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.
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 FlexikonGeosmin – Wikipedia ArtikelStreptomyces – Wikipedia ArtikelUnterschiedliche Aktinomyceten auf Agarplatten; Quelle: Wirkstoffradio.
Aufgaben der Aktinomyceten
Kompostierung – Wikipedia Artikelsessil – Spektrum der Wissenschaftwissenschaftlicher 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 ArtikelCellulasen – Wikipedia ArtikelChitotriosidase oder Chitinase – Wikipedia ArtikelCellulose – Wikipedia ArtikelChitin – Wikipedia ArtikelEinteilung der Aktinomyceten
Frankiaceae – Lexikon der BiologieMykobakterien – Wikipedia ArtikelMycobacterium tuberculosis – Wikipedia ArtikelCorynebacterium – Wikipedia ArtikelCorynebacterium diphtheriae – Wikipedia ArtikelVerwendung der Aktinomyceten
Lipasen – Wikipedia ArtikelProteinase – DocCheck FlexikonSekundärmetaboliten – Wikipedia ArtikelAntivirale Substanzen – Wikipedia ArtikelImmunsuppressiva – Wikipedia ArtikelZytotoxizität – Wikipedia ArtikelWas ist ein Sekundärmetabolit
Primärstoffwechsel – DocCheck FlexikonGlykolyse – Wikipedia ArtikelCitratzyklus – Wikipedia ArtikelGlucose – Wikipedia ArtikelSekundaerstoffwechsel – Lexikon der BiologieCarotinoide – Wikipedia ArtikelPigmente – Wikipedia ArtikelToxin – Wikipedia ArtikelΓ-Butyrolacton – Wikipedia ArtikelStruktur von gamma-Butyrolacton; Quelle: Chem Sim 2001, Public domain, via Wikimedia Commons.
Beispiele für Antibiotika aus Aktinomyceten
Penicillium notatum – Wikipedia ArtikelSelman Abraham Waksman – Wikipedia ArtikelActinomycin – Wikipedia ArtikelStreptomyces antibioticus – Wikipedia Artikel (englisch)Streptomycin – Wikipedia ArtikelVancomycin – Wikipedia ArtikelTeicoplanin – Wikipedia ArtikelErythromycin – Wikipedia ArtikelTetracyclin – Wikipedia ArtikelRechnerische Wirkstoffkapazität
Streptomyces coelicolor – Wikipedia ArtikelGen-Cluster – Wikipedia ArtikelBioinformatik – Wikipedia ArtikelActinorhodin – Wikipedia Artikel (englisch)Undecylprodigiosin – Wikipedia Artikel (englisch)Gezielter Start einer Antibiotika-Biosynthese
Aufreinigung – Wikipedia ArtikelStrukturaufklärung (Charakterisierung) – Wikipedia ArtikelPlatten 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
Looking for new antibiotics – Pressemitteilung der DSMZ zu SARPs (englisch)Polyketide – Wikipedia ArtikelNichtribosomales Peptid – Wikipedia ArtikelΒ-Lactam-Antibiotika – Wikipedia ArtikelGrundstruktur 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
Uncovering the hidden biosynthetic potential of actinomycetes by SARP activation for drug discovery – Pressemittelung der DSMZ zu SARPs (englisch)Wie funktioniert eine genetische Steuerung?
Strukturgen – Wikipedia ArtikelRegulatorgen – Wikipedia ArtikelResistenzgen – Wikipedia ArtikelΒ-Lactamasen – Wikipedia ArtikelExkurs Cephalosporin-Biosythese
Streptomyces clavuligerus – Wikipedia ArtikelCephalosporine – Wikipedia ArtikelClavulansäure – Wikipedia ArtikelStruktur der Clavulansäure; Quelle: Mysid, Public domain, via Wikimedia Commons
Promotoren
Promotor (Genetik) – Wikipedia ArtikelRNA-Polymerasen – Wikipedia ArtikelTranskription (Biologie) – Wikipedia ArtikelOperon – Wikipedia ArtikelAnwendung im Labor
Plasmid – Wikipedia Artikelwissenschaftlicher 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/md16070244wissenschaftlicher 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-ySeltene Erden – Wikipedia ArtikelRepressor – Wikipedia ArtikelTransfer-Organismus
Escherichia_coli (eColi) – Wikipedia ArtikelWie viele SARPS gibt es?
