Search

Pyrrolizidinalkaloide (PAs) sind eine strukturell vielfältige Gruppe spezialisierter heterocyclischer Metabolite, die durch eine Hexahydro‐1H‐pyrrolizin‐Kernstruktur charakterisiert werden. PAs werden über zwei unterschiedliche Biosynthesewege gebildet. In Pflanzen werden sie durch eine Homospermidinsynthase synthetisiert, während sie in Bakterien durch die kombinierte Wirkung einer nichtribosomalen Peptidsynthetase und einer Baeyer–Villiger‐Monooxygenase entstehen. Während die toxischen Eigenschaften pflanzlicher PAs und ihr Vorkommen in tierischen und menschlichen Lebensmitteln umfassend untersucht wurden, sind die biologischen Funktionen und die Biosynthese komplexerer bakterieller PAs noch nicht gut verstanden. Hier berichten wir über die Identifizierung und Charakterisierung eines bakteriellen Biosynthese‐Genclusters aus Xenorhabdus hominickii, xhpA‐G, das für die Produktion des PA‐Pseudodimers Pyrrolizwillin verantwortlich ist. Die Analyse von Promotor‐Austauschmutanten aus X. hominickii zusammen mit der heterologen Expression von xhpA‐G in E. coli ergab eine Reihe von Derivaten und Zwischenprodukten, von denen zwei chemisch synthetisiert wurden. Diese Informationen wurden genutzt, um einen detaillierten Biosyntheseweg zu Pyrrolizwillin zu postulieren. Darüber hinaus haben wir die Hydrolase XhpG, das Schlüsselenzym bei der Umwandlung des Zwischenprodukts Pyrrolizixenamid zu Pyrrolizwillin, mittels Röntgenkristallographie und Kleinwinkel‐Röntgenstreuung (SAXS) charakterisiert. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Zwei Diterpensynthasen aus dem Bakterium Chitinophaga pinensis wurden charakterisiert. Das erste Enzym produzierte hauptsächlich das umgelagerte Diterpen Palmatol, eine aus Oktokorallen bekannte Verbindung, während das zweite Enzym das neue korallenartige Eunicellan Chitinol herstellte. Die Mechanismen beider Enzyme wurden durch Isotopenmarkierungsexperimente, DFT‐Berechnungen und mit einem Substratanalogon, das eine gesättigte Doppelbindung enthält, eingehend untersucht. Letzteres führte zur Bildung von Abbruchprodukten führte, die zusätzliche Einblicke in die Natur der Intermediate der Cyclisierungskaskade lieferten. Die Bildung korallenartiger Diterpene wirft interessante Fragen zu den Funktionen dieser Verbindungen in so unterschiedlichen Organismen wie Bakterien und Korallen auf. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Die Chlororaphene A und B sind strukturell einzigartige nichtkanonische C17‐Sesquiterpenoide aus Pseudomonas chlororaphis, die von zwei SAM‐abhängigen Methyltransferasen und einer Typ‐I‐Terpensynthase hergestellt werden. Diese Studie befasst sich in Isotopenmarkierungsexperimenten und DFT‐Berechnungen mit dem Mechanismus ihrer Entstehung. Die Ergebnisse zeigen eine erstaunliche Komplexität der Verteilung der Markierungen innerhalb eines Cyclopentan‐Kerns, der mit zwei acyclischen Fragmenten in Chlororaphen A und B in umgekehrter Weise verbunden ist. Darüber hinaus wurde die Aufnahme von bis zu 14 Deuteriumatomen aus D2O beobachtet. Diese Ergebnisse lassen sich durch eine wiederholte mehrstufige Umlagerungssequenz im Spätstadium erklären. Die absoluten Konfigurationen der Chlororaphene und ihrer biosynthetischen Zwischenprodukte wurden in stereoselektiven Markierungsexperimenten aufgeklärt. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Bioaktive dimere (Prä‐)Anthrachinone sind in der Natur allgegenwärtig und kommen in Bakterien, Pilzen, Insekten und Pflanzen vor. Ihre Biosynthese durch oxidative Phenolkupplung (OPC) wird durch Cytochrom P450‐Enzyme, Peroxidasen oder Laccasen katalysiert. Während die Biokatalyse der OPC in Schimmelpilzen (Ascomycota) bekannt ist, sind die entsprechenden Enzyme in Ständerpilzen (Basidiomycota) noch unbekannt. Hier stellen wir die Biosynthese der Atropisomere Phlegmacin A1 und B1 aus dem Pilz Cortinarius odorifer vor. Die Biosynthese des unsymmetrisch 7,10'‐homogekuppelten Dihydroanthracenons wurde im Schimmelpilz Aspergillus niger heterolog rekonstruiert. Die Methylierung des Monomers Atrochryson zum 6‐O‐Methylether Torosachryson durch die O‐Methyltransferase CoOMT1 geht der regioselektiven Homokupplung zu Phlegmacin voraus, welche durch das Enzym CoUPO1 katalysiert wird, die zu den als Unspezifische Peroxygenase (UPO) bezeichneten Enzymen Sequenzhomologie zeigt. Unsere Ergebnisse belegen eine noch unbeschriebene UPO‐Reaktion und erweitern damit das biokatalytische Portfolio der OPC über die zuvor bekannten Enzyme hinaus. Die Ergebnisse zeigen, dass Basidiomycota Peroxygenasen nutzen, um Aryle selektiv zu kuppeln, und zwar unabhängig von und konvergent zu jeder anderen Organismengruppe, was die zentrale Rolle der OPC in der Naturstoffchemie unterstreicht. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Die Diterpensynthase AfAS wurde aus Aspergillus fumigatiaffinis identifiziert. Ihre Aminosäuresequenz und – einem Strukturmodell zufolge – die Architektur des aktiven Zentrums sind denen der Fusicocca‐2,10(14)‐dien‐Synthase PaFS sehr ähnlich, AfAS produziert jedoch ein strukturell viel komplexeres Diterpen mit einem neuartigen 6–5–5–5 tetracyclischen Gerüst namens Asperfumen. Der Cyclisierungsmechanismus von AfAS wurde durch Isotopenmarkierungsexperimente und DFT‐Rechnungen aufgeklärt. Die Reaktionskaskade verläuft in ihren ersten Schritten über ähnliche Intermediate wie die PaFS‐Kaskade, divergiert dann aber durch einen ungewöhnlichen vicinalen Deprotonierungs‐Reprotonierungsprozess, der eine Skelettumlagerung am Startpunkt der Stufen auslöst, die zum einzigartigen Asperfumen‐Gerüst führen. Das Strukturmodell zeigte nur einen wesentlichen Unterschied zwischen den aktiven Zentren: Der PaFS‐Rest F65 ist in AfAS durch I65 ersetzt. Interessanterweise zeigten ortsspezifische Mutageneseexperimente mit beiden Diterpensynthasen, dass Position 65 als bidirektionaler funktioneller Schalter für die Biosynthese von tetracyclischem Asperfumen im Vergleich zu strukturell weniger komplexen Diterpenen dient. