Neue Strategie zur Naturstoffbiosynthese

Mikroorganismen produzieren Naturstoffe zum Beispiel als krankmachende Virulenzfaktoren oder als Abwehrstoffe gegen Fressfeinde und Konkurrenten. Ein Team um Dr. Robin Teufel und Erstautorin Ying Duan vom Institut für Biologie II der Fakultät für Biologie der Universität Freiburg entdeckten nun zusammen mit Forschenden der Universität Bonn ein neuartiges Enzym, welches für die Produktion sogenannter Tropon-Naturstoffe in Bakterien ausschlaggebend ist. Ihre Ergebnisse stellen die Forschenden in der aktuellen Ausgabe des Journal of the American Chemical Society vor.

Bisher unbekannter Enzymtyp

In der Erde und im Meer vorkommende Bakterien produzieren Tropon-Naturstoffe unter anderem dann, wenn sie symbiotisch mit Pflanzen, Algen oder niederen Tieren interagieren, zum Beispiel als vermutete Schutzstoffe gegen mikrobielle Krankheitserreger in Korallen und Schwämmen. Die Freiburger Forschenden untersuchten nun, wie die symbiotischen Bakterien diese bioaktiven Wirkstoffe herstellen. Teufel und sein Team konnten dabei einen völlig neuartigen Enzymtyp entdecken, der für die Herstellung dieser bakteriellen Tropone essentiell ist.

Zwischenverbindung in der Tropon-Biosynthese

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler fanden heraus, dass dieses Enzym Sauerstoff auf eine bisher unbekannte Weise aktiviert und in eine chemische Vorläuferverbindung einbaut. Dabei wird das Grundgerüst der Tropone erzeugt. Mittels chemischer und biochemischer Methoden konnten die Forschenden die Funktionen dieses Enzyms genauer untersuchen und dadurch neuartige Zwischenverbindungen in der Tropon-Biosynthese aufklären. „Uns gelang ein entscheidender Schritt, um die biologische Herstellung dieser bedeutsamen Verbindungen besser zu verstehen“, erklärt Teufel. „Diese Erkenntnisse können als Grundlage dienen, bestimmte Krankheitserreger zukünftig besser zu bekämpfen oder neuartige Tropon-Verbindungen mittels biotechnologischer Methoden zu gewinnen.“

Originalpublikation:
Duan, Y., Toplak, M., Hou, A., Brock, N., Dickschat, J. S., Teufel, R. (2021): A flavoprotein dioxygenase steers bacterial tropone biosynthesis via coenzyme A-ester oxygenolysis and ring epoxidation. In: Journal of the American Chemical Society. DOI: 10.1021/jacs.1c04996

Kontakt:
Privatdozent Dr. Robin Teufel
Institut für Biologie II
Fakultät für Biologie
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
Tel.: 0761/203-97199
robin.teufel@zbsa.uni-freiburg.de