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Discovery of new natural products from Micromonospora sp. isolated from Leontopodium nivale rhizosphere via genome mining
Una Bajrić
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Pharmazie
Betreuer*in
Sergey Zotchev
Mitbetreuer*in
Jaime Felipe Guerrero Garzón
DOI
10.25365/thesis.78002
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-10050.81377.180476-0
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die Zunahme von Krankheitserregern, die gegen die derzeit auf dem Markt befindlichen antimikrobiellen Mittel resistent sind, und der Rückgang bei der Entdeckung neuer Wirkstoffe machen es deutlich, dass es dringend notwendig ist, neue Strategien zur Entwicklung von Medikamenten zu generieren. Micromonospora Arten sind dafür bekannt, dass sie verschiedene Sekundärmetaboliten mit unterschiedlichen Bioaktivitäten produzieren. Insbesondere Stämme, die in wenig erforschten Umgebungen leben, gelten als vielversprechende Quellen für neue Wirkstoffe. Die Analyse dieser einzigartigen Stämme durch Anwendung neuartiger Genom-Mining-Strategien, Klonierungstechniken und heterologer Expression in gut charakterisierten Wirten, könnte zur Entdeckung neuer bioaktiver Naturstoffe führen. BGC 1.8, ein biosynthetischer Gencluster im Genom von Micromonospora sp. RLA083, isoliert aus der Rhizosphäre von Leontopodium nivale subsp. alpinum, stand im Mittelpunkt dieser Studie. Mit Hilfe des Bioinformatik-Tools antiSMASH wurde vorhergesagt, dass BGC 1.8 für die Biosynthese eines glykosylierten Terpens kodiert, einer Klasse von Naturstoffen, für die nur wenige Beispiele in Bakterien identifiziert wurden, die aber sehr interessante Aktivitäten aufweisen. Um das Klonen des Clusters und die heterologe Expression zu ermöglichen, wurde die genomische Bibliothek von Micromonospora sp. RLA083 erstellt. Der Cluster, der eine geringe Ähnlichkeit mit bereits beschriebenen BGCs für Sekundärmetaboliten aufweist, wurde in einem einzigen Klon der genomischen Bibliothek mit Hilfe eines gepoolten PCR-Ansatzes identifiziert. Um die Produktion der von BGC 1.8 kodierten Verbindung zu gewährleisten, wurde ein breites Spektrum an genetischen Hilfsmitteln eingesetzt. BGC 1.8 wurde in ein pYES-Plasmid geklont, wobei die natürliche homologe Rekombinationsfähigkeit der Hefe genutzt wurde. Für die heterologe Expression des Clusters wurden drei verschiedene Wirtsstämme und drei verschiedene Fermentationsmedien verwendet, wobei die höchste Produktionsausbeute in Streptomyces coelicolor M1154 beobachtet wurde. Die LC-MS-Analyse der Fermentationsextrakte ergab die Produktion eines Terpen-Aglykons, was auf das Fehlen einer Glykosyltransferase-Aktivität hinweist und das Merkmale aufweist, die keiner bereits beschriebenen Verbindung zugeordnet werden können. Die mit den Extrakten durchgeführten Bioassays ergaben keine antimikrobielle Aktivität gegenüber den getesteten Stämmen. Es sind jedoch weitere Bioaktivitätstests, eine Optimierung der Produktionsausbeute und eine NMR-Strukturcharakterisierung erforderlich, um das Potenzial der hergestellten Verbindung als neuartiges Molekül für die Arzneimittelentwicklung weiter zu bewerten.
Abstract
(Englisch)
The rise of pathogens resistant to currently marketed antimicrobials and the decline in novel compound discovery highlight the pressing need to establish new drug development strategies. Micromonospora species are known to produce diverse secondary metabolites with various bioactivities. In particular, strains inhabiting underexplored environments are seen as promising sources of novel compounds. The analysis of these unique strains by applying novel genome mining strategies, cloning techniques and heterologous expression in well-characterized hosts, may result in discoveries of novel bioactive natural products. BGC 1.8, a biosynthetic gene cluster located in the genome of Micromonospora sp. RLA083, isolated from Leontopodium nivale subsp. alpinum rhizosphere, was the focus of this study. Using the bioinformatics tool antiSMASH, it was predicted that the BGC 1.8 encodes the biosynthesis of a glycosylated terpene, a class of natural compounds with few examples identified from bacteria but very interesting activities. To enable the cluster cloning, and heterologous expression, the Micromonospora sp. RLA083 genomic library was created. The cluster, which shows low similarity to already described secondary metabolite BGCs, was identified in a single genomic library clone using a pooled PCR approach. To ensure the production of the compound encoded by BGC 1.8, a wide range of genetic tools was employed. The BGC 1.8 was cloned into a pYES plasmid using yeast’s natural homologous recombination ability. For the heterologous expression of the cluster, three different host strains and three different fermentation media were used, with the highest production yield observed in Streptomyces coelicolor M1154. LC-MS analysis of the fermentation extracts revealed the production of a terpene aglycone, indicating the absence of glycosyltransferase activity, and exhibiting characteristics not associated with any already described compound. The bioassays performed with the extracts did not show any antimicrobial activity against the tested strains. However, other bioactivity tests, optimization of production yields, and NMR structural characterization are necessary to further evaluate the produced compound’s potential as a novel molecule for drug development.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Genom-Mining Klonen genomische Bibliothek biosynthetischer Gencluster Sekundärmetaboliten heterologe Expression Bakterien glykosylierte Terpene
Schlagwörter
(Englisch)
genome mining cloning genomic library BGC secondary metabolites heterologous expression bacteria glycosylated terpenes
Autor*innen
Una Bajrić
Haupttitel (Englisch)
Discovery of new natural products from Micromonospora sp. isolated from Leontopodium nivale rhizosphere via genome mining
Publikationsjahr
2025
Umfangsangabe
65 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Sergey Zotchev
AC Nummer
AC17471817
Utheses ID
75204
Studienkennzahl
UA | 066 | 605 | |