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Die Biosynthese von sechs kürzlich beschriebenen nicht‐kanonischen C16‐Sesquiterpenoiden, die nach antiken griechischen Philosophen benannt sind, darunter Archimeden, Aristotelen, Eratosthen, Pythagoren, α‐Democriten und Anaximandren, wurde durch Dichtefunktionaltheorie‐Rechnungen (DFT) und Isotopenmarkierungsexperimente untersucht. Die Ergebnisse zeigten für alle Verbindungen außer Archimeden einen einzigartigen Fragmentierungs‐Rekombinationsmechanismus, wie er bereits für die Sodorifen‐Biosynthese gezeigt wurde, zusätzlich zu einem bemerkenswerten „Tanz"‐Mechanismus für die Anaximandren‐Biosynthese. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

This article provides a detailed analysis of the structures and catalytic mechanisms of Sesterterpene Synthases (StTSs), enzymes responsible for the production of Sesterterpenes. The crystal structures of two fungal StTSs, NfSS and PbSS, are examined, and insights into the catalytic mechanisms are gained through a combination of theory and experiments. The researchers also engineer these enzymes to produce new and diverse Sesterterpenes, expanding the range of compounds that can be synthesized. The study has important implications for future research in synthetic biology and offers potential applications in the production of bioactive sesterterpenoids. The research was supported by various funding sources and no conflicts of interest were reported. [Extracted from the article]

Studien an zwei Multiprodukt‐Sesterterpensynthasen aus Lentzea atacamensis führten zur Identifizierung der Synthasen für Lentzeadien (LaLDS) und Atacamatrien (LaATS). Das Hauptprodukt von LaLDS (Lentzeadien) ist eine neue Verbindung, während eines der Nebenprodukte (Lentzeatetraen) das Enantiomer von Brassitetraen B ist und ein anderes Nebenprodukt (Sestermobaraen F) von einer überraschend weit entfernt verwandten Sesterterpensynthase bekannt ist. LaATS stellt sechs neue Verbindungen her, darunter das Enantiomer des bekannten Sesterterpens Bm1. Bemerkenswert ist, dass die Produkte beider Enzyme nicht alle aus ein und derselben Ausgangskonformation von Geranylfarnesyldiphosphat erklärt werden können, was die Notwendigkeit einer Konformationsflexibilität des Substrats in den aktiven Zentren der Enzyme zeigt. Für Lentzeadien wurde eine faszinierende thermische [1,5]‐sigmatrope Umlagerung entdeckt, die an die Biosynthese von Vitamin D3 erinnert. Alle Enzymreaktionen und die [1,5]‐sigmatrope Umlagerung wurden durch Isotopenmarkierungsexperimente und DFT‐Berechnungen untersucht. Die Ergebnisse unterstreichen auch die Bedeutung von Konformationsänderungen während Terpencyclisierungen. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Das Substratanalogon 19‐nor‐Geranylgeranyldiphosphat (19‐nor‐GGPP) wurde synthetisiert und mit 20 Diterpensynthasen inkubiert, was in allen Fällen zur Bildung von Diterpenoiden führte. Aus diesen Enzymreaktionen wurden insgesamt 23 verschiedene Verbindungen isoliert und strukturell charakterisiert, wenn möglich einschließlich der experimentellen Bestimmung absoluter Konfigurationen durch einen stereoselektiven Deuterierungsansatz. In mehreren Fällen führte die fehlende 19‐Me‐Gruppe im Substratanalogon zur Eröffnung völlig neuer Reaktionswege hin zu Verbindungen mit neuartigen Gerüsten. DFT‐Rechnungen wurden angewendet, um ein tieferes Verständnis dieser beobachteten Methylgruppeneffekte bei der Diterpenbiosynthese zu gewinnen. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Die Diterpensynthase AlTS aus Aspergillus luchuensis wurde identifiziert. AlTS katalysiert die Bildung des Diterpenkohlenwasserstoffs Spiroluchuen A, der ein neuartiges Gerüst aufweist, das durch ein spirocyclisches Ringsystem gekennzeichnet ist. Der Cyclisierungsmechanismus zu dieser Verbindung wurde durch Isotopenmarkierungsexperimente in Verbindung mit DFT‐Berechnungen und metadynamischen Simulationen aufgeklärt. Das biosynthetische Zwischenprodukt Luchudien wurde neben dem Derivat Spiroluchuen B aus einer Enzymvariante abgefangen, die durch ortsspezifische Mutagenese erhalten wurde. Mit seinem 10‐gliedrigen Ring ist Luchudien strukturell mit Germacrenen verwandt und kann eine Cope‐Umlagerung zu Luchuelemen eingehen. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Copyright of Zeitschrift für Rheumatologie is the property of Springer Nature and its content may not be copied or emailed to multiple sites or posted to a listserv without the copyright holder's express written permission. However, users may print, download, or email articles for individual use. This abstract may be abridged. No warranty is given about the accuracy of the copy. Users should refer to the original published version of the material for the full abstract. (Copyright applies to all Abstracts.)

