Expanding the myxobacterial biosynthetic potential using advanced analytical and chemical methods

Abstract

Myxobacteria are a rich source of structurally diverse and bioactive natural products. This thesis explores the expansion of the myxobacterial metabolome through mutasynthetic studies of the potent antibiotic myxopyronin A, employing a myxobacterial heterologous producer. These efforts led to the generation of non-natural derivatives, including a tri fluorinated congener of myxopyronin A that exhibited superior pharmacokinetic properties while maintaining bioactivity. Additionally, the previously unknown biosynthetic origin of a class of chlorinated natural products was elucidated in the model organism Myxococcus xanthus DK1622. Using mo lecular biology methods and organic chemistry, the study identified the involvement of a halogenase encoded genetically distant from the precursr’s biosynthetic gene cluster (BGC), providing new insights into the biosynthetic processes of one of the most extensively stud ied myxobacterium. Throughout this work, state-of-the-art analytical chemistry techniques were applied, with a focus on high-resolution mass spectrometry (HRMS), ultra-high-performance liquid chromatography (UHPLC), ion mobility spectrometry, and MS² spectrometry. Notably, a comprehensive evaluation of novel analytical methodologies was conducted, including the recently developed matrix-assisted laser desorption ionization with post-ionization (MALDI-2) technique, applied in an untargeted metabolomics workflow following a One Strain Many Compounds (OSMAC) approach.

Myxobakterien sind eine reiche Quelle strukturell vielfältiger und bioaktiver Naturstoffe. Diese Dissertation untersucht die Erweiterung des myxobakteriellen Metaboloms durch mutasynthetische Studien des potenten Antibiotikums Myxopyronin A unter Verwendung eines myxobakteriellen heterologen Produzenten, mit dem Resultat der Erzeugung nicht natürlicher Derivate, darunter eines trifluorierten Derivates, welches verbesserte pharma kokinetische Eigenschaften unter Erhalt der Bioaktivität aufwies. Darüber hinaus wurde der bislang unbekannte biosynthetische Ursprung einer Klasse chlo rierter Naturstoffe im intensiv untersuchten Modellorganismus Myxococcus xanthus DK1622 aufgeklärt. Mithilfe molekularbiologischer Methoden und organischer Chemie konnte die Beteiligung einer Halogenase identifiziert werden, die genetisch weit entfernt vom Biosynthese-Gencluster (BGC) des Vorläufermoleküls kodiert ist. Im Verlauf dieser Arbeit kamen hochmoderne Techniken der analytischen Chemie zum Einsatz, mit einem Schwerpunkt auf hochauflösender Massenspektrometrie (HRMS), Ult rahochleistungsflüssigkeitschromatographie (UHPLC), Ionenmobilitätsspektrometrie und MS²-Spektrometrie. Besonders hervorzuheben ist die umfassende Evaluierung neuer ana lytischer Methoden, darunter die kürzlich entwickelte Matrix-unterstützte Laser-Desorpti ons-Ionisation mit Nachionisierung (MALDI-2), die in einem ungerichteten Metabolom Workflow nach dem One Strain Many Compounds (OSMAC)-Ansatz angewandt wurde.