Prof. Dr. rer. nat. Elke Dittmann

• Thiazolstrukturen in Cyanobakterien - Evolutionäre Zusammenhänge zwischen Cyanobakterien und Myxobakterien (I)

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• Cyanobakterielle nichtribosomale Peptide als Signalmoleküle (I)

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  Microcystin ist ein Hepatotoxin, das von verschiedenen Gattungen von Cyanobakterien, vor allem aber Microcystis, Planktothrix und Anabaena gebildet wird. Das Toxin wird nichtribosomal mit Hilfe eines riesigen Enzymkomplexes synthetisiert (McyA-J). Die Funktion des Microcystins sowie generell von nichtribosomalen Peptiden für die produzierenden Cyanobakterien ist bislang kaum verstanden. Unsere eigenen Daten von Versuchen mit Microcystis deuten auf einen lichtabhängigen Transport der Toxine und eine anschließende Autoinduktion der Microcystinbiosynthesegene in Microcystis. Zugabe von Spuren von Microcystin zum Medium führen darüber hinaus zu veränderter Expression verschiedener Gene, einschließlich von Schlüsselenzymen des Primärstoffwechsels. Wir fanden weiterhin lichtabhängige Effekte von Microcystin bzw. Microcystin-abhängigen Medienfaktoren auf die Microcystis Koloniemorphologie. Alle diese Daten verweisen erstmalig auf eine Signalfunktion eines nichtribosomalen Peptids. Das Genomprojekt für den toxischen Microcystis-Stamm PCC 7806 befindet sich derzeit in der finishing-Phase. Damit bietet sich ein Modellsystem, um systematisch die Zielgene eines Microcystinsignals zu erfassen, die Dynamik des postulierten signalings auf Transkriptionsebene zu zeigen, die Interaktion mit weiteren Peptidsignalen zu untersuchen und die Auswirkungen auf den Phänotyp, insbesondere auf die Koloniebildung zu analysieren.

• Thiazolstrukturen in Cyanobakterien - Evolutionäre Zusammenhänge zwischen Cyanobakterien und Myxobakterien (II)

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  Cyanobacteria produce a manyfold spectrum of unique secondary metabolites, but they also produce metabolites that indicate a relationship to myxobacterial compounds. A prominent example for such a structural homology are the mirabazoles and tantazoles, polythiazolines isolated from the terrestric cyanobacterium Scytonema mirabile that show high similarity to thiangazoles from Polyangium spec. Further indication for a relationship between myxobacterial and cyanobacterial polyketide synthases (PKS) and nonribosomal peptide synthetases (NRPS) arises from analyses of the genome of the terrestric cyanobacterial strain Nostoc punctiforme. The genome of this symbiotic cyanobacterial strain, in contrast to other cyanobacterial genomes, possesses a remarkable number of genes encoding PKSs and NRPSs with high similarities to myxobacterial enzymes. One of the gene clusters encodes a biosynthesis complex that presumably synthesises a polyketide structure containing a thiazole moiety. The aims of this project are to show 1) Is there a structural relationship between the cyanometabolite and known myxobacterial metabolites? 2) How similar are mechanistic and biochemical features of such related biosynthesis enzymes 3) Are similar biosynthetic pathways in different bacteria under the control of similar regulatory elements? 4) Can we draw general conclusions about the evolution of bacterial PKS and NRPS pathways from that?

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