Biochemical Engineering Aspects of Expanding the Produced Secondary Metabolite Space in Bacteria

Bakterielle Sekundärmetabolite (SM) können neue Wirkstoffe gegen Krankheiten sein. Die Literatur untersucht vor allem die gezielte Produktion einzelner SMs oder führt traditionelle Screenings durch, die sich auf bestimmte Bioaktivitäten fokussieren. Die Änderung der Kultivierungsbedingungen mit dem One Strain, Many Compounds (OSMAC)-Ansatz stellt aber ebenso eine vielversprechende Option für die Entdeckung neuer SM dar. Neue Mass Features (MFs) wurden als Maß der SM-Produktion eingeführt und Bakterienstämme wurden mittels Genome Mining ausgewählt. Ihre grundlegende MF-Produktion wurde in einem klassischen OSMAC-Screening festgehalten. Es wurde die Hypothese aufgestellt, dass seltene OSMAC-Bedingungen zur Erhöhung und Diversifizierung der MF-Anzahl beitragen können. Nach ihrer Auswahl über die Literatur wurde ein Screening mit limitierten Minimalmedien und biotischen und organischen Lösungsmittel-Additiven durchgeführt, welches die Hypothese bestätigte. Kultivierungsbedingungen können auch als globaler Schalter fungieren und die MF-Produktion in phylogenetisch unterschiedlichen Bakterienstämmen aktivieren, wie der Einsatz von limitierten Minimalmedien und Zellpellets gezeigt hat, die die zuverlässigsten Trigger waren. Die Strategie der seltenen OSMAC-Bedingungen wurde in einem Multi-Trigger-Ansatz (bivariates OSMAC) mit C. coralloides verfeinert. Zwei Kultivierungsbedingungen aus Minimalmedien, Zellpellets, Kulturüberständen und organischen Lösungsmittel wurden gleichzeitig in einem miniaturisierten Deep-Well-Plate-System geändert. Die Hypothese, dass ihre Kombination zu einer synergistischen MF-Produktion führt, wurde durch die 26 bivariaten MFs bestätigt. 70% der neuen MFs wurden nur unter genau einer Bedingung produziert. Demnach sind breit angelegte Screenings mit innovativen Kultivierungsbedingungen nötig, um das volle SM-Potential von Bakterien auszuschöpfen, die die Zukunft unserer Wirkstoffe enthalten.