Biosynthese weit verbreiteter Pigmente aus Bakterien aufgeklärt

Arylpolyene dienen als Schutz vor oxidativem Stress

  • Biosynthese des in Bakterien sehr weit verbreiteten gelben Arylpolyen-Schutzpigmente aus einfachen Vorstufen. Bild: Maximilian Schmalhofer.Biosynthese des in Bakterien sehr weit verbreiteten gelben Arylpolyen-Schutzpigmente aus einfachen Vorstufen. Bild: Maximilian Schmalhofer.

Bakterien können sich mithilfe bestimmter Naturstoffe, die sie in ihrer Membran tragen, gegen den Angriff freier Radikale schützen. Die Biosynthese eines der am weitesten verbreiteten Schutzpigmente, das auch für die Medizin oder die Kosmetik-Industrie von Interesse sein könnte, haben Forschende der Goethe-Universität und der TU München nun aufgeklärt.

Arylpolyene sind gelbe Pigmente, die sowohl von freilebenden Bakterien als auch von Bakterien im menschlichen Darm oder in anderen ökologischen Nischen produziert werden. Eingelagert in die Membran der Bakterien dienen sie als Schutz vor oxidativem Stress beziehungsweise vor reaktiven Sauerstoff-Spezies. Letztere können die Zellen schädigen und müssen somit abgefangen werden. 

Biosynthese von gelben Pigmenten aufgeklärt

Bisher wusste man zwar, welche Proteine für die Bildung der Arylpolyene verantwortlich sind, jedoch war unklar, wie sie die gelben Pigmente erzeugen. Die Arbeitsgruppe Molekulare Biotechnologie von Prof. Helge Bode (Goethe-Universität Frankfurt) konnte nun in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe von Juniorprofessorin Nina Morgner (Fachbereich Chemie der Goethe-Universität) und Prof. Michael Groll (Technische Universität München) die Biosynthese der Arylpolyene im Reagenzglas nachstellen und so die Funktion einzelner Biosyntheseschritte aufklären. 

„Arylpolyene erfüllen ähnliche anti-oxidative Eigenschaften wie Carotinoide, werden aber komplett anders hergestellt“, erläutert Gina Grammbitter, die dieses System im Rahmen ihrer Doktorarbeit untersucht hat. „Ihre Biosynthese ähnelt stark der Bildung von Fettsäuren, weist aber auch Unterschiede dazu auf“, ergänzt Nina Morgner. „Zusammen mit der Arbeitsgruppe von Michael Groll konnten wir ungewöhnliche Komplexe der beteiligten Proteine identifizieren und ihre Struktur bestimmen“. 

Nur ein Teil des Ganzen

Wie die Forschenden in der aktuellen Ausgabe des Journal of the American Chemical Society zeigen, werden Arylpolyene über einen neuartigen Biosyntheseweg hergestellt und sind vermutlich direkt in der Membran der Bakterien lokalisiert.

Allerdings sind Arylpolyene nur ein Teil eines deutlich größeren Naturstoffs: „Was jetzt noch fehlt, sind Aufbau und Bildung dieser Gesamtstruktur“, erklärt Gina Grammbitter, die sich derzeit genau mit dieser Frage beschäftigt. 

Die Forschung auf diesem Gebiet geht also weiter. In einem nächsten Schritt gilt es nun, das Zusammenwirken der einzelnen Enzyme und die Rolle der Arylpolyene z.B. im Mikrobiom des Menschen zu untersuchen. Auch könnten Arylpolyene aufgrund ihrer anti-oxidativen Eigenschaften für die Kosmetikindustrie von Interesse sein. 

Originalpublikation:
Grammbitter GLC, Schmalhofer M, Karimi K, Schöner TA, Tobias NJ, Morgner N, Groll M, Bode HB: An Uncommon Type II PKS Catalyzes Biosynthesis of Aryl Polyene Pigments, J Am Chem Soc. (2019); DOI: [10.1021/jacs.8b10776].

Weitere Informationen:

Goethe Universität Frankfurt

 

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