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Argyrins represent a family of cyclic octapeptides exhibiting promising antimicrobial, antitumorigenic and immunosuppressant activities. They derive from a nonribosomal peptide synthetase pathway, which was identified and characterized in this study from the myxobacterial producer strain Cystobacter sp. SBCb004. Using the native biosynthetic gene cluster (BGC) sequence as template synthetic BGC versions were designed and assembled from gene synthesis fragments. A heterologous expression system was established after chromosomal deletion of a well-expressed lipopeptide pathway from the host strain Myxococcus xanthus DK1622. Different approaches were applied to engineer and improve heterologous argyrin production, which was finally increased to 160 mg/L, around 20-fold higher yields compared to the native producer. Heterologous production platform also led to identification of several novel argyrin derivatives (A2, F3, G3, I, J, K, and L). The optimized production system provides a versatile platform for future supply of argyrins and novel derivatives thereof.

Myxobakterien sind gut etablierte Quellen diverser hoch bioaktiver Naturstoffe. Das hier beschriebene Haprolid ist ein neuartiges Makrolacton, das aus vier modifizierten Aminosauren und einem Polyketidfragment aufgebaut ist und aus Byssovorax-cruenta-Har1-Kulturen isoliert wurde. Da sich die vollstandige Bestimmung der stereochemischen Konfiguration als anspruchsvoll erwies, wurde eine bioinformatische Analyse der Biosynthesegene zur Vorhersage der Konfiguration der einzelnen Zentren angewendet. Eine detaillierte Analyse der fur die Haprolidsynthese zustandigen Biosyntheseproteine ergab ein hybrides System aus Polyketidsynthase und Nichtribosomaler Peptidsynthetase und ermoglichte die bioinformatische Konfigurationsanalyse der einzelnen Stereozentren. Durch nachfolgende Totalsynthese von Haprolid konnten alle getroffenen Vorhersagen bestatigt werden. Haprolid zeigte eine zytotoxische Aktivitat gegen bestimmte Zelllinien im nanomolaren Bereich, auf andere Zellen hatte es aber uberraschenderweise kaum Einfluss.

Myxobacteria, a group of antimicrobial producing bacteria, have been successfully cultured and characterized from ten soil samples collected from different parts of Slovakia. A total of 79 myxobacteria belonging to four genera (Myxococcus, Corallococcus, Sorangium, and Polyangium) were isolated based on aspects of their life cycle. Twenty-five of them were purified, fermented, and screened for antimicrobial activities against 11 test microorganisms. Results indicated that crude extracts showed more significant activities against Gram-positive than against Gram-negative bacteria or fungi. Based on a higher degree and broader range of antimicrobial production, the two most potential extracts (K9-5, V3-1) were selected for HPLC fractionation against Micrococcus luteus and Staphylococcus aureus and LC/MS analysis of potential antibiotic metabolites. The analysis resulted in the identification of polyketide-peptide antibiotics, namely corallopyronin A and B (K9-5) and myxalamid B and C (V3-1), which were responsible for important Gram-positive activity in the observed strains. A sequence similarity search through BLAST revealed that these strains showed the highest sequence similarity to Corallococcus coralloides (K9-5, NCBI accession number KX256198) and Myxococcus xanthus (V3-1, NCBI accession number KX256197). Although screening of myxobacteria is laborious, due to difficulties in isolating cultures, this research represented the first report covering the isolation and cultivation of this challenging bacterial group from Slovakian soils as well as the screening of their antimicrobial activity, cultural identification, and secondary metabolite identification.

Die Entwicklung neuer Antibiotika befindet sich in einer ernsthaften Krise, die unter anderem dadurch begrundet ist, dass kaum innovative chemische Grundstrukturen mit Aktivitat gegen Gram-negative und multiresistente Bakterien gefunden werden. Hier berichten wir uber die Entdeckung neuer hochwirksamer Antibiotika aus Myxobakterien, den Cystobactamiden 1–3, die aus Cystobacter sp. isoliert wurden und minimale Hemmkonzentrationen im niedrigen μg mL−1-Bereich aufweisen. Wir beschreiben die Aufreinigung und Strukturaufklarung von drei Derivaten und die Identifizierung und Annotation des dazugehorigen Biosynthesegenclusters. Die molekularen Zielstrukturen der Cystobactamide konnten uber die Analyse des Eigenresistenzmechanismus des Produzentenstammes als bakterielle Typ-IIa-Topoisomerasen identifiziert werden. Da die Optimierungsmoglichkeiten von Chinolonen als Basis fur neue Inhibitoren der Typ-II-Topoisomerasen weitgehend ausgereizt sind, erscheinen die Cystobactamide als hochinteressante Alternativen, die durch Medizinalchemie und biosynthetisches Engineering der Entwicklung neuartiger Antibiotika dienen konnen.

