Flüchtige Sekundärmetabolite aus marinen Algen und assoziierten Bakterien

Autor: Koteska, Diana
Přispěvatelé: Schulz, Stefan, Kreuzig, Robert
Jazyk: němčina
Rok vydání: 2022
Předmět:
DOI: 10.24355/dbbs.084-202209191159-0
Popis: In der vorliegenden Arbeit sollten die flüchtigen organische Verbindungen (Volatile Organic Compounds, VOCs) von Algen und Bakterien untersucht werden. Die Ergebnisse sollten zeigen, ob mit empfindlichen Verfahren auch Organismen untersucht werden können, die nur in geringen Mengen VOCs bilden. Die Projekte sollen zum besseren Verständnis der Produktion von VOCs und von chemischen Signalen in marinen Mikroorganismen beitragen. Die Untersuchung des Dinoflagellaten Prorocentrum cordatum als xenische (CCMP 1529) und axenische (CCMP 1329) Variante zeigte 52 Verbindungen für die axenische Alge, in der Co-Kultur mit Bakterien wurden nur 16 Verbindungen nachgewiesen. CCMP 1329 produzierte zum größten Teil Apocarotinoide, aber auch aromatische Verbindungen, ungesättigte Alkohole und Aldehyde sowie Lactone. Die xenische Alge produzierte dahingegen nur Apocarotinoide und aromatische Verbindung und ein Lacton. Die begleitenden Bakterien der xenischen Alge beeinflussen die VOC-Zusammensetzung weitgehend, sodass Veränderungen in der Physiologie und der Emission von Verbindungen bei der Alge auftreten. Im Rahmen der synthetischen Arbeiten wurden einige unbekannte Strukturen auf diese Weise bestätigt und neue Naturstoffe entdeckt. Die Alge Chromera velia wurde als xenische (CCAP 1602/1) und axenische (CCMP 2878) Variante analysiert, sowie die mit dieser Alge assoziierten Bakterien, um den Einfluss der Bakterien auf die VOC-Zusammensetzung von CCAP 1602/1 zu untersuchen. Die axenische Alge emittierte 66 Verbindungen, die xenische Alge nur 31. CCAP 1602/1 produzierte Apocarotinoide, Aromaten, Ketone, ungesättigte Aldehyde und Alkohole, ein Lacton, sowie stickstoff- und schwefelhaltige Verbindungen; bei CCMP 2878 kamen zusätzlich Säuren, Alkohole, Alkene und eine deutlich höhere Anzahl ungesättigter Ketone vor. Von besonderem Interesse ist die Strukturaufklärung der unbekannten Verbindung f aus beiden Varianten. Einige Verbindungen wurden synthetisch identifiziert und bestätigt (Abbildung 1). Auch bei dieser Alge scheinen die Bakterien keinen bemerkenswerten Beitrag durch die Produktion eigener flüchtiger Verbindungen zum volatilen Bouquet des xenischen VOC-Profils zu leisten. Die VOC-Bouquets der untersuchten Bakterien zeigten die für Bakterien typischen Ketone und Aromaten, aber auch schwefel- und stickstoffhaltige Verbindungen wurden gelegentlich in den Extrakten gefunden. Die Analyse der Outer Membrane Vesicles (OMVs) von Dinoroseobacter shibae ergab (Z)-Dodec-5-ensäure und (Z)-Dodec-5-enal, deren Strukturen synthetisch aufgeklärt wurden (Abbildung 1). Die Säure ist aus anderen Bakterien als Lipidbestandteil bekannt, der Aldehyd ist bisher noch nicht als bakterieller Naturstoff in der Literatur beschrieben worden. Für beide Verbindungen konnte eine Quorum Sensing hemmende Wirkung nachgewiesen werden. Roseovarius tolerans EL-164 wurde in Bezug auf die AHL- und NAME-Konzentrationen untersucht und diese durch den Einsatz eines deuterierten internen Standards mit der Isotopenverdünnungsanalyse quantifiziert. Für die AHL-Konzentration wurde zu Beginn der exponentiellen Phase eine hohe Konzentration festgestellt, die NAMEs zeigten einen entgegengesetzten Trend und sind erst bei späteren Wachstumszeitpunkten angestiegen und anschließend in der stationären Phase akkumuliert. Da die biologische Funktion der NAMEs nach wie vor unbekannt ist, sollte diese in zukünftigen Studien durch geeignete Analysen, wie z.B. durch eine Isotopenverdünnungsanalyse von Nichtproduzenten bei NAME-induzierenden Kultivierungsbedingungen oder die Betrachtung von LuxR solos als Rezeptoren der NAMEs, aufgeklärt werden.
In the present work, the volatile organic compounds (VOCs) of algae and bacteria were investigated. The results should show whether sensitive methods can also be used to investigate organisms that only produce VOCs in small quantities. The projects should contribute to a better understanding of the production of VOCs and of chemical signals in marine microorganisms. The investigation of the dinoflagellate Prorocentrum cordatum as a xenic (CCMP 1529) and axenic (CCMP 1329) strain showed 52 compounds for the axenic alga, in the co-culture with bacteria only 16 compounds were detected. CCMP 1329 produced mostly apocarotenoids, but also aromatic compounds, unsaturated alcohols and aldehydes as well as lactones. The xenic alga, on the other hand, produced only apocarotenoids and aromatic compounds and one lactone. The associated bacteria of the xenic alga largely influence the VOC composition, so that changes in physiology and emission of compounds occur in the alga. By the help of synthetic work, some unknown structures were confirmed in this way and new natural compounds were discovered. The xenic (CCAP 1602/1) and axenic (CCMP 2878) strains of the alga Chromera velia were analysed, as well as the bacteria associated with this alga, in order to investigate the influence of the bacteria on the VOC composition of CCAP 1602/1. The axenic alga emitted 66 compounds, the xenic alga only 31. CCAP 1602/1 produced apocarotenoids, aromatic compounds, ketones, unsaturated aldehydes and alcohols, one lactone and nitrogen- and sulphur-containing compounds; additionally, CCMP 2878 released acids, alcohols, alkenes and a significantly higher number of unsaturated ketones. Of particular interest is the structural elucidation of the unknown compound f from both strains. Some compounds were synthetically identified and confirmed (Figure 1). The bacteria do not seem to contribute remarkably to the volatile bouquet of the xenic VOC profile by producing their own volatile compounds. The VOC bouquets of the investigated bacteria showed typical bacterial VOCs such as ketones and aromatic compounds, but also sulphur- and nitrogen-containing compounds were occasionally found in the extracts. Analysis of the Outer Membrane Vesicles (OMVs) of Dinoroseobacter shibae revealed (Z)-dodec-5-enoic acid and (Z)-dodec-5-enal. Their structures were elucidated synthetically (Figure 1). The acid is known from other bacteria as a lipid component, the aldehyde has not yet been described as a natural bacterial compound in the literature. A quorum sensing inhibitory effect was demonstrated for both compounds. The AHL and NAME concentrations of Roseovarius tolerans EL-164 were studied by quantification with the isotope dilution analysis using a deuterated internal standard. The AHL concentration was found to be high at the beginning of the exponential phase, the NAMEs showed an opposite trend and only increased at later growth stages and subsequently accumulated in the stationary phase. As the biological function of the NAMEs remains unknown, future studies should focus on its elucidation by appropriate analyses, such as isotope dilution analysis of non-producers by NAME-inducing cultivation conditions or consideration of LuxR solos as receptors of the NAMEs.
Databáze: OpenAIRE
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