Dokument: Bioactive Secondary Metabolites from Marine-Derived Fungi and Exploration of Fungal-Bacterial Co-Cultivation

Titel:	Bioactive Secondary Metabolites from Marine-Derived Fungi and Exploration of Fungal-Bacterial Co-Cultivation
Weiterer Titel:	Bioaktive Sekundärmetabolite aus marinen Pilzen und Untersuchungen zur Co-Kultivierung zwischen Pilzen und Bakterien
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=40717
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20161215-090648-1
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Dr. Liu, Shuai [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 38,16 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 14.12.2016 / geändert 14.12.2016
Beitragende:	Prof. Dr. Proksch, Peter [Betreuer/Doktorvater] Prof. Dr. Kalscheuer, Rainer [Gutachter]
Stichwörter:	natural products
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 570 Biowissenschaften; Biologie
Beschreibungen:	Abstract: From penicillin to phenylahistin, microbes (fungi and bacteria) have continued to provide important pharmaceuticals for humans to fight against bacterial or fungal infections, cancers, transplant rejections, parasitic worms and so on. For the last two decades, fungi from marine habitats (such as mangroves and sponges) have attracted increasing interest by producing novel natural products with various bioactivities. In this dissertation, the study of three marine-derived fungi: Fusarium oxysporum, Pestalotiopsis microspora, and Aspergillus sp. led to the isolation of three types of secondary metabolites. These included fusaric acid derivatives exhibiting phytotoxicity, 14-membered macrolides with cytotoxic activity, and phenolic bisabolanes with antibacterial activity, respectively. The absolute configurations of the new compounds were confirmed by chiral GC-MS, X-ray crystallographic analysis, Mosher’s reaction or ECD calculation. It has been proven that most fungal gene clusters remain silent during standard laboratory cultivation conditions. In order to trigger silent genes in fungi encoding for biosynthesis of new compounds, co-cultivation experiments of fungi (P. microspora, or Aspergillus sp.) with bacteria (Streptomyces lividans, or Bacillus subtilis) were conducted. This dissertation contains the following published or submitted manuscripts: New fusaric acid derivatives from the endophytic fungus F. oxysporum and their phytotoxicity to barley leaves Chemical investigation of the endophytic fungus F. oxysporum isolated from fruits of the Mangrove plant Drepanocarpus lunatus afforded eight new fusaric acid derivatives, fusaricates A−G, 1−7, and 10-hydroxy-11-chlorofusaric acid, 8, along with four known compounds. Their structures were elucidated by one- and two-dimensional NMR as well as MS data and by comparison with the literature. The absolute configurations of fusaricates C−E, 3−5, were determined using chiral GC-MS. Fusaricates A−G, 1−7, represent the first examples of fusaric acid linked to a polyalcohol moiety via an ester bond. All isolated fusaric acid derivatives 1−8 showed significant phytotoxicity to leaves of barley. Cytotoxic 14-membered macrolides from a mangrove-derived endophytic fungus, P. microspora Seven new 14-membered macrolides, pestalotioprolides C (2), D−H (4−8), and 7-O-methylnigrosporolide (3), together with four known analogues, pestalotioprolide B (1), seiricuprolide (9), nigrosporolide (10), and 4,7- dihydroxy-13-tetradeca-2,5,8-trienolide (11), were isolated from the mangrove-derived endophytic fungus P. microspora. Their structures were elucidated by analysis of NMR and MS data and by comparison with literature data. Single-crystal X-ray diffraction analysis was used to confirm the absolute configurations of 1, 2, and 10, while Mosher’s method and the TDDFT-ECD approach were applied to determine the absolute configurations of 5 and 6. Compounds 3−6 showed significant cytotoxicity against the murine lymphoma cell line L5178Y with IC50 values of 0.7, 5.6, 3.4, and 3.9 μM, respectively, while compound 5 showed potent activity against the human ovarian cancer cell line A2780 with an IC50 value of 1.2 μM. Co-culture of P. microspora with S. lividans caused a roughly 10-fold enhanced accumulation of compounds 5 and 6 compared to axenic fungal control. Phenolic bisabolanes from the sponge-derived fungus Aspergillus sp. Two new phenolic bisabolane sesquiterpenes, asperchondols A (1) and B (2), together with seven known analogues (3–9) and four known diphenyl ethers (10–13) were obtained from Aspergillus sp., that had been isolated from the marine sponge Chondrilla nucula. Their structures were elucidated through NMR and MS analysis, and by comparison with literature data. All isolated compounds were evaluated for their antibacterial activity against eight human pathogenic bacteria. Co-cultivation experiment of Aspergillus sp. with B. subtilis was also conducted. Inducing new secondary metabolites through co-cultivation of the fungus P. microspora with the bacterium B. subtilis Two new lactones pestalotioprolide J (1) and K (2), together with three known compounds (3-5) were isolated from the culture of the mangrove endophytic fungus Pestalotiopsis microspora. The co-cultivation of this