Die Untersuchung einer Terpensynthase aus Streptomyces subrutilus führte zur Identifizierung des hexacyclischen Sesterterpens Subrutilan sowie von acht pentacyclischen Nebenprodukten. Subrutilan stellt den ersten Fall eines gesättigten Sesterterpenkohlenwasserstoffs dar. Seine Struktur einschließlich der absoluten Konfiguration wurde durch Röntgenstrukturanalyse und stereoselektive Deuterierung eindeutig bestimmt. Der Cyclisierungsmechanismus zu Subrutilan und seinen Nebenprodukten wurde durch Isotopenmarkierungsexperimente und DFT‐Rechnungen detailliert untersucht. Die Subrutilan‐Synthase (SrS) wandelte auch (2Z)‐GFPP in ein Hauptprodukt um. Weitere Verbindungen wurden aus den Substratanaloga (7R)‐6,7‐Dihydro‐GFPP und (2Z,7R)‐6,7‐Dihydro‐GFPP mit blockierter Reaktivität in der C6−C7‐Bindung erhalten. Interessanterweise verlaufen die frühen Schritte der Cyclisierungskaskade mit (2Z)‐GFPP und den gesättigten Substratanaloga analog zu denen von GFPP, doch dann kommt es zu Abweichungen vom natürlichen Cyclisierungsmodus. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Die terpenoiden Substratanaloga (7R)‐6,7‐Dihydrogeranylgeranyldiphosphat (6,7‐Dihydro‐GGPP) und (7R)‐6,7‐Dihydrogeranylfarnesyldiphosphat (6,7‐Dihydro‐GFPP) wurden ausgehend von (S)‐Citronellol synthetisiert und enzymatisch mit neun Diterpen‐ bzw. zwei Sesterterpen‐Synthasen umgewandelt. In zwei Fällen wurden die Substratanaloga in Cyclisierungsreaktionen, die denen des nativen Substrats GGPP entsprachen, zu Diterpenen umgesetzt, während in den anderen neun Fällen die Cyclisierungskaskade unterbrochen oder umgelenkt wurde, was zu Produkten führte, die als Ruptene bezeichnet wurden. Mehrere der isolierten Ruptene stellen Deprotonierungsprodukte kationischer Intermediate dar, die Analoga der Intermediate sind, die entlang der Cyclisierungskaskaden für die nativen Substrate GGPP oder GFPP vorgeschlagen werden, und geben so Einblicke in die komplexen Reaktionsmechanismen der durch Terpensynthasen vermittelten Biosynthese. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Ein Gen, das für ein Terpensynthase‐Homolog aus Kitasatospora viridis kodiert, wurde kloniert und in Escherichia coli exprimiert. Das gereinigte rekombinante Protein besaß Aktivität als Sesterterpensynthase und wandelte Geranylfarnesyldiphosphat (GFPP) mit einer Ausbeute von 19 % effizient in den Sesterterpen‐Kohlenwasserstoff Sesterviriden A um. Enzymatische Synthese im großen Maßstab ermöglichten auch die Isolierung von zwei Nebenprodukten, die mit sehr geringen Ausbeuten von ca. 0.1 % erhalten wurden. Mehrere Derivate von Sesterviriden A wurden durch chemische Umwandlungen erhalten, wodurch die NMR‐basierten Strukturzuordnungen gesichert wurden. Die absolute Konfiguration von Sesterviriden A wurde durch chemische Korrelation unter Verwendung stereoselektiv deuterierter Vorläufer und durch Röntgenkristallographie mit anomaler Dispersion bestimmt. Der Cyclisierungsmechanismus von GFPP zu Sesterviriden A wurde detailliert durch Isotopenmarkierungsexperimente und DFT‐Berechnungen untersucht. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Die Sesterviolen‐Synthase aus Streptomyces violens wurde identifiziert und repräsentiert die zweite bekannte Sesterterpen‐Synthase aus Bakterien. Es wurden Isotopenmarkierungsexperimente in Verbindung mit DFT‐Rechnungen durchgeführt, die detaillierte Einblicke in ihren komplexen Cyclisierungsmechanismus lieferten. Enzym‐Engineering durch ortsgerichtete Mutagenese ermöglichte den Zugang zu einer hochergiebigen Enzymvariante, die sechs zusätzliche Nebenprodukte und das Hauptprodukt in ausreichenden Mengen lieferte, um seine Chemie zu untersuchen. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Unsere Suche nach neuen myxobakteriellen Naturstoffen führte zur Entdeckung der Thiamyxine, thiazol‐ und thiazolinreichen nichtribosomalen Peptid‐Polyketid‐Hybriden mit potenter antiviraler Aktivität. Vier Mitglieder dieser noch unbeschriebenen Naturstofffamilie wurden isoliert. Darunter auch ein offenkettiges Derivat, welches eine Glycerin‐Einheit am C‐Terminus trägt. Basierend auf der Analyse des Thiamyxin‐Biosythesegenclusters und unterstützt durch Fütterungsexperimente mit isotopenmarkierten Vorläufersubstanzen, beschreiben wir hier neben der Strukturaufklärung der Thiamyxine ein Biosynthesemodell. Als Besonderheit ist der Einbau eines 2‐(Hydroxymethyl)‐4‐methylpent‐3‐ensäure‐Bausteins durch die Polyketidsynthase zu nennen, die auch eine GCN5‐verwandte N‐Acetyltransferase‐Decarboxylase‐Domäne beinhaltet. Die Thiamyxine zeigen in mit Corona‐, Zika‐ und Dengue‐Virus infizierten Zellkulturmodellen eine deutliche Hemmung von RNA‐Viren. Ihre Potenz, bis zu einer halb‐maximalen Hemmkonzentration von 560 nM, in Verbindung mit milderen zytotoxischen Wirkungen auf menschliche Zelllinien, indizieren ein Potenzial für die weitere Entwicklung der Thiamyxine. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Im Folgenden beschreiben wir das aus dem Myxobakterium Corallococcus coralloides isolierte Antibiotikum Corramycin. Die lineare Peptidstruktur enthält eine bislang unbeschriebene (2R,3S)‐γ‐N‐Methyl‐β‐hydroxyhistidin‐Einheit. Corramycin weist eine anti‐Gram‐negative Aktivität gegen Escherichia coli (E. coli) auf und wird über zwei Tansportersysteme, SbmA und YejABEF, in die Zelle aufgenommen. Darüber hinaus wurde das Corramycin Biosynthese‐Gencluster (BGC) identifiziert und ein Biosyntheseweg bestimmt, welcher auf einer 12‐modularen nicht‐ribosomale Peptidsynthetase/Polyketidsynthase beruht. Die bioinformatische Analyse des BGC in Verbindung mit der Entwicklung einer Totalsynthese ermöglichte die Aufklärung der absoluten Konfiguration des Moleküls. Außerdem führte die intravenöse Verabreichung von 20–30 mg Corramycin pro kg Mausgewicht in einem E. coli‐Infektionsmodell zu einer 100 %igen Überlebensrate der Tiere ohne toxische Nebenwirkungen. Somit ist Corramycin ein vielversprechender Ausgangspunkt für die Entwicklung eines wirksamen antibakteriellen Arzneimittels gegen Krankenhausinfektionen. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Die Kristallstrukturen der Cattleyen‐Synthase (apo‐CyS) und der mit Geranylgeranylpyrophosphat (GGPP) komplexierten CyS wurden gelöst. Die CySC59A‐Variante zeigte eine erhöhte Produktion von Cattleyen und weiteren Diterpenen mit unterschiedlichen Skeletten. Ihre Struktur zeigte ein vergrößertes aktives Zentrum, was die relaxierte Selektivität erklärt. Isotopenmarkierungsexperimente offenbarten einen bemerkenswerten Cyclisierungsmechanismus, der mehrere Gerüstumlagerungen für eines der neuen Diterpene umfasst. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Von 3-Hydroxyglutamat zu Ibotensäure bedarf es zwei Oxidationsschritte (zwei Oxidasen: das Flavin-abhängige IboF und das Cytochrom P450 IboC), der Ausbildung einer Amidbindung (das Carboxyl-aktivierende Enzym IboA) und eines Ringschlusses (das Pyridoxalphosphat-abhängige Enzym IboG). Aufgrund der vermuteten Beteiligung an der Ibotensäure-Biosynthese nennen wir das gefundene Gen I iboH i - ibo als Abkürzung für die Gene des vermuteten Ibotensäure-Genclusters, und einem zusätzlichen Buchstaben für die Funktion "Hydroxylierung". Spätere Sequenzierung der DNA zeigte, dass alle für die Biosynthese gebrauchten Gene nebeneinander auf dem Chromosom liegen - der erste Biosynthese-Gencluster war gefunden. Werden die biotechnologisch veränderten Bakterien nun unter den richtigen Bedingungen kultiviert, bildet sich das Protein in großen Mengen, und es reichert sich in den Zellen an. [Extracted from the article]

Cyanobakterielle Genome weisen eine Vielzahl unbekannter Biosynthesewege für komplexe Naturstoffe auf, allerdings sind die Besonderheiten, die die Entdeckung und Nutzung unbekannter Stoffwechselwege einschränken, nicht hinreichend verstanden. Hier beschreiben wir die Entdeckung zweier von der Zelldichte abhängiger chemischer Mediatoren, Nostoclid und Nostovalerolacton, welche im symbiotischen Modellstamm Nostoc punctiforme vorkommen und demonstrieren ihren ausgeprägten Einfluss auf die Regulation des spezialisierten Stoffwechsels. Mithilfe von Transkriptions‐, Bioinformatik‐ und Markierungsstudien konnten wir die Biosynthese der beiden Polyketid‐Mediatoren zwei benachbarten biosynthetischen Genclustern zuordnen. Unsere Ergebnisse geben einen Einblick in die Produktionsmechanismen spezialisierter Metabolite und liefern wertvolle Erkenntnisse für das Genomic Mining und die Hochtiter‐Produktion von cyanobakteriellen bioaktiven Substanzen. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

(Prä‐)Anthrachinone sind weit verbreitete Naturstoffe, die in Pflanzen, Pilzen und Mikroorganismen vorkommen und deren biosynthetischer Vorläufer das Atrochryson (1) ist. Chemische Analysen zeigten, dass Pilze der Gattung Cortinarius – die Schleierlinge – Produzenten von Octaketid‐Farbstoffen sind, die sich von 1 ableiten. Neuere genomische Daten lieferten jedoch keine Hinweise auf bekannte Atrochrysonsäure (4)‐Synthasen oder andere Polyketidsynthasen (PKSs), die oligocyclische Metabolite produzieren. Hier beschreiben wir eine neuartige Klasse von nicht‐reduzierenden Polyketidsynthasen (NR‐PKS). In vitro‐Versuche mit rekombinantem Enzym, verbunden mit Produktbildung in vivo im heterologen Wirt Aspergillus niger zeigten, dass CoPKS1 und CoPKS4 aus C. odorifer einer neuen Klasse von Atrochrysonsäuresynthasen angehören. CoPKS4 wies sowohl Hepta‐ als auch Octaketidsynthaseaktivität auf und katalysierte neben 4 auch die Bildung von 6‐Hydroxymusizin (6). Diese ersten PKSs für oligocyclische Produkte aus Ständerpilzen (Basidiomyceten) illustrieren, wie sich die Biosynthese bioaktiver Naturstoffe in verschiedenen Organismengruppen unabhängig voneinander entwickelte. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Im Artikel werden didaktisch nützliche Informationen zu Eigenschaften, (Bio)synthese und Anwendungen der L-2-Amino-3-phosphonopropionsäure (AP-3) zusammengestellt. Das Material ist zur Ergänzung chemischer Grundlagenvorlesungen im Hochschulbereich, aber ggf. auch für spezialisiertere Unterrichtseinheiten gedacht und einsetzbar.

