WSR066 Die unentdeckte Vielfalt der Aktinomyceten: Neue Wege zur Synthese von Wirkstoffen - Interview mit Prof. Dr. Yvonne Mast

In dieser Episode spricht Bernd Rupp mit Prof. Dr. Yvonne Mast, Leiterin der Abteilung Bioressourcen für Bioökonomie und Gesundheitsforschung am Leibniz-Institut DSMZ – Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH in Braunschweig.

Portrait von Prof. Dr. Yvonne Mast
Prof. Dr. Yvonne Mast; Quelle: Wirkstoffradio.

Yvonnes Forschung konzentriert sich auf die Kultivierung von Aktinomyceten bzw. Streptomyzeten, einer großen Familie von Organismen, die als Quelle verschiedener Wirkstoffe bekannt sind. Die Gruppe um Yvonne untersucht insbesondere die Regulation sogenannter stiller Synthesegencluster und deren Aktivierung. Yvonne erklärt, dass bei der klassischen Kultivierung dieser Organismen oft nur 10% der aktuell bekannten Synthesegencluster aktiv sind, was auf ein immer noch großes unbekanntes Potential neuer faszinierender Wirkstoffe bei diesen Organismen hinweist.

Durch ihre Arbeiten konnte das Team um Yvonne diese bereits seit langem bekannten Organismen dazu anregen, neue spannende Substanzen zu produzieren. Dadurch rückt diese Gruppe von Organismen wieder stärker in den Fokus der Forschung zu neuen Antibiotika und anderen Substanzen.

(Im Podcast gibt es Kapitelmarken, die den Zwischenüberschriften hier im Text entsprechen, so dass es einfacher ist, bestimmte Teile erneut zu hören. Nicht jede Kapitelmarke hat eine Zwischenüberschrift, manchmal fassen wir mehrere Kapitel zusammen.)

Was sind Aktinomyceten?

    • Aktinomyceten – Wikipedia Artikel
    •  Review zu SARPS; wissenschaftlicher Artikel (open access): Krause J, Handayani I, Blin K, Kulik A, Mast Y. Disclosing the Potential of the SARP-Type Regulator PapR2 for the Activation of Antibiotic Gene Clusters in Streptomycetes. Front Microbiol. 2020 Feb 18;11:225. doi: 10.3389/fmicb.2020.00225. PMID: 32132989.
      PMCID: PMC7040171
    • Review zu SARPS: wissenschaftlicher Artikel (closed access): An overview on transcriptional regulators in Streptomyces; Alba Romero-Rodríguez, Ivonne Robledo-Casados, Sergio Sánchez, Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Gene Regulatory Mechanisms,
      1849(8), 2015. Die Studie befindet sich leider hinter einer Paywall, ist also nur für diejenigen zugänglich, die ein Abo der entsprechenden Fachzeitschrift haben. Daher werden wir nicht direkt auf den Artikel verlinken, sondern stellen euch den „Digital Object Identifier (DOI)“ zur Verfügung: 10.1016/j.bbagrm.2015.06.007
    • Agarplatte – DocCheck Flexikon
    • Geosmin – Wikipedia Artikel
    • Streptomyces – Wikipedia Artikel
Unterschiedliche Aktinomyceten auf Agarplatten; Quelle: Wirkstoffradio.

Aufgaben der Aktinomyceten

    • Kompostierung – Wikipedia Artikel
    • sessil – Spektrum der Wissenschaft
    • wissenschaftlicher Artikel (closed access): Barka EA, et al. Microbiol Mol Biol Rev. 2015. Taxonomy, Physiology, and Natural Products of Actinobacteria. Microbiol Mol Biol Rev 80:1-43. Die Studie befindet sich leider hinter einer Paywall, ist also nur für diejenigen zugänglich, die ein Abo der entsprechenden Fachzeitschrift haben. Daher werden wir nicht direkt auf den Artikel verlinken, sondern stellen euch den „Digital Object Identifier (DOI)“ zur Verfügung: doi: 10.1128/MMBR.00019-15.
    • Exoenzym – Wikipedia Artikel
    • Cellulasen – Wikipedia Artikel
    • Chitotriosidase oder Chitinase – Wikipedia Artikel
    • Cellulose  – Wikipedia Artikel
    • Chitin – Wikipedia Artikel

Einteilung der Aktinomyceten

Verwendung der Aktinomyceten

Was ist ein Sekundärmetabolit

Struktur von gamma-Butyrolacton.
Struktur von gamma-Butyrolacton; Quelle: Chem Sim 2001, Public domain, via Wikimedia Commons.

