Untersuchungen zur Biosynthese von Foxicin aus Streptomyces diastatochromogenes Tü6028 und Analysen von ähnlichen Biosynthese-Genclustern aus Streptomyces sp. INAUGURALDISSERTATION zur Erlangung des Doktorgrades der Fakultät für Chemie und Pharmazie der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau vorgelegt von Denise Deubel aus Karlsruhe 2018 Dekan: Prof. Dr. Manfred Jung Vorsitzender des Promotionsausschusses: Prof. Dr. Stefan Weber Referent: Prof. Dr. Andreas Bechthold Korreferent: Prof. Dr. Thorsten Friedrich Drittprüfer: Prof. Dr. Stefan Günther Datum der mündlichen Prüfung: 23.04.2018 „It always seems impossible until it’s done.“ Nelson Mandela (1918-2013) Wissenschaftliche Publikationen Greule, Anja, Marija Marolt, Denise Deubel, Iris Peintner, Songya Zhang, Claudia Jessen-Trefzer, Christian De Ford, Sabrina Burschel, Shu-Ming Li, Thorsten Friedrich, Irmgard Merfort, Steffen Lüdeke, Philippe Bisel, Michael Müller, Thomas Paululat, Andreas Bechthold. Wide Distribution of Foxicin Biosynthetic Gene Clusters in Streptomyces Strains – an Unusual Secondary Metabolite with Various Properties Front. Microbiol. 8, 1-13. doi:10.3389/fmicb.2017.00221. , Klementz, Dennis, Kersten Döring, Xavier Lucas, Kiran K. Telukunta, Anika Erxleben, Denise Deubel, Astrid Erber, Irene Santillana, Oliver S. Thomas, Andreas Bechthold, Stefan ptomeDB 2.0-an Extended Resource of Natural Products Produced by Streptomycetes Nucleic Acids Res. 44 (D1): 509 14. http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?artid=4702922&tool=pmcentrez&rGünther, . Stre endertype=abstract.. – Tagungsbeiträge Vorträge an unusual nitrogen containing ortho- AAM Workshop 2016, Freiburg 28. -30. September 2016. „Foxicin – quinone, V Biosynthesis of Foxicin - an unusual nitrogen containing para-quinone ymposium 2017, Freiburg 12. -13. Oktober 2017. , RTG S Poster Denise Deubel -III AM Workshop 2015, Frankfurt am Main 04. -06. September 2015. , Anja Greule, Andreas Bechthold, Overproduction and activity assay of FoxGI of Foxicin biosynthesis, VA Denise Deubel -III ducts 2015, Frankfurt am Main 06. -09. September, Anja 2015. Greule, Andreas Bechthold, Overproduction and activity assay of FoxGI of Foxicin biosynthesis, European Conference on Natural Pro Denise Deubel RTG1976 Symposium 2015, Freiburg 15. -16.10.2015. , Anja Greule, Linda Zambolin, Andreas Bechthold, Biosynthesis of Foxicin, Fabienne Gutacker, Yvonne-Isolde Schmidt-Bohli, Suzan Samra, Denise Deubel, Tina Strobel, Milena Pia Schäffer, Thomas Paululat, Andreas Bechthold. Identification of a N-glycosyltransferase of Saccharopolyspora erythraea - and -glycosidic bonds VAAM Workshop 2016, Freiburg 28. -30. September 2016. that catalyzes the formation of , Denise Deubel, Foxicin - Incorporation of the unusual extender unit 1,3- Symposium on theHui Biology Hong, ofThomas Actinomycetes Paululat, (ISBA)Peter Leadlay, 2017, Jeju, Andreas Südkorea Bechthold, 23. -27. BiosynthesisMai 2017. of bisphosphoglycerate, International Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis I. Actinobakterien - Naturstoffproduzenten ...................................................................................... 6 I. 1. Streptomyces distatochromogenes Tü6028 ........................................................................................... 7 I. 2. Streptomyces collinus Tü365 ....................................................................................................................... 8 II. Die Biosynthese von Naturstoffen durch modulare Megaenzyme ....................................... 9 II. 1. Die Polyketidsynthasen ............................................................................................................................ 10 II. 1. 1 Die Polyketidsynthasen vom Typ I ............................................................................................. 11 II. 2. Die nicht-ribosomalen Peptidsynthetasen ........................................................................................ 13 II. 3. Die Biosynthese von Naturstoffen durch hybride PKS-NRPS ................................................... 15 II. 4. Die Biosynthese und Eingliederung ungewöhnlicher Substrate durch Polyketidsynthasen .................................................................................................................................... 17 III. Die Identifikation des fox-Clusters und die Biosynthese von Foxicin ............................. 21 IV. Siderophore .......................................................................................................................................... 23 V. Transkriptionelle Regulatoren und die Regulation der Naturstoff-Biosynthese ......... 25 VI. Ziele dieser Arbeit .............................................................................................................................. 28 I. Material..................................................................................................................................................... 29 I. 1. Bakterienstämme .......................................................................................................................................... 29 I. 2. Oligonukleotide .............................................................................................................................................. 31 I. 3. Plasmide ............................................................................................................................................................ 34 I. 3. 1 Plasmide, die in dieser Arbeit verwendet wurden ................................................................ 34 I. 3. 2 Plasmide, die in dieser Arbeit erstellt wurden ........................................................................ 35 I. 4. Nährmedien ..................................................................................................................................................... 36 Inhaltsverzeichnis I. 5. Chemikalien und weitere Reagenzien .................................................................................................. 38 I. 5. 1 Chemikalien ........................................................................................................................................... 38 I. 5. 2 Organische Lösemittel und Säuren .............................................................................................. 40 I. 5. 3 Antibiotika .............................................................................................................................................. 40 I. 5. 4 Sonstige Biochemikalien .................................................................................................................. 40 I. 6. Enzyme .............................................................................................................................................................. 41 I. 7. Molekularbiologische Kits ......................................................................................................................... 41 I. 8. Marker ............................................................................................................................................................... 41 I. 9. Puffer und andere Lösungen .................................................................................................................... 42 I. 9. 1 Allgemeine Puffer und Lösungen .................................................................................................. 42 I. 9. 2 Lösungen und Puffer für die Aufreinigung heterolog produzierter Proteine ............ 44 I. 9. 3 Lösungen und Puffer zur Herstellung und Durchführung von SDS-PAGE Gelen ...... 46 I. 9. 4 Lösungen, Puffer und Enzyme für die Analyse von Proteinfunktionen ........................ 48 I. 9. 5 Lösungen und Puffer für die Durchführung des NAD+/NADH+H+ gekoppelten Glykolyse Assays .................................................................................................................................. 48 I. 9. 6 Lösungen, Puffer und Enzyme für die Durchführung des in vitro Assays mit der FkbH-ähnlichen Domäne ................................................................................................................. 49 I. 10. Verbrauchsmaterial ................................................................................................................................... 49 I. 11. Labor und Analysengeräte ...................................................................................................................... 50 I. 12. Säulen .............................................................................................................................................................. 52 I. 13. Computerprogramme und Internetdienste ..................................................................................... 52 II. Methoden ................................................................................................................................................ 54 II. 1. Kultivierung und Stammerhaltung von Mikroorganismen ........................................................ 54 II. 1. 1 Kultivierung und Stammerhaltung von Escherichia coli .................................................... 54 II. 1. 2 Kultivierung und Stammerhaltung von Aktinomyceten .................................................... 54 II. 1. 3 Kultivierung von Saccharomyces cerevisiae ............................................................................ 55 II. 2. Isolierung von DNA und Plasmiden aus Mikroorganismen