Detailansicht
Biotransformation of aromatic compounds by recombinant bacteria, expressing prenyltransferases
Nicole Schranzer
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Pharmazie
Betreuer*in
Sergey B. Zotchev
DOI
10.25365/thesis.73789
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-13513.48373.186046-9
Link zu u:search
(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die ständige Zunahme an bakteriellen Resistenzen stellt mittlerweile eine globale Gefahr dar, die es zu bekämpfen gilt. Nachdem die Forschung & Entwicklung neuer Antibiotika einige Jahrzehnte lang stagnierte, nimmt sie zum Glück in den letzten Jahren wieder an Fahrt auf. Dabei dienen natürliche Quellen wie Pflanzen, Pilze und Bakterien, speziell Streptomyces sp. weiterhin als wertvolle Ausgangspunkte. Vielversprechende biosynthetische Gencluster (BGC), die für Sekundärmetabolite wie Meroterpenoide (MTP) codieren, wurden bereits in Streptomyces sp. identifiziert. MTP sind prenylierte aromatische Verbindungen, die aktuell als multipotente Arzneimittelkandidaten diskutiert werden. Die enzymatisch katalysierte Prenylierung stellt dabei einen wesentlichen Erfolgsfaktor für die Wirkung im Zielorganismus dar. Das Hauptziel dieser Masterarbeit war es, rekombinante Streptomyces venezuelae spp. Stämme zu erzeugen und anhand Fermentation und Zugabe entsprechender chemischer Vorstufen (Substrate S1 bis S5) deren Biotransformation, speziell die Prenylierung, zu induzieren. Die verwendeten Gene stammten aus dem BGC von Streptomyces sp. S4.7, der das Genrepertoire für die Biosynthese von Meroterpenoiden enthält. Dabei sind Enzyme wie Farnesylpyrophosphat-Synthase, Geranylpyrophosphat-Synthase, O-Methyltransferase und aromatische Prenyltransferasen beteiligt. Mittels homologer Klonierung wurden die jeweiligen Gene in 6 Vektoren, pF, pF_mfqW, pF_mfqWH, pG, pG_mfqM, und pG_mfqMH zusammengefasst und anschließend in S. venezuelae T1-4D2 transferiert. Die geeignetsten Fermentationsmedien und die minimalen Hemmkonzentrationen (MIC) der zugesetzten Substrate S1 bis S5 wurden im Vorfeld definiert. Die Arbeit umfasste ebenso den Vergleich unterschiedlicher Extraktionsverfahren und ein Zelllyse-Protokoll. Die daraus gewonnenen Extrakte wurden mittels HPLC und LC-MS analysiert. Ein pF-Extrakt deutete auf eine vermutlich prenylierte Substanz des Substrats 2 (2-Hydroxy-1,4-Naphthoquinon), Lapachol, hin. Trotz mehrerer experimenteller Wiederholungen konnten in den pF-Extrakten weder Lapachol, noch andere Substrat-Reaktionsprodukte nachgewiesen werden. Die Arbeitshypothese wurde demzufolge nicht bestätigt, wenngleich eine finale Aussage wohl nur nach erneuter Begutachtung der pG-Extrakte möglich ist.
Abstract
(Englisch)
The continuous increase in bacterial resistance has become a global threat that needs to be addressed. After a prolonged period of stagnation in researching and developing new antibiotics, there has been a resurgence in research efforts. In this regard, natural sources such as plants, fungi, and bacteria, particularly Streptomyces species, continue to serve as valuable starting points. Promising biosynthetic gene clusters (BGCs) encoding for secondary metabolites such as meroterpenoids (MTPs) have already been identified in Streptomyces species. Meroterpenoid compounds are prenylated aromatic NPs currently being discussed as multipotent drug candidates. Enzymatic catalysis of prenylation is a key factor for their efficacy in the target organism. The main objective of this master's thesis was to generate recombinant strains of Streptomyces venezuelae spp. and induce their biotransformation, specifically prenylation, through fermentation and the addition of appropriate chemical precursors (substrates S1 to S5). The employed genes were derived from the BGC of Streptomyces sp. S4.7, which encompasses the gene repertoire for the biosynthesis of meroterpenoids, involving enzymes such as farnesyl pyrophosphate synthase, geranyl pyrophosphate synthase, O-methyltransferase, and aromatic prenyltransferase. The respective genes were homologously cloned into six vectors, namely pF, pF_mfqW, pF_mfqWH, pG, pG_mfqM, and pG_mfqMH, and transformed heterologously into Streptomyces venezuelae T1-4D2. Prior to the experiments, the most suitable fermentation media and the MIC of the added substrates S1 to S5 were defined. The study also involved comparing different extraction methods and a cell lysis protocol. The obtained extracts were analyzed using HPLC and LC-MS. A pF-extract implied the potential prenylation of S2 (2-hydroxy-1,4-naphthoquinone), indicating lapachol. However, analogous experiment repetitions and final LC-MS analysis didn’t prove biotransformation to lapachol or another biotransformation product. The working hypothesis could not be confirmed, although a definitive statement can only be made after re-evaluating the pG-extracts.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Biotransformation rekombinante Streptomyces venezuelae T1-4D2 Stämme Prenylierung Meroterpenoide
Schlagwörter
(Englisch)
Biotransformation recombinant Streptomyces venezuelae T1-4D2 strains prenylation meroterpenoids
Autor*innen
Nicole Schranzer
Haupttitel (Englisch)
Biotransformation of aromatic compounds by recombinant bacteria, expressing prenyltransferases
Paralleltitel (Deutsch)
Biotransformation aromatischer Verbindungen durch rekombinante Bakterien, die Prenyltransferasen exprimieren
Publikationsjahr
2023
Umfangsangabe
75 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Sergey B. Zotchev
Klassifikationen
30 Naturwissenschaften allgemein > 30.00 Naturwissenschaften allgemein. Allgemeines ,
42 Biologie > 42.13 Molekularbiologie
AC Nummer
AC16874656
Utheses ID
67315
Studienkennzahl
UA | 066 | 605 | |