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The microbial methylamine metabolism is characterized by the use of the 22nd amino acid pyrrolysine and several complex cofactors. The production and incorporation of pyrrolysine into proteins in Escherichia coli was established. The 3D structures of four participating methyltransferases, MtgB, MtcB, MtbA and MtgA, were determined by X-ray crystallography. Substrate- and cofactor-bound complex structures allowed detailed mechanistic analyses of methyl transfer to cobalamin, coenzyme M and tetrahydrofolate., Der mikrobielle Methylaminmetabolismus ist durch die Verwendung der 22. Aminosäure Pyrrolysin sowie einiger komplexer Cofaktoren gekennzeichnet. Die Produktion und der Einbau von Pyrrolysin in Proteine in Escherichia coli wurde etabliert. Die 3D-Strukturen von vier beteiligten Methyltransferasen, MtgB, MtcB, MtbA und MtgA, wurden mittels Röntgenkristallographie aufgeklärt. Substrat- und Cofaktor-gebundene Komplexstrukturen ermöglichten detaillierte mechanistische Analysen des Methyltransfers auf Cobalamin, Coenzym M und Tetrahydrofolat.

This thesis addresses bacterial biofilms on implants and the inhibition of cancer cell proliferation by the natural product Neocarzilin A. A novel prodrug strategy using Pd-labile antibiotics activated by Pd nanosheets to inhibit biofilm formation was developed and BST-2 was identified as a target responsible for the anti-proliferative effect of Neocarzilin A., Diese Arbeit behandelt bakterielle Biofilme auf Implantaten und die Inhibition von Krebszellwachstum durch den Naturstoff Neocarzilin A. Eine neuartige Prodrug-Strategie vor wurde entwickelt, bei der Pd-labile Prodrugs von Antibiotika durch Pd-Nanosheets aktiviert werden, um die Bildung von Biofilmen zu hemmen. Außerdem wurde BST-2 als das Zielprotein identifiziert, dass verantwortlich für den anti-proliferativen Effekt von Neocarzilin A ist.

Gluten network formation during processing plays a crucial role in determining the functional and quality aspects of wheat-based products and is still not fully understood. This thesis investigated different wheat flour-based baked goods to elucidate the influence of processing on the immunochemical detection of gluten as well as on the protein composition. It contributes to the understanding of gluten and its detection in processed foods, highlighting the importance of specific gluten proteins., Die Entstehung von Glutennetzwerken bei der Verarbeitung weizenbasierter Lebensmittel ist von großer Bedeutung für ihre Qualität und noch nicht vollständig erforscht. Die Arbeit untersuchte Backwaren aus Weizen, um den Einfluss der Verarbeitung auf den immunchemischen Nachweis von Gluten sowie auf die Proteinzusammensetzung zu klären. Sie trägt zum Verständnis von Gluten und dessen Nachweisbarkeit in verarbeiteten Lebensmitteln bei und weist auf die Bedeutung spezifischer Glutenproteine hin.

This study delves into lichen symbioses' biosynthetic potential. It analyzed 460 biosynthetic gene clusters in Hypogymnia lichens, with mycobionts carrying 73-114 clusters. Predominant genes include T1PKS, NRPS, and terpene synthases. Furthermore, three prevalent lichen mycobionts shared nine conserved gene clusters. This research identifies unexplored biosynthetic potential in lichens and lays the foundation for biotechnological applications and natural product investigations unique to lichens., Diese Studie erforscht das biosynthetische Potenzial von Flechten. Es wurden 460 biosynthetische Gencluster in Flechten analysiert, wobei Mykobionten 73-114 Cluster trugen. Vorherrschende Gene umfassen T1PKS, NRPS und Terpensynthasen. Weiterhin teilten drei verbreitete Mykobionten neun hochkonservierte Gencluster. Das unerschlossene biosynthetisches Potenzial bei Flechten legt den Grundstein für biotechnologische Anwendungen von Naturstoffen, die für Flechten einzigartig sind.

Die Isoprenyldiphosphatsynthase PcIDS1 aus dem Blattkäfer Phaedon cochleariae weist eine metallabhängige Regulation auf. Eine kristallographische und biophysikalische Studie konnte aufdecken, wie Dimersymmetrie und allosterische Regulation das Produktspektrum während der Insektenentwicklung beeinflussen. In Cyanobakterien der Spezies Scytonema findet sich die Merosterolsäure-Synthase MstE, die eine untypische Einzeldomänenarchitektur aufweist. Durch Komplexstrukturen konnte der Reaktionsmechanismus der Zyklisierungskaskade aufgeklärt werden., The isoprenyl diphosphate synthase PcIDS1 from the leaf beetle Phaedon cochleariae exhibits metal-dependent regulation. A crystallographic and biophysical study revealed how dimer symmetry and allosteric regulation influence the product spectrum during insect development. In cyanobacteria of the species Scytonema, the merosterolic acid synthase MstE is found to have an atypical single domain architecture. Complex structures were used to elucidate the reaction mechanism of the cyclization cascade.