Im Jahr 1993 wurde das Polyketid Rhizopodin (Abbildung 1) aus dem Myxobakterium Myxococcus stipitatus isoliert. Studien mit der gereinigten Substanz ergaben, dass Rhizopodin bereits bei nanomolaren Konzentrationen einen drastischen Effekt auf das Zytoskelett eukaryotischer Zellen aus bt. Es wurde vermutet, dass diese Eigenschaft auf der F higkeit des Naturstoffs beruht, das eukaryotische Protein Aktin zu binden und dessen Polymerisation zu st ren. Als Struktur f r das Rhizopodin wurde ein Makrolidring bestehend aus 19 Atomen, einem disubstituierten Oxazolring sowie einem konjugierten Diensystem mit insgesamt neun stereogenen Zentren vorgeschlagen (Abbildung 1a). Um den Bindungsmodus des Rhizopodins an G-Aktin und die absolute Konfiguration des Naturstoffs zu ermitteln, haben wir den Komplex aus Rhizopodin und Kaninchenmuskelaktin kristallisiert und seine Kristallstruktur bei 2.4 Aufl sung untersucht. berraschend zeigt die Kristallstruktur, dass Rhizopodin ein C2-symmetrisches Dilacton ist. Dementsprechend besteht Rhizopodin aus einem Makrolidring mit 38 Atomen, zwei disubstituierten Oxazolringen und zwei konjugierten Diensystemen mit insgesamt 18 stereogenen Zentren. Basierend auf der Kristallstruktur beschreiben wir hier die biologisch aktive Konformation dieses Rhizopodin-Dilactons sowie die absolute Konfiguration der 18 stereogenen Zentren. Die Interaktion zwischen Rhizopodin und G-Aktin wurde in vitro anhand von Polymerisationsexperimenten mit Pyrenmodifiziertem G-Aktin untersucht. Es zeigt sich, dass eine steigende Rhizopodin-Konzentration die Aktinpolymerisation zunehmend inhibiert, wobei die Polymerisation ab einem st chiometrischen Verh ltnis von 0.5 Rhizopodin-Dilacton pro G-Aktin vollst ndig unterbunden ist. Rhizopodin f hrt zudem in Gelpermeationsexperimenten zu einer Verringerung des Elutionsvolumens von G-Aktin. Diese Beobachtungen lassen auf eine durch Rhizopodin induzierte Dimerisierung des Aktins schliesen. In vivo w rde vermutlich ein deutlich geringerer st chiometrischer Anteil an Rhizopodin die Dynamik des Zytoskeletts empfindlich st ren, da der Einbau eines einzigen Aktin-Rhizopodin-Dimers in ein Aktinfilament dessen Wachstum unterbinden w rde. Orthorombische Kristalle des gereinigten Aktin-Rhizopodin-Komplexes beugen R ntgenstrahlung bis zu einer Aufl sung von 2.4 . Die Struktur des Komplexes wurde mittels molekularen Ersatzes gel st, wobei als Suchmodell die Struktur des Tetramethylrhodamin(TMR)-gebundenen Aktins aus Kaninchenmuskel (PDB: 1J6Z) eingesetzt wurde. Die asymmetrische Einheit des Aktin-RhizopodinKomplexkristalls umfasst zwei Aktinmonomere (A und B), die ber eine senkrecht zur kristallographischen c-Achse liegende, nicht-kristallographische zweiz hlige Drehachse ineinander berf hrt werden. Die kristallographischen Daten sind in Tabelle 1 zusammengestellt. Abbildung 1. Struktur von Rhizopodin. a) Die urspr nglich vorgeschlagene Monolactonstruktur. b) berarbeitete, C2-symmetrische Dilactonstruktur inklusive der Stereochemie. c) Kugel-Stab-Modell der biologisch aktiven Konformation des Rhizopodins. Die berlagerung des Rhizopodins (gr n) mit einer um 1808 gedrehten Kopie (rot) belegt die C2-Symmetrie des Molek ls. Die Konfigurationszuordnung der stereogenen Zentren (Sternchen) ist konsistent.

