Projektförderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft
Projektleitung: Prof. Dr. Birgit Piechulla

Die klassische Terpen-Biosynthese verwendet C10-GPP-, C15-FPP-, oder C20-GGPP-Substrate. Es ist ein Paradigmenwechsel notwendig, denn kürzlich wurde bei der Aufklärung des Sodorifen-Biosyntheseweges in Serratia plymuthica 4Rx13, eine Kopplung einer C-Methylierung und Zyklisierungsreaktion durch eine FPP-Methyltransferase mit einer nicht-klassischen Terpensynthase als ungewöhnlicher Reaktionsmechanismus von uns beschrieben. Dies zeigt einen alternativen Weg, unter Nutzung eines ungewöhnlichen C16-Substrates, zur Erhöhung der Terpendiversität auf. Die Existenz der nachgeschalteten Sodorifen-Synthase, die Pre-Sodorifen-Pyrophosphat als Substrat verwendet, deutet auf eine Co-Evolution beider Enzyme hin. Weitere Hinweise auf eine solche Co-Evolution wurde auch in Pseudomonas chlororaphis O6, dass das neuartige Produkt Chlororaphen produziert, gefunden. Somit wurden bisher die gekoppelte C-Methylierung und Zyklisierung von Prenylpyrophosphaten exklusive in Bakterien nachgewiesen. Es ist unsere Hypothese, dass in Proteobakterien und eher nicht in Aktinobakterien (Streptomyces Spezies) die C-Methylierung und Zyklisierung des FPPs zur Biosynthese von neuartigen Terpenoiden etabliert wurde. Wir schlagen zudem vor, dass die Biosynthese der C17-Verbindung Chlororaphen auf 2 Methylierungen des FPPs, gefolgt von einer Terpen-Synthase-Reaktion, beruht. Des Weiteren soll die Hypothese überprüft werden, ob hauptsächlich oder exklusiv in Proteobakterien die FPP-Methyltransferasen im Laufe der Evolution manifestiert wurden.

Projektförderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft
Projektleitung: Prof. Dr. Birgit Piechulla

Bakterien geben eine Vielzahl von flüchtigen organischen Metaboliten (volatile organic compounds, VOC) ab, unter anderem auch Substanzen mit außergewöhnlichen Strukturen, wie z.B. die des Sodorifens (C₁₆H₂₆; 1,2,4,5,6,7,8-heptamethyl- 3-methylenebicyclo[3.2.1]oct-6-ene). Dieser einmalige Kohlenwasserstoff wird von dem Rhizobakterium Serratia plymuthica 4Rx13 emittiert. Auffällig und ungewöhnlichist, dass dieser Naturstoffs keine Heteroatome enthält und polymethyliert ist, jedes C-Atom des Bizyklus ist mit einer Methyl- oder Methenylgruppe substituiert. Diese Eigenschaften machten eine Vorhersage der Biosynthese bisher unmöglich. Die Kombination einer Genom- und Transkriptomanalyse ermöglichte die Identifikation eines Kandidatengens für die Biosynthese. SOD_c20750 ist in einem Cluster von vier Genen (‘Sodorifen Cluster’) lokalisiert. Die Gen-Annotation und die Präsenz von konservierten Motiven wiesen auf eine Terpenzyklase (SOD_c20750), eine Methyltransferase (SOD_c20760), eine Desoxyxylulosephosphat-Synthase (SOD_c20770) und eine Isopentenylpyrophosphat-Isomerase (SOD_c20750) hin. Durch knockout-Mutationen wurden diese Gene ausgeschaltet und die Mutanten zeigten einen Sodorifen-negativ oder –reduzierten Phänotyp, sodass erstmals die Biosynthese des Sodorifens dem Terpen-Stoffwechsel zugeordnet werden konnte. In dem vorgeschlagenen Projekt soll die Biosynthese dieses ungewöhnlichen Naturstoff-Moleküls Sodorifen aufgeklärt und die Regulation der Sodorifenbiosynthese und –Emission untersucht werden.

Projektförderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft
Projektleitung: Prof. Dr. Birgit Piechulla
Kooperation: Prof. Dr. Wittko Francke (Universität Hamburg)
Die bakterielle Produktion von Duftstoffen ist seit langem bekannt. Diese Fähigkeit der Bakterien führt zu den speziellen Aromen von Lebensmitteln (Käse, Milchprodukte oder Sauerkraut). Der typisch erdige Geruch beruht z.B. auf der Abgabe von Geosmin durch Streptomyces-Species. Doch das Duft-Potenzial von Bakterien geht weit über das hinaus, was unsere Nase wahrnehmen kann und die Kapazität der Duftstoffbildung von Bakterien ist im Allgemeinen unbekannt. Neue Befunde zeigen, dass auch an Pflanzenwurzeln vergesellschaftet lebende Bakterien (Rhizobakterien) eine Vielzahl flüchtiger Verbindungen ausscheiden. Diese Verbindungen, die größtenteils strukturell noch nicht aufgeklärt sind, wirken wie ‚Flüchtige Antibiotika’ und sind daher sowohl für den medizinischen Einsatz als auch für die landwirtschaftliche Produktion nützlich.

Projektförderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft
Projektleitung: Prof. Dr. Birgit Piechulla
Pflanzen produzieren viele Sekundärmetabolite, die die Fitness und Reproduktion der Pflanzen verbessern. Unter anderem werden auch flüchtige Metabolite (VOCs, volatile organic compounds) für diese Zwecke eingesetzt, sie sorgen für eine sehr spezifische inter-und intraspezifische Kommunikation zwischen Organismen eines Lebensraumes.
Die VOCs spielen vor allem beim Anlocken der spezifischen Bestäuber eine entscheidende Rolle. Die Synthese dieser flüchtigen Sekundärmetabolite ist energetisch kostspielig für die Pflanzen und wird deshalb von einigen Pflanzen nur zu bestimmten Tages- oder Nachtzeiten betrieben. Die molekularen Mechanismen, die dieser präzisen zeitlichen Emittierung von flüchtigen Substanzen zugrunde liegen, gilt es zu ermitteln.  

Projektförderung: Mildred Scheel Deutsche Krebshilfe
Antragsteller (alphabetisch): PD. Dr. S. Abarzua, Prof. Dr. V. Briese, Prof. Dr. K. Kraft, Prof. Dr. U. Kragl, PD Dr. B. Nebe, Prof. Dr. Birgit Piechulla, Dr. DU Richter, Dr. W. Ruth

Projektförderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft
Projektleitung: Prof. Dr. Birgit Piechulla  

Projektförderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft
Projektleitung: Prof. Dr. Birgit Piechulla   

Projektförderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft
Projektleitung: Prof. Dr. Birgit Piechulla      

Projektförderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft
Projektleitung: Prof. Dr. Birgit Piechulla    

Projektförderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft
Projektleitung: Prof. Dr. Birgit Piechulla     

Projektförderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft
Projektleitung: Prof. Dr. Birgit Piechulla