der beiden gentechnisch veränderten Bakterienstämme Streptomyces venezuelae JZ2 und Streptomyces noursei NDA59 untersucht. Mit der Hilfe von Wachstumsinhibitionstests und LC-MS Analysen wurden die mit Planzenextrakten getriggerten Bakterienkulturen im Vergleich zu ihren Kontrollen analysiert. Dies zeigte einige vielversprechende Ergebnisse auf und könnte somit eine weitere einfache und kostengünstigere Methode für die Wirkstoffforschung mit gut untersuchten Streptomyceten liefern.

Abstract

(Englisch)

Bioprospecting for natural products as remedies against human diseases has a long and successful history. Secondary metabolites (SMs) derived from natural sources, and especially antibiotics, dramatically increased life expectancies through effective treatments of infectious diseases. However, not long after their introduction to medical practice, first antibiotic resistances in pathogenic bacteria have been discovered. The search for new antibiotics is one of the most important tasks of science today. Frequent re-discovery of antibacterial agents, leading to a lack of novel antibiotic discovery, and the increasing rate of multi-drug-resistant microbes urge the discovery of new and improved antimicrobial drugs. Actinomycetes, especially the genus Streptomyces, belong to the most important producers of SMs. Besides antibiotics, they are sources for many other natural medicinal products, like insecticides, herbicides, antitumor agents, immunosuppressant drugs and also cholesterol-lowering drugs. With progress in genome sequencing, scientists discovered the hidden potential of streptomycetes biosynthetic gene clusters. Most of them remain silent under laboratory conditions but may lead to the discovery of novel natural compounds. Research focuses on a huge variety of methods for activation, induction and upregulation of these cryptic biosynthetic gene clusters and their corresponding biosynthesis pathways, through the manipulation of pleiotropic and pathway-specific regulators. Altering of chemical and physical conditions and genetic modification approaches have shown the huge potential of small changes in culturing. In this project the effect of medicinal plant extracts on the production of SMs by the two well-researched engineered Streptomyces strains, Streptomyces venezuelae JZ2 and Streptomyces noursei NDA59 have been investigated Comparative bio-assays and LC-MS analyses of the two bacterial cultures induced with various plant extracts versus control provided promising results in the change of the chromatographic profiles. This method may prove to be a useful and easy way for drug discovery from even well studied streptomycetes.

Autor*innen

Corina Nermuth

Haupttitel (Englisch)

Activation of secondary metabolism in Streptomyces bacteria by extracts from medicinal plants

Paralleltitel (Deutsch)

Aktivierung des Sekundärmetabolismus in Streptomyceten durch pflanzliche Medizinalextrakte

Publikationsjahr

2022

Umfangsangabe

VII, 102 Seiten : Illustrationen

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Sergey Zotchev

Klassifikationen

42 Biologie > 42.30 Mikrobiologie ,

44 Medizin > 44.41 Pharmazeutische Biologie

AC Nummer

AC16535469

Utheses ID

62028

Studienkennzahl

UA | 449 | | |

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Schlagwörter