Development of biotechnological processes for systematic evaluation of biological activities from myxobacteria and characterization of corresponding metabolites

Abstract

Naturstoffe erleben derzeit aus verschiedenen Gründen eine Renaissance in der pharmazeutischen Wirkstoffforschung. Aufgrund ihrer Anpassungsfähigkeit an verschiedenste Umweltbedingungen sind besonders Mikroorganismen vielversprechende Produzenten biologisch aktiver Substanzen. Schwierigkeiten, die mit der Kultvierung, Aufarbeitung und Wirkstoffidentifizierung assoziiert sind, erschweren jedoch häufig eine Charakterisierung neuer Moleküle aus diesen Produzenten. Den Schwerpunkt dieser Arbeit bildet die Entwicklung eines Screeningprozesses für eine möglichst umfassende Evaluierung des biosynthetischen Potenzials eines ausgewählten Myxobakteriums. Dies wurde mittels eines Ansatzes erreicht, der Wirkstoffscreening, produktion, -aufreinigung und -charakterisierung nicht als separate, sondern als miteinander verbundene und voneinander abhängige Bausteine betrachtet. Die Prozessentwicklung fand deshalb unter Berücksichtigung dieser übergeordneten Gesichtspunkte statt, da die Optimierung eines Einzelschrittes nicht zwangsläufig zur Verbesserung des Gesamtprozesses führt. Durch konsequente Aufzeichnung prozessrelevanter Daten während des Screening mit dem Myxobakterium SBCm007, konnten wichtige Faktoren zur beschleunigten Wirkstofffindung, produktion und -charakterisierung identifiziert werden. Durch gezielte Anwendung dieser Ergebnisse konnten neue Chondramid-Varianten mit verbesserter Spezifität für Krebszellen, sowie neue chemische Grundstrukturen charakterisiert werden.Natural products currently experience a renaissance in pharmaceutical research for several reasons. Due to their adaptability to various environmental conditions microorganisms are promising candidates for the production of bioactive substances. Difficulties associated with the cultivation, downstream processing, and the identification of bioactive molecules are frequent and complicate the characterization of new substances from these organisms. The aim of this study was the development of a screening process for the in-depth evaluation of the biosynthetic potential of a selected microorganism. Therefore bioactivity-guided screening, production, purification and characterization of biologically active substances were considered as intimately connected building blocks in contrary to their perception as independent steps in the process. Process engineering took place, considering these superior principles because optimization of a single step doesn’t necessarily improve the overall process. Consistent mapping of process-relevant data during the screening of the myxobacterium SBCm007 enabled the identification of important factors for an accelerated identification, production, and characterization of bioactive compounds. Following these established guidelines, new chondramide variants exhibiting increased cancer cell specificity as well as two new compound classes could be characterized, which indicates the applicability of this approach