Natural products from marine bacteria

Naturstoffe aus marinen Bakterien

  • In this study, 27 marine bacteria were screened for production of bioactive metabolites. Two strains from the surface of the soft coral Sinularia polydactyla, collected from the Red Sea, and three strains from different habitats in the North Sea were selected as a promising candidates for isolation of antimicrobial substances. A total of 50 compounds were isolated from the selected bacterial strains. From these metabolites 25 substances were known from natural sources, 10 substances were known as synthetic chemical and herein are reported as new natural products, and 13 metabolites are new. Two substances are still under elucidation. All new compounds were chemically and biologically characterized. Pseudoalteromonas sp. T268 produced simple phenol and oxindole derivatives. Production of homogentisic acid and WZ 268S-6 from this bacteria was affected by the salinity stress. WZ 268S-6 shows antimicrobial and cytotoxic activities. Its target is still unclear. Isolation of isatin from this strain points out for the possibility of using this substance as a chemotaxonomical marker for Alteromonas-like bacteria. A large number of nitro-substituted aromatic compounds were isolated from both Salegentibacter sp. T436 and Vibrio sp. WMBA1-4. They may be derived from metabolism of phenylalanine or tyrosine. From Salegentibacter sp. T436, 24 compounds were isolated, of which four compounds are new and six compounds were known as synthetic chemicals. WZ 436S-16 (dinitro-β-styrene) is the most potent antimicrobial and cytotoxic compound. It inhibits the oxygen uptake by N. coryli and causes apoptosis in the human promyelocytic leukaemia (HL-60 cells). From Vibrio sp. WMBA1-4, 13 new alkaloids were isolated, of which four were known as synthetic products and herein are reported as new substances from natural sources. The majority of these compounds show antimicrobial and cytotoxic activities. The cytotoxic activity of WMB4S-11 against the mouse lymphocytic leukaemia (L1210 cells) is due to the inhibition in the protein biosynthesis, while the remaining cytotoxic alkaloids have no effect on the synthesis of macromolecules in this cell line. The antibacterial activity of WMB4S-2, -11, -12, -13 and the antifungal activity of WMB4S-9 are not due to the inhibition in the macromolecules biosynthesis or in the oxygen uptake by the microorganisms. The biological activity of these nitro-aromatic compounds from Salegentibacter sp. T436 and Vibrio sp. WMBA1-4 is influenced by the presence of a nitro group and its position in respect to the hydroxyl group, number of the nitro groups, and the type of substitutions on the side chain. In diaryl-maleimide derivatives, types and position of substitution on the aryl rings, on the maleimide moity, and the hydrophobicity of the aryl ring itself lead to variations in the extent of the bioactivity of these derivatives. This is the first time that vibrindole (WMB4S-14) and turbomycin B or its noncationic form (WMB4S-15), isolated from Vibrio sp., are reported as cytotoxic compounds. WMB4S-15 inhibits the biosynthesis of macromolecules in L1210 cells. The structural similarity between some of the metabolites in this study and previously reported compounds from sponges, ascidians, and bryozoan indicates that the microbial origin of these compounds must be considered.
  • Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Produktion der bioaktiven Metabolite von 27 marinen Bakterienstämmen untersucht. Zwei Stämme, die auf der Oberfläche der Weichkoralle Sinularia polydactyla im Roten Meer leben, und drei Stämme aus verschiedenen Habitaten der Nordsee wurden zur Isolierung der antimikrobiellen Substanzen ausgewählt. Aus diesen Stämmen wurden insgesamt 50 Verbindungen isoliert. 25 dieser Substanzen sind als Naturstoffe bereits aus anderen Quellen bekannt. Weitere 10 Substanzen, die bisher nur als synthetische Verbindungen bekannt waren, wurden nun auch als Naturstoffe beschrieben. 13 Metabolite sind neu. Die Strukturaufklärung von zwei isolierten Substanzen steht noch aus. Die neuen Verbindungen wurden chemisch und biologisch charakterisiert. Pseudoalteromonas sp. T268 produziert strukturell einfache Phenole und sich ähnelnde Oxindole. Die Konzentration von Meersalz steuert die Produktion der Homogentisinsäure und von WZ 268S-6. WZ 268S-6 zeigt antibakterielle und zytotoxische Wirkung. Der Wirkort ist bisher noch nicht bekannt. Isatin, eine ebenfalls von diesem Stamm produzierte Substanz, könnte als ein chemotaxonomischer Marker für Alteromonas-ähnliche Bakterienstämme verwendet werden. Aus zwei weiteren Bakterien, Salegentibacter sp. T436 und Vibrio sp. WMBA1-4, konnte eine Vielzahl aromatischer Nitroverbindungen isoliert werden, die sich von Phenylalanin oder Tyrosin ableiten. Weiterhin wurden 24 Verbindungen aus Salegentibacter sp. T436 isoliert, von denen vier Verbindungen bisher unbekannt waren und sechs weitere nur als synthetische Stoffe beschrieben wurden. WZ 436S-16 (Dinitro-β-styren) zeigt in dieser Gruppe die stärkste Wirkung. Es hemmt bei N. coryli die Sauerstoffaufnahme und führt in der humanen promyelocytischen Leukämie-Zelllinie HL-60 zur Apoptose. Aus dem Stamm Vibrio sp. WMBA1-4 wurden 13 Alkaloide isoliert, von denen vier bisher nur als synthetische Substanzen bekannt waren. Für die Mehrheit dieser Substanzen konnte eine antimikrobielle und zytotoxische Wirkung nachgewiesen werden. Während für WMB4S-11 mit der Hemmung der Proteinbiosynthese in L1210 Zellen der Wirkort eingegrenzt werden konnte, zeigten die übrigen zytotoxischen Verbindungen keinen Effekt auf die Makromolekülsynthese in L1210 Zellen. Die antibakteriellen Aktivitäten von WMB4S-2, -11, -12, -13 und die antifungische Aktivität von WMB4S-9 sind ebenfalls nicht auf eine Hemmung der Makromolekülbiosynthese oder der Sauerstoffaufnahme durch empfindliche Mikroorganismen zurückzuführen. Die biologische Aktivität der aromatischen Nitroverbindungen von Salegentibacter sp. T436 und Vibrio sp. WMBA1-4 wird durch die Anwesenheit einer Nitrogruppe und ihrer Position in Bezug auf die Hydroxylgruppe, die Anzahl an Nitrierungen und die Art der Substitutionen an der Seitenkette beeinflusst. Bei Diaryl-maleimid Derivaten führen Art und Position der Substitutionen an den Arylringen und an der Maleimid-Gruppe sowie die Hydrophobizität des Arylringes selbst zu Schwankungen in der Intensität der biologischen Wirkung. In dieser Arbeit konnte zum ersten Mal die zytotoxische Wirkung der aus Vibrio sp. isolierten Substanzen, Vibrindol (WMB4S-14), Turbomycin B oder ihrer nicht kationischen Form (WMB4S-15), nachgewiesen werden. Es wurde gezeigt, dass WMB4S-15 die Biosynthese der Makromoleküle in L1210-Zellen hemmt. Die strukturelle Ähnlichkeit zwischen einigen Metaboliten dieser Arbeit und zuvor beschriebener Verbindungen aus Porifera, Ascidien und Bryozoen verlangt nach einer kritischen Betrachtung des mikrobiellen Ursprungs dieser Substanzen.

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Metadaten
Author:Al-Zereini Wael
URN (permanent link):urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-20011
Advisor:Anke Heidrun
Document Type:Doctoral Thesis
Language of publication:English
Year of Completion:2006
Year of Publication:2006
Publishing Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Granting Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Acceptance Date of the Thesis:2006/09/08
Tag:North Sea; Red Sea; bioactive metabolites ; marine bacteria ; natural products
Faculties / Organisational entities:Fachbereich Biologie
DDC-Cassification:570 Biowissenschaften; Biologie

$Rev: 12793 $