Bitte verwenden Sie diesen Link, wenn Sie dieses Dokument zitieren oder verlinken wollen: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:9-000739-6

Mikrobielle Transformation pharmakologisch relevanter Biarylverbindungen unter besonderer Berücksichtigung von Carbazolen

  • Innerhalb der vorliegenden Arbeit wurden verschiedene Bakterien- und Hefestämme der Stammsammlung Biologie des Institutes für Mikrobiologie der Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald (SBUG) auf einen Umsatz von 9H-Carbazol untersucht. Neben Ralstonia spec. SBUG 290, Rhodococcus erythropolis SBUG 271 sowie den zwei im Rahmen dieser Arbeit als Pseudomonas putida identifizierten Stämmen SBUG 272 und SBUG 295 zählten zu den Bakterienstämmen 22 weitere noch nicht abschließend charakterisierte Isolate. Die geprüften Hefestämme umfassten neben 7 Vertretern der Gattung Trichosporon auch 19 nicht identifizierte Stämme. Basierend auf der für diese Mikroorganismen bereits nachgewiesenen Verwertung von Biphenyl beziehungsweise Dibenzofuran bestand die Hypothese, dass diese Stämme aufgrund von Strukturanalogien der Substrate auch in der Lage sind, weitere Heterozyklen zu transformieren. Angesichts des sehr breiten pharmakologischen Wirkungs- und Anwendungsspektrums von Carbazol-Derivaten wurde primär geprüft, inwieweit sich mit Hilfe dieser spezialisierten Mikroorganismen hydroxylierte Carbazol-Derivate als Ausgangssubstanzen für spätere Synthesen herstellen lassen. Da die verwendeten Bakterien im Gegensatz zu den Hefen zu einer Transformation von 9H-Carbazol befähigt waren, wurden mit diesen Stämmen Untersuchungen zur mikrobiellen Transformation von insgesamt 9 zusätzlichen stickstoffhaltigen Biarylverbindungen (2,3,4,9-Tetrahydro-1H-carbazol, 9-Methyl-9H-carbazol, Carbazol-9-yl-methanol, Carbazol-9-yl-essigsäure, 3-Carbazol-9-yl-propionsäure, 2-Carbazol-9-yl-ethanol, Acridin, 10H-Acridin-9-on, Phenazin) durchgeführt. Aufgrund der im Unterschied zu bisherigen Publikationen zum Umsatz von Biarylen festgestellten abweichenden Produktbildung bei Inkubation mit 9H-Carbazol wurden die Bakterienstämme für vergleichende Analysen ebenfalls auf die Transformation von Dibenzothiophen sowie 9H-Fluoren geprüft. Insgesamt wurden bei der Transformation der getesteten Biarylverbindungen 55 Produkte untersucht, von denen 34 bislang für Bakterien noch nicht beschrieben wurden. Basierend auf GCMS-, LCMS- und NMR-Analysen konnten insgesamt 29 Verbindungen identifiziert und für 14 Transformationsprodukte anhand der erhaltenen Daten vorläufige Strukturvorschläge unterbreitet werden. Zusätzlich wurde im Rahmen dieser Arbeit für weitere 8 der in den Versuchen gebildeten Produkte bereits eine erste strukturanalytische Charakterisierung vorgenommen. In weiterführenden Versuchen wurden die durch die Bakterienstämme gebildeten Produkte als Substrate eingesetzt, um zu analysieren auf welche Weise die über primäre Hydroxylierungsreaktionen hinausgehenden Transformationen dieser Substanzen erfolgen. Dazu wurden, in erster Linie am Beispiel von Ralstonia spec. SBUG 290, insgesamt 28 der gebildeten Produkte auf einen weiteren Umsatz geprüft, darunter 14 Substanzen, die kommerziell nicht verfügbar sind und daher zuvor in größeren Mengen aus den Transformationsansätzen gereinigt wurden. Basierend auf diesen Untersuchungen konnten schließlich anhand der nachgewiesenen Produkte Aussagen zu den durch die Stämme katalysierten Transformationswegen abgeleitet werden. In Versuchen mit dem rekombinanten Stamm Escherichia coli DH5alpha SBUG 1575, der die Gene bphA1–A3 der Biphenyl-2,3-dioxygenase aus Ralstonia spec. SBUG 290 trägt, wurde die Beteiligung dieses Enzyms am Umsatz der eingesetzten Biarylverbindungen untersucht.