Currently, there is a growing demand to replace the compounds in a given product that are of a petroleum origin with renewable resources. One of these compounds, called fatty acid (FA), is the main component of vegetable oils. FA composition is not only responsible for the physicochemical properties of plant oils, but it also determines their uses. For example, since time immemorial, products containing lipids have been used for lighting and heating purposes. They are also excellent lubricants and possess drying properties important molecules for painting, and wood preservation. In terms of nutrition, they have a high-energy content, are part of our daily health requirements, and are used for animal feed. We present here some lipids of interest, the plants that produce them naturally with high yield, the enzymes responsible for their synthesis when known, and their possible uses, as well as resources and ways that could allow the lipids of interest to be produced in quantity in different hosts. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Das kürzlich beschriebene Rhizolutin und Collinolacton, das aus Streptomyces Gö 40/10 isoliert wurde, besitzen dasselbe neuartige Kohlenstoffgerüst. Analysen mittels NMR und Kristallstrukturanalyse belegen die Struktur von Collinolacton und machen eine Korrektur der Stereochemie von Rhizolutin erforderlich. Fütterungsexperimente mit isotopenmarkierten Vorstufen zeigen, dass Collinolacton über eine Typ‐I‐Polyketidsynthase mit anschließender Baeyer‐Villiger‐Oxidation synthetisiert wird. CRISPR‐basierte genetische Arbeiten führten zur Entdeckung des Genclusters und einem optimierten Produktionsstamm. Chemische Semisynthesen lieferten Derivate von Collinolacton, welche die Viabilität von L929‐Zellen reduzieren. Fluoreszenzmikroskopie zeigte, dass diese Derivate während der Zellteilung monopolare Spindeln induzieren. Dem beschriebenen Schutz von Rhizolutin gegen Alzheimer folgend studierten wir die neuroprotektiven Eigenschaften von Collinolacton und dessen Derivaten an Glutamat‐sensitiven Zellen (HT22). Tatsächlich zeigt Collinolacton eine Schutzwirkung gegen intrazellulären oxidativen Stress. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Eine erneute Untersuchung der Linaloolsynthase aus Chryseobacterium polytrichastri zeigte dessen Aktivität als Diterpensynthase, wodurch neben Wanju‐2,5‐dien und Thunbergol Polytrichastren A und Polytrichastrol A mit neuen Skeletten erhalten wurden. Der Enzymmechanismus wurde durch Isotopenmarkierungsexperimente und DFT‐Rechnungen untersucht, um eine ungewöhnliche Ethylgruppenbildung zu studieren. Rational ausgewählte Austausche von Residuen des aktiven Zentrums führten zu bedeutenden Funktionsänderungen und resultierten für I66F zur Produktion fünf weiterer neuer Verbindungen, einschließlich Polytrichastren B und Polytrichastrol B, während A87T, A192V und der doppelte Austausch A87T,A192V eine Produktverschiebung zu Wanju‐2,5‐dien ergaben. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Die nicht‐kanonische Terpencyclase AsR6 ist für die Bildung von 2E,6E,9E‐Humulen während der Biosynthese des Tropolonsesquiterpenoids (TS) Xenovulene A verantwortlich. Die ligandfreie Kristallstruktur von AsR6 und die Struktur im Komplex mit Thiolodiphosphat und dem cyclisierten Reaktionsprodukt offenbaren ein neues Farnesyldiphosphat‐Bindungsmotiv. Dieses besteht aus einem binuklearen Mg2+‐Cluster und der essenziellen Aminosäure K289 und es ist in allen an der TS‐Bildung beteiligten Humulen‐Synthasen konserviert. Struktur‐geleitete ortsgerichtete Mutagenese von AsR6 und dem homologen Enzym EupR3 identifiziert eine einzelne Aminosäure, L285/M261, die die Produktion von entweder 2E,6E,9E‐ oder 2Z,6E,9E‐Humulen bestimmt. Ein möglicher Mechanismus für die beobachtete Stereoselektivität wurde mit verschiedenen Isoprenoiden untersucht und die Ergebnisse zeigen, dass M261 die Kontrolle über die Produktbildung hat. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Eine durch Bioassay geleitete Fraktionierung führte zur Isolierung von Hangtaimycin (HTM) aus Streptomyces spectabilis CCTCC M2017417 und zur Entdeckung seiner hepatoprotektiven Eigenschaften. Die Strukturaufklärung per NMR zeigte die Notwendigkeit einer Strukturrevision. Ein putatives Abbauprodukt von HTM wurde ebenfalls isoliert und dessen Struktur wurde durch Totalsynthese bestätigt. Der Biosynthesegencluster wurde identifiziert und entspricht einer hybriden trans‐AT‐PKS/NRPS Biosynthesemaschinerie, dessen erstes PKS‐Enzym ein internes dehydatisierendes Bimodul enthält, welche in anderen trans‐AT PKSs üblicherweise gespalten vorliegen. Die Mechanismen solcher dehydatisierender Bimodule wurden oft vorgeschlagen, aber niemals genau untersucht. Hier präsentieren wir in vivo‐Mutationen und enzymatische in vitro‐Experimente, die erste und detaillierte Einblicke in die Katalyse durch dehydatisierende Bimodule geben. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Die diversen Mikroorganismen, die Naturstoffe produzieren, sind eine wichtige Quelle für neuartige Therapeutika, Arzneimittelkandidaten und wissenschaftliche Hilfsmittel. Der allergrößte Teil der mikrobiellen Vielfalt konnte jedoch nicht axenisch kultiviert werden und gehört komplexen Lebensgemeinschaften an. Während meta′omische Methoden wie Metagenomik, ‐transkriptomik und ‐proteomik kollektive molekulare Merkmale der "mikrobiellen dunklen Materie" identifizieren, kann die Untersuchung einzelner Mikrobiom‐Bakterien eine Herausforderung sein. Um diese Limitierungen zu überwinden, wurden in den letzten eineinhalb Jahrzehnten mehrere Techniken für das Studium einzelner Bakterienzellen entwickelt. Während verschiedene dieser Methoden in der mikrobiellen Ökologie Verbreitung finden, werden sie bisher weniger häufig in der Naturstoffforschung eingesetzt. In diesem Aufsatz stellen wir die verfügbaren und neu aufkommenden Techniken für die gezielte Einzelzellanalyse vor, mit einem besonderen Schwerpunkt auf Anwendungen in der Entdeckung und Untersuchung von Naturstoffen. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Wir beschreiben ein neues, 209,7 kbp umfassendes Plasmid aus Sandaracinus sp. MSr10575 (pSa001), das ein kryptisches Sekundärmetabolit‐Biosynthese‐Gencluster (BGC) trägt. Die Aktivierung dieses BGC durch Austausch der nativen Promotorsequenz mittels homologer Rekombination gegen ein Vanillat‐induzierbares System führte zu Produktion, Isolierung und Strukturaufklärung einer neuartigen Sekundärmetabolitenfamilie – der Sandarazole A–G. Sie besitzen faszinierende Strukturmerkmale und reaktive funktionelle Gruppen, wie etwa ein α‐chloriertes Keton, ein Epoxyketon und einen (2R)‐2‐Amino‐3‐(N,N‐dimethylamino)propionsäure‐Baustein. Die Untersuchung ihrer Biosynthese erlaubte den Vorschlag eines schlüssigen Biosynthesemodells, das mehrere ungewöhnliche Schritte umfasst. Das chlorierte Sandarazol C zeigte einen IC50‐Wert von 0,5 μm gegen HCT‐116‐Zellen und eine MHK von 14 μm gegen Mycobacterium smegmatis, was auf eine Funktion der Sandarazole als defensive Sekundärmetabolite oder Toxine hinweist. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Eine neue Diterpensynthase aus dem Actinomyceten Catenulispora acidiphila wurde identifiziert und die Strukturen ihrer Produkte wurden aufgeklärt, einschließlich der absoluten Konfigurationen, die durch enantioselektive Deuterierung ermittelt wurden. Der Mechanismus der kationischen Terpencyclisierungskaskade wurde mit isotopenmarkierten Substraten und mit Substratanaloga mit partiell blockierter Reaktivität studiert. Letztere lieferten Abbruchprodukte, die detaillierte Einblicke in die Intermediate entlang der Kaskadenreaktion gaben. Untersuchungen zu ihrer Chemie erlaubten die biomimetische Synthese eines diterpenoiden Analogons eines bromierten Sesquiterpens aus der Rotalge Laurencia microcladia. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

In addition to the major fatty acids widely studied, our diet contains many bioactive fatty acids less frequently investigated such as n-3 docosapentaenoic acid (n-3 DPA), natural trans fatty acids, conjugated fatty acids (CLAs), furan fatty acids (FuFAs), branched chain fatty acids (BCFAs) and fatty acid esters of hydroxyl fatty acids (FAHFAs). Many of them may have beneficial health effects, particularly in the prevention of cardiovascular diseases, inflammation and metabolic disorders such as diabetes. This review aims to give a brief overview of the current knowledge on these lipids. Thus, information about biosynthesis, food and tissue content, daily intake, biological and potential health effects of these fatty acids is provided. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Tropolon‐Sesquiterpenoide (TS) sind eine faszinierende Familie biologisch aktiver pilzlicher Meroterpenoide, die durch eine einzigartige intermolekulare Hetero‐Diels‐Alder (hDA)‐Reaktion zwischen Humulen und Tropolonen entstehen. Hier berichten wir über die kombinatorische Biosynthese einer Reihe beispielloser Analoga von Pycnidione 1 und Xenovulene A 2. In einem systematischen auf synthetischer Biologie basierendem Ansatz haben wir Gene aus drei Biosynthesegenclustern (Pycnidione 1, Xenovulene A 2 und Eupenifeldin 3) im pilzlichen Wirt Aspergillus oryzae NSAR1 rekombiniert. Das rationale Design der rekonstituierten Biosynthesewege ermöglichte die Kontrolle über die Anzahl der stattfindenden hDA‐Reaktionen, die chemische Natur der kondensierten Polyketideinheit (Tropolono‐ vs. Monobenzopyranyl) und den Hydroxylierungsgrad. Die Bildung unerwarteter Monobenzopyranylsesquiterpenoide wurde mithilfe von Isotopenfütterungsstudien untersucht und führte zur Entdeckung einer neuen und höchst ungewöhnlichen oxidativen Ringkontraktion. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Zwei bakterielle Diterpensynthasen (DTS) aus Chryseobacterium wurden charakterisiert. Das erste Enzym ergab die neue Verbindung Chryseodien, die nahe mit den Fusicoccan‐Diterpenen aus Pilzen verwandt ist, allerdings ist ihr experimentell und computerchemisch studierter Cyclisierungsmechanismus fundamental unterschiedlich zum Mechanismus der Fusicoccadien‐Synthase. Das zweite Enzym produzierte Wanjudien, einen Diterpenkohlenwasserstoff mit neuem Skelett, neben Spuren des Enantiomers von Bonnadien, das jüngst in Allokutzneria albata entdeckt wurde. