Shu-Ming Li

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Forschungsschwerpunkt

Hauptforschungsgebiet unserer Arbeitsgruppe ist die funktionelle Genomik der Biosynthese von prenylierten Indolderivaten in Ascomyzeten sowie die Herstellung von natürlichen und „nicht-natürlichen“ Sekundärstoffen durch in vitro chemoenzymatische und in vivo synthetische Verfahren. Prenylierte Indolderivate bilden eine große Naturstoffgruppe mit diversen Strukturen und interessanten biologischen Aktivitäten. Sie leiten sich aus Dimethylallyldiphosphat und Tryptophan ab, wobei Letzteres sehr häufig mit einer zweiten Aminosäure zyklische Dipeptide bildet. Nicht-ribosomale Peptidsynthetasen (NRPS) und Prenyltransferasen der Dimethylallyltryptophansynthase (DMATS)-Superfamilie sind zwei Schlüsselenzyme in der Biosynthese dieser Substanzen. NRPSs sind verantwortlich für die Entstehung der Dipeptidgrundstrukturen, während Prenyltransferasen als Modifikationsenzyme für die Dekoration und damit die Verleihung der Strukturvielfalt und der biologischen Aktivität von großer Bedeutung sind. Beide Enzymgruppen werden molekularbiologisch, biochemisch und synthetisch-biologisch in unserer Arbeitsgruppe untersucht.

Forschungsprojekt

Innerhalb von SYNMIKRO beschäftigen wir uns mit den Funktionen der pilzlichen nicht-ribosomalen Peptidsynthetasen (NRPS) sowie deren potentiellen Anwendungen zur Herstellung von Hybrid-Naturstoffen durch Kombination verschiedener NRPS-Gene mit anderen Genen aus diversen Biosynthesegenclustern. In unserem Programm stehen bimodulare NPPS im Vordergrund. Solche Gene sind verantwortlich für die Biosynthese von linearen und zyklischen Dipeptiden in Pilzen und können durch bioinformatische Verfahren in Genomsequenzen identifiziert werden. Nach einer PCR-Amplifikation des gewünschten Gens aus genomischer DNA und der Klonierung des erhaltenen PCR-Produkts in einen Expressionsvektor wird die Genexpression in Aspergillus nidulans oder/und Aspergillus niger durchgeführt. Isolierung und Strukturaufklärung der akkumulierten Sekundärstoffe aus den erhaltenen Integrationsmutanten liefern direkten den Beweis für die Funktion des jeweiligen Gens.

Die aus den NRPS-Transformanten erhaltenen Peptidstrukturen sollen durch Koexpression mit weiteren Biosynthesegenen aus verschiedenen Genclustern modifiziert werden, z.B. durch Prenyltransferasen für Prenylierungen, Methyltransferasen für Methylierungen oder Gene für Cytochrome P450-Enzyme für Hydroxylierung, oder Oxidation bzw. Reduktion. Unsere Vorarbeiten haben gezeigt, dass viele der genannten Enzyme aus Pilzen eine breite Substratspezifität aufweisen und eine Reihe von Analoga des natürlichen Substrats akzeptieren. Daher wird erwartet, dass allein durch die Kombination von einem NRPS-Gen mit verschiedenen Prenyltransferasegenen diverse Strukturen erhalten werden können. Durch Einbringen von weiteren Genen in den bereits erhalten Transformanten wird die strukturelle und damit auch die biologische Vielfalt der hergestellten Substanzen immens gesteigert.

Weiterhin ist geplant, Domänen von den NRPS-Genen zu kombinieren, um Enzyme mit neuen Eigenschaften im Bezug auf Substrate und Produkte zu erzeugen. Solche rekombinanten Gene können durch Fusions-PCR basenpaargenau hergestellt und für die Kombination mit den anderen oben genannten Genen eingesetzt werden.