Seit tausenden Jahren werden Sekundärmetabolite, welche von Pflanzen, Mikroorganismen oder Tieren produziert werden, als Heilmittel verwendet. Bis heute sind sie die wichtigste Quelle moderner Arzneimittelzubereitungen. Die Mehrheit an Bakterien- produzierten Medikamenten, insbesondere mit antibiotischen Eigenschaften, wird von der Familie der Actinomyceten produziert. Aufgrund der steigenden Häufigkeit an Infektionen mit multi-resistenten Mikroorganismen, steigt die Notwendigkeit der Entdeckung neuer Arzneistoffe umso mehr. Aus diesem Grund, wurde in diesem Projekt das sogenannte „Genome mining“ mit der DNA des Organismus Actinoalloteichus fjordicus DSM 46856 angewendet, mit dem Ziel, neue bioaktive Substanzen mit antibiotischer Aktivität zu finden. „Genome mining“ beruht auf der Analyse von bakteriallen Genomen, in Kombination mit dem Onlinetool antiSMASH, welches biosynthetische Gencluster indentifizieren kann, die für die Synthese neuer Arzneimittel verantworlich sind. Ziel dieser Arbeit war es eine genomische Library von dem Bakterium Actinoalloteichus fjordicus zu konstruieren, wessen Genom unter anderem zwei vielversprechende biosynthetische Gencluster besitzt. Anschließend wurde mit Hilfe von pooled-PCR die fertige genomische Library gescreent, wodurch E.coli Klone mit den gewünschten biosynthetischen Genclustern gefunden wurden. Durch homologe Rekombination in Hefe wurden diese Fragmente mit dem „Shuttlevector“ pCLY10 eingebaut, wodurch die beiden Gencluster produziert wurden. Als der Zusammenbau erfolgreich war, wurde eine heterologe Expression in drei verschiedenen Wirtsorganismen durchgeführt. Dabei wurden Streptomyces albus B4, Streptomyces albus J1074 und Streptomyces coelicolor M1154 verwendet. Die daraus gewonnenen Extrakte wurden mittels HPLC-Analyse und Bioaktivitätstest analysiert. Resultate dieser Analysen haben im Vergleich zu den Kontrollextrakten keine Ergebnisse gezeigt. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass eine weitere Manipulation der klonierten BGCs erforderlich ist, um ihre funktionelle Expression zu erreichen, was in zukünftigen Arbeiten realisiert wird.

Since many years natural products (NPs) of plant, microbial or animal origin have been used as therapeutic agents to treat numerous human diseases. Even until today they remain the most important source of modern drugs. The majority of bacteria-derived NPs, especially with antibiotic properties, were isolated from actinomycete bacteria. Increasing frequency of infection caused by multi-drug resistant microorganisms highlights the importance of discovery of novel NPs with antibiotic activity. For this reason, the focus of this project was “genome minig” of the actinobacterial strain Actinoalloteichus fjordicus DSM 46856 with the purpose of discovering new NPs potentially having antibiotic activity. “Genome mining” relies on the analysis of bacterial genomes with the bioinformatic online tool, antiSMASH, that can identify biosynthetic gene clusters (BGCs) that may govern biosynthesis of novel NPs. The aim of this work was the construction of a genome library of marine sponge-derived actinomycete bacterium Actinoalloteichus fjordicus, which genome harboured two BGCs potentially specifying novel bioactive NPs. Subsequently, the completed library was screened via pooled-PCR to detect library clones with the parts of the BGCs of interest. These parts were assembled into complete BGCs on the modified shuttle vector pCLY10 using transformation-associated recombination in yeast. The assembled BGCs were introduced into three different host organisms: Streptomyces albus B4, Streptomyces albus J1074 and Streptomyces coelicolor M1154 for heterologous expression. The extracts produced from the recombinant strains carrying assembled BGCs were analyzed with HPLC and disc diffusion assays. No differential HPLC peaks nor bioactivity against test organisms used in this work could be observed. These results suggest that further manipulation of the cloned BGCs is required to achieve their functional expression, which will be pursued in a follow-up work.