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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:bsz:291-scidok-69601
URL: http://scidok.sulb.uni-saarland.de/volltexte/2017/6960/


Identification and characterization of new proteins from Bacillus megaterium for biotechnological and pharmaceutical applications

Identifizierung und Charakterisierung neuer Proteine aus Bacillus megaterium für biotechnologische und pharmazeutische Anwendungen

Milhim, Mohammed

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SWD-Schlagwörter: Cytochrom P-450 , Oxidoreductasen , Dehydrogenasen
Freie Schlagwörter (Deutsch): Oxidoreduktasen , Cytochrom P450 , Cytochrom P450 Reduktase , Hydroxysteroid-Dehydrogenase , Bacillus megaterium
Freie Schlagwörter (Englisch): oxidoreductases , cytochrome P450 , cytochrome P450 reductase , hydroxysteroid-dehydrogenase , bacillus megaterium
Institut: Fachrichtung 8.3 - Biowissenschaften
Fakultät: Fakultät 8 - Naturwissenschaftlich-Technische Fakultät III
DDC-Sachgruppe: Naturwissenschaften
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Bernhardt, Rita (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 28.06.2017
Erstellungsjahr: 2017
Publikationsdatum: 08.09.2017
Kurzfassung auf Englisch: The oxyfunctionalization of substrates (such as steroids and drugs) in a stereo- and regioselective manner is of great interest for the biotechnological and pharmaceutical industry. This study presents the identification and characterization of three enzymes from the genome of the Gram-positive bacterium Bacillus megaterium. The first enzyme is a novel NADPH-dependent diflavin reductase (BmCPR for Bacillus megaterium cytochrome P450 reductase), which was found to be able to transfer electrons efficiently to the microsomal P450s as well as to different ferredoxins. The second enzyme is a cytochrome P450 (CYP107DY1), which is the first plasmid-encoded cytochrome P450 identified so far in the Bacillus species. The recombinant CYP107DY1 exhibiting a characteristic P450 absolute and reduced CO-bound difference spectrum was found to possess activity towards mevastatin to produce pravastatin. In addition, this work presents also the identification of a novel short-chain dehydrogenase/reductase (SDR) with 17ß-hydroxy steroid dehydrogenase (17ß-HSD) activity. The new dehydrogenase was found to possess activity towards the sesquiterpene (trans)-nootkatol converting it to the industrial valuable (+)-nootkatone. Moreover and in view of the biotechnological applications, the new enzymes could be utilized in the establishment of whole-cell based biocatalyst systems for the biotransformation of biotechnological relevant substances.
Kurzfassung auf Deutsch: Die stereo- und regioselektive Oxyfunktionalisierung von Substraten, wie etwa Steroiden und Medikamenten, ist von großem Interesse für die biotechnologische und pharmazeutische Industrie. In der vorliegenden Arbeit wurden drei verschiedene Enzyme des Gram-positiven Bakteriums Bacillus megaterium identifiziert und charakterisiert. Bei dem ersten Enzym handelt es sich um eine neuartige NADPH abhängige Diflavin Reduktase (BmCPR für Bacillus megaterium Cytochrom P450 Reduktase), die in der Lage ist, Elektronen effektiv auf mikrosomale Cytochrome P450, ebenso wie auf verschiedene Ferredoxine zu übertragen. Bei dem zweiten Enzym handelt es sich um ein Cytochrom P450 (CYP107DY1), welches zur Biotransformation von Mevastatin zu Pravastatin verwendet werden kann. Das rekombinant exprimierte CYP107DY1 zeigt das für Cytochrome P450 charakteristische Absorptionsspektrum im reduzierten und CO gebundenen Zustand. Soweit bekannt, ist dieses Enzym das erste Plasmid kodierte Cytochrom P450 der Gattung Bacillus. Weiterhin umfasst die vorliegende Arbeit die Identifizierung eines neuen Vertreters aus der Superfamilie der Short-chain Dehydrogenasen/Reduktasen (SDR) mit Aktivität von 17ß-Hydroxysteroid Dehydrogenasen (17ß-HSD). Die Aktivität dieser Dehydrogenase erlaubt zudem die Produktion des industriell bedeutenden Sesquiterpens (+)-Nootkaton aus (trans)-Nootkatol. Hinsichtlich einer biotechnologischen Anwendung besitzen alle in dieser Arbeit charakterisierten Enzyme das Potenzial für die Etablierung von Ganzzell basierten Biokatalysatoren für die Biotransformation biotechnologisch relevanter Substanzen.
Lizenz: Veröffentlichungsvertrag für Dissertationen und Habilitationen der Fakultät 8

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