Evolution und Funktion monomodularer Polyketidsynthasen aus nichtkultivierten bakteriellen Symbionten mariner Schwämme

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Nichtkultivierte Bakterien sind ein bisher fast völlig unerforschtes Reservoir an Naturstoffen. Die phylogenetische Analyse, Klonierung und Expression von Biosynthesegenen ist eine vielversprechende Strategie, um das biosynthetische Potenzial dieser Mikroorganismen zu nutzen. Arbeiten in unserer Gruppe an bakteriellen Symbionten haben mehrfach gezeigt, dass auf diese Weise phylogenetisch eigenständige und funktionell neuartige Naturstoff-Enzyme entdeckt werden können. Wir haben in der letzten Antragsperiode nachgewiesen, dass Symbionten mariner Schwämme eine neuartige Typ-l-Polyketidsynthase (PKS) enthalten, die in vielen Schwammarten dominant und ubiquitär verbreitet, aber nicht näher mit PKS aus anderen Habitaten verwandt ist. Phylogenetische Analysen weisen darauf hin, dass die Symbionten zur evolutiv alten Gruppe Deinococcus-Thermus gehören. Im Gegensatz zu anderen bakteriellen Typ-l-PKS, die mehrere repetitiv angeordnete Module enthalten, besteht die Symbionten-PKS aus nur einem einzigen Modul und ist somit der postulierten Urform der heutigen komplexen PKS-Systeme sehr ähnlich. Die enzymatische Architektur spricht dafür, dass die PKS iterativ arbeitet und an der Biosynthese von strukturdiversen Bibliotheken methylverzweigter Fettsäuren beteiligt ist, die in Schwämmen weit verbreitet sind und für die schon lange ein bakterieller Ursprung angenommen wurde. In diesem Projekt möchten wir durch heterologe Expression und Charakterisierung der gebildeten Metaboliten die Funktion der Symbionten-PKS weiter studieren. Phylogenetische Analysen von PKS unter Verwendung dreier isolierter Gencluster aus zwei unterschiedlichen Schwämmen sollen Einsichten über die frühen Ereignisse liefern, die zur Entstehung der heutigen Vielfalt von Polyketidwirkstoffen geführt haben. Durch Austausch von Regionen des Genclusters mit homologen Bereichen anderer Cluster aus Schwämmen und von Partnern des SPP 1152 soll außerdem geklärt werden, wie die chemische Diversität der Fettsäuren genetisch codiert und evolutiv entstanden ist.