title: Charakterisierung metabolisch veränderter Glycolipide in Ustilago maydis &amp; Identifizierung neuer pilzlicher Glycolipide
title: Characterization of metabolically engineered glycolipids of Ustilago maydis&amp;Identification of novel fungal glycolipids
Creators: name: Deinzer, Hans-Tobias
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2017
Subjects: glycolipides
Glycolipide, Biotenside
fungal secondary metabolites
Glycolipide
Life sciences
Biowissenschaften, Biologie
pilzliche Sekundärmatabolite
Ustilago zeae

description: Sekundärmetabolite sind chemische
      Stoffe, die von Pilzen, Bakterien und Pflanzen syntheti-
      viert werden. Sie sind im Gegensatz zu den Primärmetaboliten
      nicht für das Überleben eines Organismus notwendig, bringen
      aber Vorteile gegenüber anderen Organismen mit sich. Zu den
      Sekundärmetaboliten zählen Biotenside, bei denen es sich um
      mikrobiell hergestellte, chemisch strukturell gleiche Tenside
      handelt. Sie bestehen aus einem hydrophoben und einem
      hydrophilen Teil. Dieser amphiphile Aufbau führt zu typischen
      oberflächenaktiven Eigenschaften. Im Ge- gensatz zu
      industriell chemisch hergestellten Tenside sind Biotenside
      unter anderem biologisch abbaubar, ungiftig und hitzestabil.
      Glycolipide sind eine Gruppe von Biotensiden. Sie bestehen
      immer aus einem oder mehreren Zuckern, die mit
      Hydroxyfettsäuren verbunden sind. Im Reich der Pilze gibt es
      viele verschiedene Glycolipide, zu denen auch die von dem
      phytopathogenen Basidiomycet phytopathogenen Basidiomycet
      Ustilago maydis synthetisierte Ustilaginsäure und
      Mannosylerythritollipide zählen. Diese beiden Glycolipide
      werden unter Stickstoffmangelbedin- gungen synthetisiert. Die
      Ustilaginsäure besitzt eine starke Oberflächenaktivität und
      wirkt anti- biotisch gegen Hefen und Gram-positive Bakterien,
      wohingegen Mannosylerythritollipide zudem hämolytische
      Aktivität zeigen. Die Biosynthesewege dieser beiden
      Glycolipide wurden bereits gut charakterisiert. Bei dem
      Screening vieler verschiedenster Pilzisolate wurden zwei
      weitere Basidiomyceten, Ma- calpinomyces eriachnes und
      Sporisorium scitamineum, gefunden, die ebenfalls in der Lage
      sind verschiedene Varianten dieser Glycolipide zu
      synthetisieren. Bei diesen handelt es sich einen um
      Macalpinomyces eriachnes und Sporisorium scitamineum. Die
      Glycolipide von M. eriachnes sind oberflächenaktiv und wirken
      hämolytisch. Die Glycolipide von S. scitamineum hingegen sind
      auch oberflächenaktiv und wirken antibiotisch gegenüber
      Hefen. Neben diesen beiden phy- topathogenen Pilzen wurde ein
      weiterer Pilz gefunden, der in der Lage war einen
      zuckerhaltigen Sekundärmetabolit zu synthetisieren. Durch
      Sequenzierung konnte diese schwarze Hefe als Do- thiora
      cannabinae identifiziert werden. Unter
      Stickstoffmangelbedingungen ist D. cannabinae in der Lage
      eine glycolipidartige Substanz zu synthetisieren. Mit Hilfe
      von Massenspektrometrie und Kernspinresonanzspektroskopie
      konnte die Substanz als oberflächaktives und hämolytisches
      Glyco-Oligo-Hydroxy-Alkanoat identifiziert werden. Die
      Hexadecansäure der Ustilaginsäure liegt in U. maydis in di-
      und trihydroxylierter Form vor. Die Hydroxylierung wird von
      den beiden P450 Monooxigenasen Cyp1 und Cyp2 kataly- siert.
      Die Überexpression von Cyp1 in einem Ustilaginsäure defiziten
      U. maydis Stamm führt zu einer Monohydroxylierung der
      Hexadecansäure der MELs. Die Überexpression beider P450 Mo-
      nooxigenasen führt zur Dihydroxylierung. Diese Modifikation
      der MELs hatte allerdings keinen Einfluss auf die
      Eigenschaften der Glycolipide.
description: Secondary metabolites are chemical
      compounds, that are synthesized by fungi, bacteria and
      plants. In contrast to primary metabolites, secondary
      metabolites are not necessary for the sur- vival of an
      organism, but have advantages over other organisms. The
      secondary metabolites include microbial biosurfactants, which
      always show the same composition. They consist of a hy-
      drophilic and a hydrophobic part. This amphiphilic structure
      leads to the typical surface-active properties. In contrast
      to industrially produced surfactants, biosurfactants are
      biodegradable, non-toxic and heat-stable. Glycolipids are a
      group of biosurfactants. They consist of one or more sugars,
      which are decorated with hydroxy fatty acids. In the kindom
      of fungi many different glyco- lipids can be found, including
      ustilagic acid and mannosylerythritol lipids, which are
      synthesized by the phytopathogenic basidiomycete Ustilago
      maydis. These two glycolipids are synthesized under nitrogen
      starvation conditions. Ustilagic acid has a strong surface
      activity and shows an antibiotic effect against yeasts and
      Gram-positive bacteria. Besides the strong surface activity,
      the mannosylerythritol lipids also exhibit haemolytic
      activity. The biosynthesis pathways of these two glycolipids
      have already been well characterized. During the screening of
      many different fungal isolates, two further basidiomycetes
      have been found, named Macalpinomyces eriachnes and
      Sporisorium scitamineum, which are also able to synthesize
      different variants of these glycolipids. The glycolipids
      produced by M. eriachnes are surface-active and have a
      hemolytic effect. S. scitamineum glycolipids are also
      surface-active and have an antibiotic effect towards yeasts.
      Besides these two phytopathogenic fungi, another unidentified
      fungus was found which is able to produce a sugar containing
      secondary metabolite. By sequencing, this black yeast was
      identified as Dothiora cannabinae. Under nitrogen starvation
      conditions, D. cannabinae is able to synthesize a
      glycolipid-like substance. By mass spectrometry analysis and
      nuclear magnetic resonance spectroscopy the substance was
      identified as glyco-oligo- hydroxy-alkanoate. This substance
      is surface active and shows haemolytic activity. The
      hexadecanoic acid of the ustilagic acid is found in U. maydis
      in di- and trihydroxylated form. The hydroxylations are
      catalyzed by the two P450 monooxigenases Cyp1 and Cyp2. The
      overexpression of Cyp1 in a U. maydis strain, which does not
      synthesize ustilagic acid, results in a monohydroxylation of
      the hexadecanoic acid of the MELs. The overexpression of both
      P450 monooxigenases leads to a dihydroxylation of the
      hexadecanoic acid of the MELs. However, this modification of
      the MELs had no effect on the properties of this
      glycolipids.