Warum Mikroorganismen Naturstoffe produzieren

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REPORT


Mikrobielle Kommunikation

Warum Mikroorganismen Naturstoffe produzieren MARIO K. C. KRESPACH 1,2 , MARIA C. STROE 1, AXEL A. BRAKHAGE 1,2 1 ABTEILUNG MOLEKULARE UND ANGEWANDTE MIKROBIOLOGIE, LEIBNIZ-INSTITUT FÜR NATURSTOFF -FORSCHUNG UND INFEKTIONSBIOLOGIE – HANS-KNÖLL-INSTITUT, JENA 2 ABTEILUNG MIKROBIOLOGIE UND MOLEKULARBIOLOGIE, INSTITUT FÜR MIKROBIOLOGIE, UNIVERSITÄT JENA

A key role in the communication between fungi and bacteria is played by natural products. Many of their encoding gene clusters are silent under standard laboratory conditions. Interspecies “talk” between microorganisms represents an ecological trigger to activate such silent gene clusters and leads to the formation of novel natural products by the involved species. The understanding of both the activation of silent gene clusters and the ecological function of the produced compounds is of importance to reveal functional microbial interactions required to shape microbiomes. DOI: 10.1007/s12268-020-1483-2 © Die Autoren 2020

ó In Böden, Meeren oder Süßwasserhabitaten leben Mikroorganismen in enger Nachbarschaft mit einer großen Zahl anderer Organismen. Beinahe täglich werden neue Daten zu Mikrobiomen in den verschiedenen Habitaten veröffentlicht, welche die große Diversität der Mikroorganismen eindrucksvoll belegen. In der Regel beantworten diese Studien aber nicht die Fragen, warum bestimmte Mikroorganismen Bestandteil eines definierten Konsortiums sind und was die Zusammensetzung bestimmt. Mikroorganismen haben dafür „Sprachen“ entwickelt, mit denen sie kommunizieren und sich gegenseitig beeinflussen können. Die Sprache der Mikroorganismen besteht größtenteils aus ausgetauschten Molekülen [1]. Eine besondere Rolle dabei spielen Naturstoffe – niedermolekulare organische Verbindungen, die viele Mikroorganismen bilden [2]. Einige dieser Substanzen wirken als Antibiotika hemmend auf andere Mikroorganismen. Für fast alle diese Substanzen ist allerdings ihre ökologische Funktion im Habitat unbekannt [3]. Die Aufklärung ihrer Funktionen ist wichtig, um generelle Prinzipien der Interaktion von Mikroorganismen verstehen zu lernen. BIOspektrum | 07.20 | 26. Jahrgang

Bakterien wie Streptomyzeten oder filamentöse Pilze wie Aspergillus-Spezies können mehr als 80 Biosynthesegencluster besitzen, von denen viele in Monokulturen der Mikroorganismen nicht aktiv sind. Erst der ökologische Kontext, etwa die Anwesenheit anderer Mikroorganismen, führt oftmals zur Aktivierung der Gencluster und damit der Produktion von Naturstoffen, die dann ihre Wirkung entfalten können.

Bodenbakterien aktivieren die Produktion von Naturstoffen in Pilzen Um die Aktivierung von Naturstoff-Biosynthesen zu erforschen, kokultiviert unsere Arbeitsgruppe bodenlebende Pilze und Bakterien. Dabei entdeckten wir, dass das Bakterium Streptomyces rapamycinicus im filamentösen Modellpilz Aspergillus nidulans ein stilles Gencluster aktiviert [4]. Bei dem Cluster handelt es sich um das ors-Biosynthesegencluster, dessen Aktivierung zur Biosynthese von Orsellinsäure und deren Derivaten führt (Abb. 1