Sorangium cellulosum

Sorangium cellulosum
Systematik
Klasse:Deltaproteobacteria
Ordnung:Myxobacteria (Myxococcales)
Unterordnung:Sorangiineae
Familie:Polyangiaceae
Gattung:Sorangium
Art:Sorangium cellulosum
Wissenschaftlicher Name
Sorangium cellulosum
(Brockman 1989) Reichenbach 2007[1][2]

Sorangium cellulosum ist eine Spezies (Art) bodenbewohnender gramnegativer Myxobakterien.[3][2][1][4] Die Zellen von S. cellulosum zeigen eine gleitende Motilität (Beweglichkeit). Aufgrund dieser Motilität können sich die Zellen unter Stressbedingungen zu Fruchtkörpern zusammenschließen und in Myxosporen differenzieren, so wie es auch bei anderen Myxobakterien beobachtet wird. Dieser Umstand erschwert die Isolierung von Reinkulturen und Koloniezählungen auf Agarmedium, da sich die Bakterien ausbreiten und die Kolonien zusammenwachsen.[5] S. cellulosum hat als Kosmopolit weltweit Verbreitung.[6][7] Die bisher untersuchten Stämme haben ein ungewöhnlich großes Genom von über 12 Mbp (Megabasenpaaren).[8][2]

Ökologie

S. cellulosum kommt in Böden, Tierkot und Baumrinde vor.[9] Es handelt sich um einen Saprophyten, der sich aerob von Zellulose ernährt. Es ist ein Produzent von Fungiziden und Bakterizid, die die Konkurrenz im Boden reduzieren.[10] In Laborproben wächst S. cellulosum auf Agarmedium. Durch Quorum-Sensing kann S. cellulosum in Gemeinschaften wachsen, die groß genug sind, um Zellulose effektiv zu verstoffwechseln.[5]

Sekundärmetaboliten

S. cellulosum produziert 50 % aller bekannten Metaboliten von Myxobakterien.[8] Darunter befinden sich Verbindungen, die antimykotisch und/oder antibakteriell wirken, sogar gegen Bakterien, die gegen bekannte Antibiotika resistent sind; manche können sogar Säugetierzellen abtöten. Diese große Zahl an Stoffwechselprodukten gab Anlass zur intensiven Erforschung ihres umfangreichen Genoms, um mögliche industrielle und medizinische Anwendungen zu finden.[11] Einige dieser sekundären Verbindungen sind:

  • Ambruticin[12] und Jerangolid A[13] – Antimykotika.
  • Chivosazol[14][15] – eine Verbindung, die das Aktinskelett eukaryontischer Zellen zerstört. Es ist sowohl gegen Pilz- als auch gegen Säugetierzellen wirksam.[16]
  • Epothilone – Verbindungen, die auf die Funktion der Mikrotubuli abzielen und zur Apoptose führen. Einige Derivate werden zur Behandlung menschlicher Krebserkrankungen eingesetzt.[17]
  • Myxochelin A[18] – Antibakterielles Mittel, das Eisen in der Umgebung einlagert (sequestriert).[19]
  • Soraphen A – ein hochwirksamer Wirkstoff gegen pflanzenpathogene Pilze. Es wurde ausgiebig für den Einsatz in der Landwirtschaft erforscht, bis man entdeckte, dass es teratogen ist.[9]

Kultivierung in industriellem Maßstab und genetische Manipulation von S. cellulosum sind schwierig. Es hat sich gezeigt, dass Plasmide in den Zellen von S. cellulosum gewöhnlich nicht funktionieren. Um dieses Problem zu umgehen, könnte man beispielsweise reproduzierbare genetische Veränderungen direkt in dem einzelnen zirkulären Bakterienchromosom vornehmen.[20][10][21] Jedoch wurde 2003 mit pKOS183-3 auch ein Plasmid für einen Stamm von S. cellulosum entwickelt.[3]

Klinische Anwendung

Die von S. cellulosum abgesonderten Epothilone haben sich in der Chemotherapie als wirksam erwiesen.[22] Dies führte zur Entwicklung weiterer Substanzen, die diese Wirkung imitieren (Analoga). Ein solches Analogon ist Ixabepilon,[23] ein von der US Food and Drug Administration (FDA) zugelassenes Chemotherapeutikum für die Behandlung von metastasierendem Brustkrebs.[24]

Systematik

Synonyme nach National Center for Biotechnology Information (NCBI):[2]

  • "Sorangium compositum" Krzemieniewska & Krzemieniewski 1937 bzw. Jahn 1924
  • "Sorangium nigrescens" Krzemieniewska & Krzemieniewski 1937
  • "Sorangium nigrum" Krzemieniewska & Krzemieniewski 1937
  • Polyangium cellulosum (exImshenetski & Solntseva 1936) Brockman 1989[1]
  • "Polyangium compositum" Thaxter 1904