Proteindomäne – Wikipedia ArtikelATPasen – Wikipedia ArtikelWeitere spannende Sekundärmetaboliten
Genetic Engineering – Wikipedia Artikel (englisch)Genome Mining – Wikipedia Artikel (englisch)Phosphonate – Wikipedia ArtikelEinfache Metaboliten wie Phenylglycin
Nichtproteinogene Aminosäuren – Wikipedia ArtikelΑ-Phenylglycin – Wikipedia ArtikelPristinamycin – Wikipedia ArtikelKatalyse – Wikipedia ArtikelStruktur von Phenylglycine; Quelle: Jü, Public domain, via Wikimedia Commons.
Der Weg zur Fermentation
Fermentation – Wikipedia ArtikelAminotransferasen – Wikipedia ArtikelEntdeckung der Pristinamycin Gencluster
Pristinamycine – Wikipedia ArtikelPristinamycin – ein natürliches Kombi-Präparat
Bakteriostatisch – DocCheck FlexikonBakteriostatikum – Wikipedia ArtikelBakterizid – Wikipedia ArtikelSARPS als Schalter
Streptomyces lividans – microbewikiUndecylprodigiosin – Wikipedia ArtikelStruktur von Undecylprodigiosin; Quelle: Ed (Edgar181), Public domain, via Wikimedia Commons
Wie werden SARPS reguliert?
TetR – Wikipedia ArtikelRepressor – Wikipedia ArtikelSignalkaskade – DocCheck FlexikonAufnahme neuer Species in die Sammlung
Internationales Journal für systematische und evolutionäre Mikrobiologie (IJSEM) – Wikipedia ArtikelIJSEM – HomepageTaxonomie – Wikipedia ArtikelPflanzenvirus – Wikipedia ArtikelZellkultur – Wikipedia ArtikelAnaerobie – Wikipedia ArtikelInformationen zur Aufnahme in die Sammlung
Phylogenese – Wikipedia ArtikelWas ist eine 16S Analyse?
16S ribosomal RNA – Wikipedia Artikel (englisch)Ausschluss gefährlicher Mikroorganismen
Pathogenität – Wikipedia ArtikelBiologische Schutzstufe – Wikipedia ArtikelBiologische Risikogruppe 2 – Wikipedia ArtikelBiologische Schutzstufe 2 – Wikipedia ArtikelYersinia – Wikipedia ArtikelBordetellen – Wikipedia ArtikelDie Sammlung: Konservierung, Anzucht und Verteilung
Kryokonservierung – Wikipedia ArtikelGefriertrocknung – Wikipedia ArtikelGefriertrocknung am DSMZ, Yvonne erklärt, wie Kulturen konserviert werden; Quelle: Wirkstoffradio.
Die Strukturierung der Sammlung
Sammlung der DSMZ – HomepagePilze – Wikipedia ArtikelHefen – Wikipedia ArtikelBakteriophagen – Wikipedia ArtikelVorbereitung von Probenröhrchen im Labor; Quelle: Wirkstoffradio.
Weitere Abteilungen der DSMZ
Mikroorganimen – HomepageHumane Zelllinien – HomepageYvonne und die Aktinomyceten
Interfakultäres Institut für Mikrobiologie und Infektionsmedizin – HomepageMikrobiologie/Biotechnologie; Prof. Dr. Wolfgang Wohlleben (Emeritus-Arbeitsgruppe) – HomepageYvonnes Studium
Fachbereich Biologie – Universität TübingenWechsel nach Braunschweig ans DSMZ
TU-Braunschweig – HomepageScience Campus Braunschweig-Süd – HomepageYvonne am robotischen Lagerautomaten des DSMZ; Quelle: Wirkstoffradio.
Yvonnes Lieblingsmolekül
Pristinamycin – Wikipedia ArtikelStreptogramine – Wikipedia ArtikelStruktur 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.
Wir freuen uns immer über Feedback: per Mail unter [email protected], in den Kommentaren unter den einzelnen Episoden, über Twitter @wirkstoffradio, bei Mastodon unter @[email protected] oder auch als Bewertung bei iTunes/Apple-Podcasts oder panoptikum.social.
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Bernd Rupp
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