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Sulfur‐based homolytic substitution (SH reaction) plays an important role in synthetic chemistry, yet whether such a reaction could occur on the positively charged sulfonium compounds remains unknown. In the study of the anaerobic coproporphyrinogen III oxidase HemN, a radical S‐adenosyl‐l‐methionine (SAM) enzyme involved in heme biosynthesis, we observed the production of di‐(5′‐deoxyadenosyl)methylsulfonium, which supports a deoxyadenosyl (dAdo) radical‐mediated SH reaction on the sulfonium center of SAM. The sulfonium‐based SH reactions were then investigated in detail by density functional theory calculations and model reactions, which showed that this type of reactions is thermodynamically favorable and kinetically competent. These findings represent the first report of sulfonium‐based SH reactions, which could be useful in synthetic chemistry. Our study also demonstrates the remarkable catalytic promiscuity of the radical SAM superfamily enzymes. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

A spider‐transmitted fungus (Rhizopus microsporus) that was isolated from necrotic human tissue was found to harbor endofungal bacteria (Burkholderia sp.). Metabolic profiling of the symbionts revealed a complex of cytotoxic agents (necroximes). Their structures were characterized as oxime‐substituted benzolactone enamides with a peptidic side chain. The potently cytotoxic necroximes are also formed in symbiosis with the fungal host and could have contributed to the necrosis. Genome sequencing and computational analyses revealed a novel modular PKS/NRPS assembly line equipped with several non‐canonical domains. Based on gene‐deletion mutants, we propose a biosynthetic model for bacterial benzolactones. We identified specific traits that serve as genetic handles to find related salicylate macrolide pathways (lobatamide, oximidine, apicularen) in various other bacterial genera. Knowledge of the biosynthetic pathway enables biosynthetic engineering and genome‐mining approaches. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Bacterial trans‐acyltransferase polyketide synthases (trans‐AT PKSs) are multimodular megaenzymes that biosynthesize many bioactive natural products. They contain a remarkable range of domains and module types that introduce different substituents into growing polyketide chains. As one such modification, we recently reported Baeyer–Villiger‐type oxygen insertion into nascent polyketide backbones, thereby generating malonyl thioester intermediates. In this work, genome mining focusing on architecturally diverse oxidation modules in trans‐AT PKSs led us to the culturable plant symbiont Gynuella sunshinyii, which harbors two distinct modules in one orphan PKS. The PKS product was revealed to be lobatamide A, a potent cytotoxin previously only known from a marine tunicate. Biochemical studies show that one module generates glycolyl thioester intermediates, while the other is proposed to be involved in oxime formation. The data suggest varied roles of oxygenation modules in the biosynthesis of polyketide scaffolds and support the importance of trans‐AT PKSs in the specialized metabolism of symbiotic bacteria. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Vibralactone is isolated from the basidiomycete fungus Boreostereum vibrans as one of the strongest lipase inhibitors. Its unusual β‐lactone‐fused bicycle is derived from an aryl ring moiety by an oxidative ring‐expansion prior to an intramolecular cyclization. Herein, we report the discovery of the cyclase VibC which belongs to the α/β‐hydrolase superfamily and is involved in the vibralactone biosynthesis. Biochemical and crystal studies suggest that VibC may catalyze an aldol or an electrocyclic reaction initiated by the Ser‐His‐Asp catalytic triad. For the aldol and pericyclic chemistry in living cells, VibC is a unique hydrolase performing the carbocycle formation of an oxepinone to a fused bicyclic β‐lactone. This presents a naturally occurring, new enzymatic reaction in both aldol and hydrolase (bio)chemistry that will guide future exploitation of these enzymes in synthetic biology for chemical‐diversity expansion of natural products. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

The folding and cyclization of poly‐β‐carbonyl chains controlled by the intricate enzymatic polyketide synthase machinery results in a remarkable diversity of aromatic natural products. Synthetic methods that allow for the preparation of highly reactive polyketide chains while governing their folding in ensuing cyclizations likewise lead to versatile divergent preparations of aromatic scaffolds valuable for numerous applications. Although biomimetic polyketide cyclizations have repeatedly been applied in the total synthesis of polyphenol natural products, their utility for the preparation of the broad range of polyaromatic architectures has yet to reach its full potential. This Minireview highlights some of the virtues of applying polyketide logic to the retrosynthetic analysis of polycyclic aromatic scaffolds, the increasing accessibility of precursors, and the potential of small‐molecule catalysts for controlling polyketide cyclizations to provide polyaromatic scaffolds. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

