Schlüsselenzyme zur Naturstoffherstellung

Pflanzen, Pilze und Bakterien erzeugen Naturstoffe, die sie unter anderem als Abwehrstoffe gegen Fressfeinde und Konkurrenten einsetzen. In der Medizin finden diese Verbindungen Anwendung als Antibiotika, Krebsmedikamente oder Cholesterinsenker. Ein Team um Privatdozent Dr. Robin Teufel und Dr. Britta Frensch vom Institut für Biologie II der Fakultät für Biologie der Universität Freiburg konnte nun zusammen mit Forschenden der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) Zürich/Schweiz die Schlüsselrolle dreier Enzyme aufklären, die daran beteiligt sind, eine Klasse an Naturstoffen zu produzieren. Ihre Ergebnisse stellen die Forschenden in der aktuellen Ausgabe von Nature Communications vor.

Aktinobakterien produzieren viele Naturstoffe wie zum Beispiel die so genannten aromatischen Polyketide. Die Freiburger Forschenden untersuchten, wie die Aktinobakterien mit Hilfe von Enzymen solche bioaktiven Wirkstoffe aus einfachen molekularen Bausteinen herstellen. Teufel und sein Team konnten dabei die Schlüsselrollen dreier Enzyme in der Biosynthese der Rubromycine aufklären, die zu den strukturell komplexesten aromatischen Polyketiden gehören.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler fanden heraus, dass die Enzyme eine chemische Vorläuferverbindung drastisch umbauen, wodurch sie das Grundgerüst der Rubromycine erzeugen – und damit auch ausschlaggebend sind für die vielseitigen pharmakologischen Wirkungen dieser Verbindungen. Mittels chemischer und biochemischer Methoden gelang es den Forschenden, die Funktionen der drei Enzyme genauer zu untersuchen und einige der bisher unbekannten Zwischenverbindungen in der Biosynthese der Rubromycine zu identifizieren. „Wir haben damit wichtige Erkenntnisse über die Funktionsweise solcher Enzyme erlangt, die in Mikroorganismen die Bildung komplexer Wirkstoffe steuern“, erklärt Teufel. „Diese Erkenntnisse könnten zentral dafür sein, um neuartige bioaktive Verbindungen der Rubromycin-Polyketide mittels Bioengineering zu erstellen.“

Originalpublikation:
Frensch, B., Lechtenberg. T., Kather, M., Yunt, Z., Betschart, M., Kammerer, B., Lüdeke, S., Müller, M., Piel, J., Teufel, R. (2021): Enzymatic spiroketal formation via oxidative rearrangement of pentangular polyketides. In: Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-021-21432-9