Natural product discovery through heterologous expression in streptomyces

Abstract

In this work heterologous expression was used for further analysis of cyclohuinilsopeptin A, a cyclopeptide discovered by Dr. Hui Shuai. The cyclohuinilsopeptin A biosynthetic gene cluster was transferred to ten different heterologous host strains, leading to a second host strain that produced cyclohuinilsopeptin A. Furthermore, heterologous expression was used for the discovery of the oxanthromicin biosynthetic gene cluster from Streptomyces acidiscabies LU19992. During these expression experiments the biosynthetic gene cluster of desmethylmensacarcin B was also detected. The biosynthetic pathway of desmethylmensacarcin B was analyzed through sequence analysis and comparison with mensacarcin biosynthesis. The oxanthromicin biosynthetic pathway was analyzed through sequence analysis and gene deletion experiments. The biosynthesis was solved via oxanthromicin derivatives that were produced during knockout experiments and via the comparison with actinorhodin biosynthesis. The focus was on the three putative SAM-dependent methyltransferases encoded in the biosynthetic gene cluster. These were interesting because only two of the methyl groups in oxanthromicin monomeric structure originate from methyl group transfer. The third putative SAM-dependent methyltransferase instead seemed to be part of the dimerization reaction during oxanthromicin biosynthesis.

In dieser Arbeit wurde die heterologe Expression als Teil der weiteren Analytik von Cyclohuinilsopeptin A, einem zyklischen Peptid, welches von Dr. Hui Shuai, entdeckt wurde, genutzt. Der Cyclohuinilsopeptin A Gencluster wurde in zehn heterologe Wirtsstämme konjugiert. Dadurch konnte ein zweiter Stamm, der Cyclohuinilsopeptin A produziert, hergestellt werden. Weiterhin wurde die heterologe Expression zur Identifizierung des Oxanthromicin Genclusters aus Streptomyces acidiscabies LU19992 verwendet. Während dieser Experimente wurde der Gencluster Desmethylmensacarcin B entdeckt. Der Biosyntheseweg von Desmethylmensacarcin wurde mit Hilfe von Sequenzanalysen und dem Vergleich mit der Mensacarcin Biosynthese analysiert. Der Oxanthromicin Biosyntheseweg wurde durch Oxanthromicin Derivate aus Knockout Experimenten, Sequenzanalyse von Gene und Vergleich von Enzymen mit denen in der Actinorhodin Biosynthese aufgeklärt. Ein stärkerer Fokus lag hierbei auf den drei Enzymen , die als SAM abhängige Methyltransferasen annotiert waren, da von den drei Methylgruppen in der Oxanthromicin Monomerstruktur vorhandenen Methylgruppen nur zwei durch einen Methylgruppentransfer entstehen. Das dritte der SAM abhängigen Enzyme OxaC scheint an der Dimerisierungsreaktion der Oxanthromicin Biosynthese beteiligt zu sein.