fungus with Bacillus subtilis afforded two new sesquiterpenes pestabacillin A (6), B (7), and eight known compounds (8–15). The structures of the new compounds (1, 2, 6, and 7) were determined from one- and two-dimensional NMR and HRESIMS spectra. As an unusual sesquiterpene, the structure of 6 was further confirmed by single crystal X-ray diffraction. Zusammenfassung: Als Quelle für Arzneistoffe spielen Mikroorganismen (Pilze und Bakterien) seit Langem eine wichtige Rolle in der Therapie von bakteriellen oder pilzlichen Infektionen, Krebs, Transplantatabstoßungen und Wurmerkrankungen. In den letzten beiden Jahrzehnten ist das Interesse an marinen Pilzen aus z.B. Mangroven oder Schwämmen durch ihre Vielfalt an neuen chemischen Verbindungen mit verschiedensten Bioaktivitäten stetig gewachsen. Diese Dissertation umfasst Daten zu drei marinen Pilze: Fusarium oxysporum, Pestalotiopsis microspora und Aspergillus sp.. Aus den genannten Pilzen konnten insgesamt drei Typen von Sekundärmetaboliten isoliert werden: phytotoxische Fusarinsäurederivate, zytotoxische 14-gliedrige Makrolide und antibakterielle phenolische Bisabolane. Die absoluten Konfigurationen der neuen Substanzen wurden mittels chiraler GC-MS, Röntgenkristallographie, Mosher Reaktion oder ECD-Berechnungen erhalten. Bei der standardisierten Kultivierung von Pilzen im Labor werden die meisten Biosynthesegencluster stillgelegt. Um die schlafenden Gene zur Biosynthese neuer Verbindungen zu aktivieren, wurde eine Co-Kultivierung zwischen jeweils einem Pilz (P. microspora oder Aspergillus sp.) und einem Bakterienstamm (Streptomyces lividans oder Bacillus subtilis) durchgeführt. Diese Dissertation enthält die folgenden veröffentlichten oder eingereichten Publikationen: New fusaric acid derivatives from the endophytic fungus F. oxysporum and their phytotoxicity to barley leaves Die chemische Aufarbeitung des endophytischen Pilzes F. oxysporum ergab die acht neuen Fusarinsäurederivate Fusaricate A−G (1-7) und 10-Hydroxy-11-Chlorfusarinsäure (8), zusammen mit vier bekannten Verbindungen. Der Pilz wurde aus den Früchten der Mangrovenpflanze Drepanocarpus lunatus isoliert. Die Strukturen der neuen Verbindungen wurden über ein- und zweidimensionale NMR-Spektroskopie, MS-Daten, sowie über den Vergleich mit der Literatur bestimmt. Die absolute Konfiguration der Fusaricate C-E (3-5) wurde per chiraler GC-MS festgestellt. Die Fusaricate A-G (1-7) stellen die ersten Beispiele für eine Esterbindung zwischen Fusarinsäure und einem Polyalkoholrest dar. Alle isolierten Fusarinsäurederivate zeigten signifikante Phytotoxizität gegen Gerstenblätter. Cytotoxic 14-membered macrolides from a mangrove-derived endophytic fungus, P. microspora Aus dem Mangrovenpilz P. microspora konnten sieben neue 14-gliedrige Makrolide, darunter die Pestalotioprolide C (2), D-H (4-8) und 7-O-Methylnigrosporolid (3), zusammen mit den vier bekannten Derivaten Pestalotioprolide B (1), Seiricuprolid (9), Nigrosporolid (10) und 4,7-Dihydroxy-13-Tetradeca-2,5,8-Trienolid (11) isoliert werden. Die Strukturen wurden per NMR- und MS-Analyse und über den Vergleich mit der Literatur aufgeklärt. Zur Bestimmung der absoluten Konfiguration von 1, 2 und 10 diente Röntgenkristallographie, während auf 5 und 6 die Mosher-Methode und das TDDFT-ECD-Verfahren angewendet wurden. Die Verbindungen 3-6 zeigten signifikante Zytotoxizität gegen die murine Lymphom-Zelllinie L5178Y (IC50-Werte: 0.7, 5.6, 3.4, und 3.9 μM). Verbindung 5 wies Aktivität gegen die humane Ovarial-Krebs-Zelllinie A2780 (IC50-Wert 1.2 μM) auf. Die Co-Kultivierung von P microspora mit S. lividans bewirkte eine zehnfach erhöhte Akkumulation von Verbindung 5 und 6 im Vergleich zur axenischen Kontrolle des Pilzes. Phenolic bisabolanes from the sponge-derived fungus Aspergillus sp. Bei der Aufarbeitung von Aspergillus sp. wurden zwei neue phenolische Bisabolan-Sesquiterpene, Asperchondol A (1) und B (2), zusammen mit sieben bekannten Analoga (3-9) und vier bekannten Diphenylethern (10-13) erhalten. Der Pilz wurde aus dem marinen Schwamm Chondrilla nucula isoliert. Die Strukturen wurden per NMR- und MS-Analyse und über den Vergleich mit der Literatur aufgeklärt. Alle isolierten Verbindungen wurden hinsichtlich ihrer antibakteriellen Eigenschaften gegen acht humanpathogene Bakterien untersucht. Ein Co-Kultivierungsexperiment mit B. subtilis wurde ebenfalls durchgeführt. Inducing new secondary metabolites through the co-cultivation of the fungus P. microspora with the bacterium B. subtilis Aus der Kultur des Mangrovenpilzes Pestalotiopsis microspora konnten zwei neue Lactone, Pestalotioprolid J (1) und K (2), zusammen mit drei bekannten Verbindungen (3-5) gewonnen werden. Die Co-Kultivierung des Pilzes mit Bacillus subtilis ergab die zwei neuen Sesquiterpene Pestabacillin A (6) und B (7) und acht bekannte Verbindungen (8–15). Die Strukturen der neuen Verbindungen (1, 2, 6 und 7) wurden durch 1D- und 2D-NMR-Spektroskopie und HR-ESI-MS bestimmt. Des Weiteren wurde die Struktur des ungewöhnlichen Sesquiterpens 6 per Röntgenkristallographie bestätigt.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	15.12.2016
Dateien geändert am:	15.12.2016
Promotionsantrag am:	09.11.2016
Datum der Promotion:	12.12.2016