Beispiele für Antibiotika aus Aktinomyceten

Rechnerische Wirkstoffkapazität

Gezielter Start einer Antibiotika-Biosynthese

Platten zur Kontrolle, ob der SARP-Regulator funktioniert. Die dreieckigen Bereiche sind jeweils Streptomyces coelicolor, der flächig angewachsen ist. S. coelicolor produziert zwei prominente pigmentierte Substanzen (Actinorhodin (Act) = blau und Undecylprodigiosin (Red) = rot). Die weiße Kultur ist eine S. colicolor-Mutante, in der die SARP-Regulatorgene für die beiden Biosynthesen deletiert sind. Es kann kein Act und Red gebildet werden. Die roten Bereiche sind die S. colicolor-Mutante, in der das SARP-Regulatorgen papR2 exprimiert wird. Dies führt zur biosyntheseweg-spezifischen Aktivierung der Red-Biosynthese (= SARP-Aktivierung funktioniert).

SARP – Für die Regulation der Biosynthese

Grundstruktur der Penicilline
Grundstruktur der Penicilline;das R steht für Rest. An dieser Stelle kann die Struktur variiert werden, um zum Beispiel die Selektivität für bestimmte Bakterien zu erhöhen; Quelle: Yikrazuul, Public domain, via Wikimedia Commons

Struktur eines SARP

Wie funktioniert eine genetische Steuerung?

Exkurs Cephalosporin-Biosythese

Struktur der Clavulansäure; Quelle: Mysid, Public domain, via Wikimedia Commons

Promotoren

Anwendung im Labor

    • Plasmid – Wikipedia Artikel
    • wissenschaftlicher Artikel (open access) zu OSMAC (one strain many compounds): Romano S, Jackson S, Patry S, Dobson A. Extending the Strain Many Compounds”(OSMAC) Principle to Marine Microorganisms. Marine Drugs 2018;16(7):244. doi: 10.3390/md16070244
    • wissenschaftlicher Artikel (open access) zu OSMAC und Cokultivierung: van Bergeijk DA, Terlouw BR, Medema MH, van Wezel GP. Ecology and genomics of Actinobacteria: new concepts for natural product discovery. Nature Reviews Microbiology 2020;18(10):546–558. doi: 10.1038/s41579-020-0379-y
    • Seltene Erden – Wikipedia Artikel
    • Repressor – Wikipedia Artikel

Transfer-Organismus

Wie viele SARPS gibt es?

Weitere spannende Sekundärmetaboliten

Einfache Metaboliten wie Phenylglycin

Phenylglycine
Struktur von Phenylglycine; Quelle: Jü, Public domain, via Wikimedia Commons.

Der Weg zur Fermentation

Entdeckung der Pristinamycin Gencluster

Pristinamycin – ein natürliches Kombi-Präparat

SARPS als Schalter

Struktur von Undecylprodigiosin
Struktur von Undecylprodigiosin; Quelle: Ed (Edgar181), Public domain, via Wikimedia Commons

Wie werden SARPS reguliert?

Aufnahme neuer Species in die Sammlung

Informationen zur Aufnahme in die Sammlung

Was ist eine 16S Analyse?

Ausschluss gefährlicher Mikroorganismen

Die Sammlung: Konservierung, Anzucht und Verteilung

Gefriertrocknung am DSMZ, Yvonne erklärt, wie Kulturen konserviert werden; Quelle: Wirkstoffradio.

Die Strukturierung der Sammlung

Vorbereitung von Probenröhrchen im Labor; Quelle: Wirkstoffradio.

Weitere Abteilungen der DSMZ

Yvonne und die Aktinomyceten

Yvonnes Studium

Wechsel nach Braunschweig ans DSMZ

Yvonne am robotischen Lagerautomaten des DSMZ; Quelle: Wirkstoffradio.

Yvonnes Lieblingsmolekül

Struktur von Pristinamycin IA; Quelle: Edgar181, Public domain, via Wikimedia Commons

 

Wir bedanken uns ganz herzlich bei Prof. Dr. Yvonne Mast für die Zeit und ihre Erläuterungen zu ihrem Forschungsgebiet.

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