Isolation and structure elucidation of three novel iturin-type lipopeptides, paenilarvins A-C, are described.

The structure-activity relationships of epothilones indicate that major modifications are only tolerated in the western ring segment. In particular, C2 methyl of the thiazole ring appears to be most flexible. Its broad modification started from epothilone F, which was obtained from natural epothilone B by hydroxylation via the N-oxide. Some of the prepared derivatives exhibit improved esterase stability in addition to high cytotoxic activity. For these and other favorable properties, amine (BMS-310705) was recently introduced in clinical trials. In an alternative approach, modified side chains were introduced by replacement of the C12,C15 ring segment via ring-opening olefin metathesis (ROM) of epothilone C in the presence of ethylene to 12,13-seco-epothilone C, introduction of a synthetic building block followed by ring-closing olefin metathesis (RCM), and epoxidation to the 16-alkyne analog of epothilone A. The structure of the tetrapeptide tubulysin D was confirmed by total hydrolysis to N-methyl d-pipecolic acid, l-isoleucine, tubuvaline (Tuv), tubuphenylalanine (Tup), formaldehyde, and 3-methylbutyric acid. Mild acidic hydrolysis to cyclo-tubulysin andoxidative degradation to l-valine allowed the assignment of the stereocenters of Tuv, hydrazinolysis, and comparison with synthetic reference samples to that of Tup. The absolute configuration of tubulysin D is: (R)-Mep, (2,3S)-Ile, (1'R ,3'R)-Tuv, and (2S,4R)-Tup.

The structure of the title compound, a constituent of the myxobacterium Archangium gephyra (Ar 3895) which exists as a separable mixture of keto and hemiketal isomers, is unambiguously confirmed as (I).

The novel polyketide macrolide archazolid-7-O-β-D-glucopyranoside (3) has been isolated from the myxobacterium Cystobacter violaceus and the structure of this first archazolid-glycoside has been determined by spectroscopic and degradative methods. A synthesis of simplified 7-O analogues, based on regioselective derivatisation of archazolid A, was elaborated. These structurally novel archazolids of natural and synthetic origin were evaluated in detail for V-ATPase inhibition and their biological activities are discussed in terms of their solution conformations, as determined by high-field NMR studies, including J-based conformation analysis and constrained molecular dynamics simulations. (© Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 69451 Weinheim, Germany, 2007)

The novel macrocyclic polyketide, 10-hydroxymethyl-archazolid-7-O-beta-D-glucopyranoside (archazolid D), was obtained from the myxobacterium Cystobacter violaceus. The structure of this first hydroxylated archazolid was determined by spectroscopic analysis, in particular by HMBC, HMQC, and ROESY NMR investigations, and by degradation. This novel metabolite was evaluated for growth inhibition of murine connective tissue cells and V-ATPase inhibition in comparison to other known archazolids.

SummaryNatural products constitute important lead structures in drug discovery. In bacteria, they are often synthesized by large, modular multienzyme complexes. Detailed analysis of the biosynthetic machinery should enable its directed engineering and production of desirable analogs. The myxobacterium Sorangium cellulosum So ce90 produces the cytotoxic spiroketal polyketide spirangien, for which we describe the identification and functional analysis of the biosynthetic pathway. The gene cluster spans 88 kb and encodes 7 type I polyketide synthases and additional enzymes such as a stand-alone thioesterase and 2 methyltransferases. Inactivation of two cytochrome P450 monooxygenase genes resulted in the production of acyclic spirangien derivatives, providing direct evidence for the involvement of these enzymes in spiroketal formation. The presence of large DNA repeats is consistent with multiple rounds of gene duplication during the evolution of the biosynthetic gene locus.

Novel cytotoxic compounds, archazolid A and B, were isolated from the culture broth of strains of the myxobacteria Archangium gephyra and Cystobacter sp. Archazolids consist of a macrocyclic lactone ring with a thiazole side chain and showed high activity against mammalian cells. The IC50 values with different cell lines ranged from 0.1 to 1 ng/ml. An incubation of PtK2 potoroo cells with archazolid A (5 ng/ml) led to the formation of vacuoles in the ER, a phenomenon that is typical for inhibitors of V-ATPases, like concanamycin and bafilomycin. We therefore assume that archazolid is an inhibitor of the V-ATPase of higher cells.