Die Acylseitenkette der Pyoverdine von {\it Pseudomonas aeroginosa} PAO1 : Biosyntheseprodukt, Artefakt, Derivat

Christof Lenz

ISBN 978-3-89722-406-3
205 pages, year of publication: 2000
price: 40.50 €
Die Acylseitenkette der Pyoverdine von {\it Pseudomonas aeroginosa} PAO1 : Biosyntheseprodukt, Artefakt, Derivat

Abstract: Under iron-limited conditions, members of the fluorescent subgroup of the bacterial genus Pseudomonas excrete fluorescent siderophores, the so-called pyoverdins. These consist of a peptide chain, a chromophore and an acidic side chain. While the peptide chain is strain-specific, only a limited variety of chromophores and acidic side chains have been isolated so far.

A) Recently a new type of chromophore has been described, the succinopyoverdin chromophore. From bacterial cultures of Pseudomonas aeruginosa PAO1 a pyoverdin containing this chromophore type was isolated. The pure succinopyoverdin chromophore could be obtained by acidic hydrolysis. Both molecules were fully characterized and their structures elucidated for the first time. The methods used include chromatography, UV/Vis and CD spectroscopy, mass spectrometry including MS/MS sequencing, and 1D/2D NMR spectroscopy.

B) As the acidic side chain is widely conserved among pyoverdins from different Pseudomonas strains, it offers an advantageous site for derivatization of these molecules, e.g. for their use in antimicrobial therapy. The methods described so far have not provided hydrolysis-stable derivatization, which is a prerequisite for many applications. In this thesis the first hydrolysis-stable derivatization of the acidic side chain is presented. It consists of a reduction of the ketoglutaric acid side chain and subsequent amidation of the carboxyl group.

Reaction products were fully structurally elucidated by the methods described above.

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Zusammenfassung: Bakterien der fluoreszierenden Untergruppe der Gattung Pseudomonas scheiden unter Eisenmangelbedingungen fluoreszierende Siderophore aus, die sogenannten Pyoverdine. Pyoverdine bestehen jeweils aus einer Peptidkette, einem Chromophor und einer Acylseitenkette. Während die Produktion einer bestimmten Peptidkette stammspezifisch ist, werden bei fast allen Stämmen die gleichen Variationen des Chromophors und der Acylseitenkette gefunden.

A) In neuerer Zeit ist mehrfach ein weiterer Chromophortyp beschrieben bzw. postuliert worden, der Succinopyoverdinchromophor. Aus Bakterienkulturen von Pseudomonas aeruginosa PAO1 wurde ein Pyoverdin in reiner Form isoliert, das aus der stammspezifischen Peptidkette und diesem Chromophortyp besteht. In der vorliegenden Arbeit konnte daher erstmals ein Succinopyoverdin durch spektroskopische Methoden vollständig in seiner Primärstruktur aufgeklärt werden. Der Succinopyoverdinchromophor konnte durch saure Hydrolyse des intakten Siderophors ebenfalls erstmalig in reiner Form isoliert werden. Die Isolierung und Strukturaufklärung beider Moleküle erfolgte durch Chromatographie, UV/Vis- und CD-Spektroskopie, verschiedene massenspektrometrische Methoden sowie durch 1D/2D-NMR-Spektroskopie.

B) Die Acylseitenketten sind bei Pyoverdinen verschiedener Pseudomonas-Stämme konserviert, d.h. es werden zumeist die gleichen Acylseitenketten in unterschiedlichen Anteilen produziert. Die Acylseitenkette bietet daher einen vorteilhaften Ansatzpunkt für eine Derivatisierung der Pyoverdine, z.B. für deren Verwendung als Antibiotika-Carrier. Bisher beschriebene kovalente Modifikationen der Acylseitenkette haben sich als nicht ausreichend stabil gegen Hydrolyse herausgestellt, was ihren Nutzen stark einschränkt.

In der vorliegenden Arbeit wird eine neuartige Derivatisierung vorgestellt, die erstmalig ausreichende Hydrolysestabilität in wässrigen Medien bietet. Zu diesem Zweck wurde die Ketoglutarsäureseitenkette des nativen Pyoverdins C reduziert und die Carboxylfunktion anschliessend amidiert. Die Reaktionsprodukte wurden mit den oben beschriebenen Methoden vollständig in ihrer Struktur aufgeklärt.