Entdeckung, Funktion und Synthetische Biologie mikrobieller Naturstoffe

Wir im Überblick...

Forschungsschwerpunkte:

  • Funktionelle Genomforschung an kryptischen Biosynthese-Genclustern
  • Komparative Metabolomforschung mittels Massenspektrometrie
  • Mikrobenphysiologische Bedeutung spezialisierter Metabolite
  • Biosynthese mikrobieller Naturstoffe (Enzyme, Cofaktoren, Antibiotika)
  • Synthetische Biologie mikrobieller Naturstoffe („Pathway Engineering“)

Bakterien sind "gehaltvolle" Organismen. Sie produzieren zahlreiche nützliche bioaktive Naturstoffe wie Antibiotika, Cofaktoren oder Toxine. Antiobiotika sind wichtig für die Behandlung von Infektionskrankheiten, Cofaktoren dienen z.B. als Vitamine und Toxine werden z.B. als Insektizide in der Landwirtschaft eingesetzt. Unser Ziel ist daher die Entdeckung neuer Naturstoffe mit Nutzen für die Pharmazie, Biotechnologie und Landwirtschaft.

Wir untersuchen kryptische Biosynthese-Gencluster, d.h. Gencluster, deren Produkte (noch) unbekannt sind. Um Gencluster mit ihren zugehörigen Metaboliten zu korrelieren, kombinieren wir funktionelle Genomik mit komparativer Metabolomforschung. Durch Funktionelle Genomik können Gencluster gezielt ein- und ausgeschaltet werden oder aber derart umgebaut werden, dass sie in einen fremden Wirt transferiert und aktiviert werden können (Synthetische Biologie). Komparative Metabolomforschung bezeichnet den systematischen Vergleich von möglichst vielen Metaboliten, die in einem Organismus vorkommen. Um neue spezialisierte Metabolite zu identifizieren, setzen wir hochauflösende Massenspektrometrie und rechnergestützte Datenanalyse ein. Darüber hinaus untersuchen wir die physiologische Rolle und Biosynthese der neu entdeckten Metabolite im Detail. Nicht zuletzt entwickeln wir Methoden der Synthetischen Biologie, um mittels neu kombinierter Stoffwechselwege neue „Naturstoffe“ mit verbesserten Eigenschaften zu erhalten („Pathway Engineering“).

Aktuell erforschen wir z.B. ungewöhnliche Cofaktoren aus Bakterien Mycobacterien. Seltene Cofaktoren wie Coenzym F420 oder Mycofactocin sind an zahlreichen spannenden physiologischen Prozessen beteiligt, z.B. dem Wachstum auf speziellen Nährstoffen, der Resistenz gegen Antibiotika oder auch deren Biosynthese. Unser Ziel ist es deshalb, die Biosynthese und physiologische Funktion der Cofaktoren aufzuklären und und sie biotechnologisch nutzbar zu machen .

Team

Gerald Lackner
Leitung

Publikationen

Hasan M, Schulze S, Berndt L, Palm G J, Braga D, Richter I, Last D, Lammers M, Lackner G# (2022) Diversification by CofC and control by CofD govern biosynthesis and evolution of coenzyme F420 and its derivative 3PG-F420. mBio 13(1), e03501-21.
Last D, Hasan M, Rothenburger L, Braga D, Lackner G# (2022) High-yield production of coenzyme F420 in Escherichia coli by fluorescence-based screening of multi-dimensional gene expression space. Metab Eng 73, 158-167.
Um S, Guo H, Thiengmag S, Benndorf R, Murphy R, Rischer M, Braga D, Poulsen M, de Beer ZW, Lackner G, Beemelmanns C (2021) Comparative genomic and metabolic analysis of Streptomyces sp. RB110 morphotypes illuminates genomic rearrangements and formation of a new 46-membered antimicrobial macrolide. ACS Chem Biol 16(8), 1482-1492.

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