The sorbicillinoids are a class of biologically active and structurally diverse fungal polyketides arising from sorbicillin. Through co‐expression of sorA, sorB, sorC, and sorD from Trichoderma reesei QM6a, the biosynthetic pathway to epoxysorbicillinol and dimeric sorbicillinoids, which resemble Diels–Alder‐like and Michael‐addition‐like products, was reconstituted in Aspergillus oryzae NSAR1. Expression and feeding experiments demonstrated the crucial requirement of the flavin‐dependent monooxygenase SorD for the formation of dimeric sorbicillinoids, hybrid sorbicillinoids, and epoxysorbicillinol in vivo. In contrast to prior reports, SorD catalyses neither the oxidation of 2′,3′‐dihydrosorbicillin to sorbicillin nor the oxidation of sorbicillinol to oxosorbicillinol. This is the first report that both the intermolecular Diels–Alder and Michael dimerization reactions, as well as the epoxidation of sorbicillinol are catalysed in vivo by SorD. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Butenolides are well‐known signaling molecules in Gram‐positive bacteria. Here, we describe a novel class of butenolides isolated from a Gram‐negative Pseudomonas strain, the styrolides. Structure elucidation was aided by the total synthesis of styrolide A. Transposon mutagenesis enabled us to identify the styrolide biosynthetic gene cluster, and by using a homology search, we discovered the related and previously unknown acaterin biosynthetic gene cluster in another Pseudomonas species. Mutagenesis, heterologous expression, and identification of key shunt and intermediate products were crucial to propose a biosynthetic pathway for both Pseudomonas‐derived butenolides. Comparative transcriptomics suggests a link between styrolide formation and the regulatory networks of the bacterium. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Azaphilones are a family of fungal polyketide metabolites with diverse chemical structures and biological activities with a highly oxygenated pyranoquinone bicyclic core. Here, a class of azaphilones possessing a 6/6/6/6 tetracyclic ring system was identified in Aspergillus terreus, and exhibited potential anticancer activities. The gene deletions and biochemical investigations demonstrated that these azaphilones were collaboratively synthesized by two separate clusters containing four core‐enzymes, two nonreducing PKSs, one highly reducing PKS, and one NRPS‐like. More interestingly, we found that the biosynthesis is coordinately regulated by a crosstalk mechanism between these two gene clusters based on three transcriptional factors. This is a meaningful mechanism of fungal secondary metabolism, which allows fungi to synthesize more complex compounds and gain new physiological functions. The results provide a new insight into fungal natural product biosynthesis. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

C–S bond formation reactions are widely distributed in the biosynthesis of biologically active molecules, and thus have received much attention over the past decades. Herein, we report intramolecular C–S bond formation by a P450 monooxygenase, TleB, which normally catalyzes a C−N bond formation in teleocidin biosynthesis. Based on the proposed reaction mechanism of TleB, a thiol‐substituted substrate analogue was synthesized and tested in the enzyme reaction, which afforded the unprecedented sulfur‐containing thio‐indolactam V, in addition to an unusual indole‐fused 6/5/8‐tricyclic product whose structure was determined by the crystalline sponge method. Interestingly, conformational analysis revealed that the SOFA conformation is stable in thio‐indolactam V, in sharp contrast to the major TWIST form in indolactam V, resulting in differences in their biological activities. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Atherosclerosis (AS) is a major contributor to cardiovascular diseases worldwide, and alleviating inflammation is a promising strategy for AS treatment. Here, we report molecularly engineered M2 macrophage‐derived exosomes (M2 Exo) with inflammation‐tropism and anti‐inflammatory capabilities for AS imaging and therapy. M2 Exo are derived from M2 macrophages and further electroporated with FDA‐approved hexyl 5‐aminolevulinate hydrochloride (HAL). After systematic administration, the engineered M2 Exo exhibit excellent inflammation‐tropism and anti‐inflammation effects via the surface‐bonded chemokine receptors and the anti‐inflammatory cytokines released from the anti‐inflammatory M2 macrophages. Moreover, the encapsulated HAL can undergo intrinsic biosynthesis and metabolism of heme to generate anti‐inflammatory carbon monoxide and bilirubin, which further enhance the anti‐inflammation effects and finally alleviate AS. Meanwhile, the intermediate protoporphyrin IX (PpIX) of the heme biosynthesis pathway permits the fluorescence imaging and tracking of AS. [ABSTRACT FROM AUTHOR]