  • Within the presented thesis several different bacterial and yeast strains from the institute’s culture collection (Stammsammlung Biologie des Institutes für Mikrobiologie der Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald; SBUG) have been investigated regarding the conversion of 9H-carbazole. Besides Ralstonia spec. SBUG 290, Rhodococcus erythropolis SBUG 271, and the two strains SBUG 272 and SBUG 295, that had been identified within the context of this work as Pseudomonas putida, 22 additional bacterial isolates not further charachterized yet have been analyzed. The examined yeast strains covered, besides 7 representatives of the genus Trichosporon, also 19 not identified strains. Based on the utilization of biphenyl and/or dibenzofuran already proven for these microorganisms, it was hypothesized that due to structural analogies of the substrates these strains are also able to transform additional heterocycles. In view of the wide range of pharmacological efficacy and applicability of carbazole derivatives, it was primarily examined to what extent hydroxylated carbazole derivatives can be produced by these specialized microorganisms in order to be used as substrates for later syntheses. Contrary to the yeast strains only the bacterial strains were able to transform 9H-carbazole. Therefore, these strains have been analyzed regarding the microbial transformation of nine additional nitrogenous biarylic compounds (2,3,4,9-tetrahydro-1H-carbazole, 9-methyl-9H-carbazole, carbazol-9-yl-methanol, carbazol-9-yl-acetic acid, 3-carbazol-9-yl-propionic acid, 2-carbazol-9-yl-ethanol, acridin, 10H-acridin-9-on, phenazin). Based on the deviating product formation determined during incubation with 9H-carbazole, which differed from previous publications, the bacterial strains were likewise examined for their ability to transform dibenzotiophene and 9H-fluorene. During transformation of the tested biarylic compouns 55 products were analyzed, 34 of which had not been described for bacteria so far. Based on GCMS, LCMS, and NMR analyses 29 compounds were identified, and for 14 transformation products provisional structural proposals were made based on the received data. Additionally, for further 8 of the products formed during transformation a first structural characterization was already made in the context of this work. In continuative studies the products formed by the bacterial strains were used as substrates to analyze the transformation reactions beyond the primary hydroxylation reactions. These studies were mainly carried out with Ralstonia spec. SBUG 290 using a total of 28 products, 14 of which were commercially not available and had therefore to be extracted in larger quantities from the transformation media. Finally, based on the proven products, statements to the transformation routes catalyzed by the bacterial strains could be derived. Additionally, in further studies using the recombinant strain Escherichia coli DH5alpha SBUG 1575, that carries the genes bphA1–A3 coding for the biphenyl 2,3-diogygenase, its involment during the conversion of the tested biarylic compounds was investigated.

Download full text files

Export metadata

Additional Services

Share in Twitter Search Google Scholar
Metadaten
Author: Doreen Waldau
URN:urn:nbn:de:gbv:9-000739-6
Title Additional (English):Microbial transformation of pharmacologically important biarylic compounds with the main focus on carbazoles
Advisor:Prof. Dr. Frieder Schauer
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2010/02/03
Granting Institution:Ernst-Moritz-Arndt-Universität, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät (bis 31.05.2018)
Date of final exam:2009/09/07
Release Date:2010/02/03
GND Keyword:Bakterien, Biotramsformation, Carbazol, Dibenzothiophen, Fluoren, Hydroxylierung, Methylcarbazol, Tetrahydrocarbazol
Faculties:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Abteilung für Mikrobiologie und Molekularbiologie
DDC class:500 Naturwissenschaften und Mathematik / 570 Biowissenschaften; Biologie