Oleaginous yeasts are reported as promising renewable feedstocks to replace plant sources and mineral oils in many applications by converting biomass to value-added material. Therefore, five prominent oleaginous yeast strains were analysed in complex hydrolysates of marine and terrestrial origins. Moreover, genetic tractability allows for flexible strain optimization via metabolic engineering. Hence, an efficient, flexible CRIPSR/Cas mediated genetic engineering technique featuring a plasmid-free transient Cas9 delivery strategy was developed for C. oleaginosus., Die ölhaltige Hefen gelten als vielversprechende erneuerbare Rohstoffe zum Ersatz von pflanzlichen Quellen und Mineralölen in vielen Anwendungen. Fünf gut charakterisierte, oleogene Hefestämme wurden daher in komplexen Hydrolysaten systematisch evaluiert. Die genetische Zugänglichkeit ermöglicht eine flexible Stammoptimierung durch metabolische Stoffwechseloptimierung. Hier konnte eine effiziente, flexible CRIPSR/Cas vermittelte Gene Editing-Verfahren für C. oleaginosus entwicklet werden, was auf einer plasmidfreien, transienten Cas9-Dosierungsstrateige beruht.

This work examines the production of L-cysteine with recombinant E. coli over time scales found in industrial large-scale fermentations. The demanding process of L-cysteine production imposed metabolic stress, which in turn hastened transposon-mediated production escape mechanisms. By employing a combined omics approach, including differential transcriptomics and plasmid deep-sequencing, these mechanisms were elucidated, allowing for the precise identification of mutation sites within plasmids., In dieser Arbeit wird die L-Cystein-Produktion mit rekombinanten E. coli in Zeiträumen untersucht, die in industriellen Fermentationen üblich sind. Der anspruchsvolle Prozess der L-Cystein-Produktion führte zu metabolischem Stress, der wiederum Transposon-vermittelte Produktionsflucht-Mechanismen beschleunigte. Durch die Anwendung eines kombinierten Omics-Ansatzes, einschließlich differentieller Transkriptomik und Plasmid-Deep-Sequencing, konnten diese Mechanismen aufgeklärt werden, was die genaue Identifizierung von Mutationsstellen in Plasmiden ermöglichte.

Antimicrobial resistance threatens human health. Blocking cofactor-based pathogenic pathways linked to lipoic acid, vitamin B6 (PLP), and vitamin B1 (TPP) presents an interesting concept. Developed probe molecules led to the discovery of small molecule inhibitors for respective microbial proteins. LPL inhibitors showed potential against malaria, while PLP- and TPP-based cofactor mimics lacked antibacterial activity. Inhibiting LPL holds promise for combating microbial infections by blocking lipoate salvage., Antimikrobielle Resistenz bedroht die menschliche Gesundheit. Die Blockade kofaktorbasierter Stoffwechselwege, wie Liponsäure, Vitamin B6 (PLP) und Vitamin B1 (TPP), stellt ein interessantes Konzept gegen Mikroben dar. Durch entwickelte Sondenmoleküle wurden Inhibitoren für mikrobielle Proteine entdeckt. LPL-Inhibitoren zeigten Potenzial gegen Malaria, während Mimetika auf PLP- und TPP-Basis keine antibakterielle Aktivität aufwiesen. Die Hemmung von LPL birgt neue Ansätze zur Bekämpfung mikrobieller Infektionen durch die Blockade der Lipoat-Wiederverwertung.

In dieser Arbeit wurden Antikörper mit Spezifität für Pro/Ala-reiche Sequenzen (PAS) funktionell und strukturell analysiert. Kristallstrukturen der rekombinanten Antikörperfragmente im Komplex mit den Epitoppeptiden lieferten Einblicke in die biomolekulare Erkennung der strukturell ungeordneten PAS-Polypeptidketten. Diese Antikörper bieten nicht nur wertvolle Reagenzien für die Analytik PASylierter Proteine; unter Nutzung eines Antikörperfragments mit moderater Affinität wurde zudem eine neuartige Strategie zu deren effizienter und schonender Affinitätsreinigung entwickelt., In this work, antibodies with specificity for Pro/Ala-rich sequences (PAS) were functionally and structurally analyzed. Crystal structures of the recombinant antibody fragments in complex with their epitope peptides provided insights into the biomolecular recognition of the structurally disordered PAS polypeptide chains. These antibodies not only provide valuable reagents for the analytics of PASylated proteins; using an antibody fragment with moderate affinity, a novel strategy for their efficient and gentle affinity purification was also developed.