Stämme nach NCBI[2] und BacDive[7] (Auswahl):

  • S. cellulosum So ce1871 alias DSM 14627 (Referenzstamm) – isoliert aus Böden mit verrottendem Pflanzenmaterial, Rhodos.
  • S. cellulosum So ce56 alias DSM 53796
  • S. cellulosum So ce122 alias DSM 53222
  • S. cellulosum So ce17 alias DSM 53178
  • S. cellulosum So ce157 alias DSM 53242 – von der Insel Spinalonga bei Kreta
  • S. cellulosum So0157-2 – aus Erde am Ufer eines alkalischen Sees (pH 9,0) in Yunnan, China. Ein Alkali-adaptiver Epothilon-Produzent, der in einem breiten pH-Bereich wächst; Genomlänge fast 14,8 Mbp.[21]

Weblinks

Einzelnachweise

  1. ↑ a b c LPSN: Sorangium cellulosum (Brockman 1989) Reichenbach 2007, Basonym: Polyangium cellulosum (ex Imshenetski and Solntseva 1936) Brockman 1989. Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen (DSMZ).
  2. ↑ a b c d e NCBI: Sorangium cellulosum, Details: Sorangium cellulosum (Brockman 1989) Reichenbach 2007 (species, homotypic synonym: "Sorangium cellulosum" (Imshenetski and Solntseva 1936) Imshenetski and Solntseva 1937); graphisch: Sorangium cellulosum, Lifemap NCBI Version.
  3. ↑ a b Bryan Julien, Ruby Fehd: Development of a mariner-based transposon for use in Sorangium cellulosum. In: Appl Environ Microbiol. 69, Nr. 10, 1. Oktober 2003, S. 6299​–6301. bibcode:2003ApEnM..69.6299J. doi:10.1128/AEM.69.10.6299-6301.2003. PMID 14532095. PMC 201241 (freier Volltext).
  4. ↑ WoRMS: Sorangium (ex Jahn, 1924) Reichenbach, 2007 (genus)
  5. ↑ a b Hans Reichenbach, Gerhard Höfle: Myxobacteria as Producers of Secondary Metabolites. In: S. Grabley, R. Thiericke (Hrsg.): Drug Discovery from Nature 2000-01, ISBN 978-3-540-66947-0, S. 149–179, doi:10.1007/978-3-642-60250-4_9.
  6. ↑ EOL: Sorangium cellulosum
  7. ↑ a b Type strain of Sorangium cellulosum at BacDive - the Bacterial Diversity Metadatabase. Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen (DSMZ).
  8. ↑ a b Susanne Schneiker, Olena Perlova, Olaf Kaiser, Klaus Gerth, Aysel Alici, Matthias O. Altmeyer, Daniela Bartels, Thomas Bekel, Stefan Beyer, Edna Bode, Helge B. Bode, Rolf Müller et al.: Complete genome sequence of the myxobacterium Sorangium cellulosum. In: Nature Biotechnology. 25, Nr. 11, 28. Oktober 2007, S. 1281–1289. doi:10.1038/nbt1354. PMID 17965706.
  9. ↑ a b Ross Zirkle, James M. Ligon, István Molnár: Heterlogous production of the antifungal polyketide antibiotic soraphen A of Sorangium cellulosumvSo ce26 in Streptomyces lividans. In: Microbiology. 150, Nr. 8, 1. August 2004, S. 2761​–2774. doi:10.1099/mic.0.27138-0. PMID 15289572.
  10. ↑ a b Silke Pradella, Astrid Hans, Cathrin Spröer, Hans Reichenbach, Klaus Gerth, Stefan Beyer: Characterization, genome size and genetic manipulation of the myxobacerium Sorangium cellulosum So ce56. In: Arch Microbiol. 178, Nr. 6, Dezember 2002, S. 484–494. doi:10.1007/s00203-002-0479-2. PMID 12420170.
  11. ↑ Hans Reichenbach: Myxobacteria, producers of novel bioactive substances. In: Nature Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology, Band 27, S. 149–156.
  12. ↑ Ambruticin, PubChem.
  13. ↑ Jerangolid A, PubChem.
  14. ↑ Herbert Irschik, Rolf Jansen, Klaus Gerth, Gerhard Höfle, Hans Reichenbach: Chivosazol A, a New Inhibitor of Eukaryotic Organisms Isolated from Myxobacteria. In: J-Stage, Band 48, Nr. 9, S. 962–966; doi:10.7164/antibiotics.48.962, PMID 7592063.
  15. ↑ Tobias Brodmann, Dominic Janssen, Markus Kalesse: Total Synthesis of Chivosazole F. In: ACS Publications: J. Am. Chem. Soc., Band 132, Nr. 39, 13. September 2010, S. 13610​–13611; doi:10.1021/ja107290s.
  16. ↑ Olena Perlova, Klaus Gerth, Olaf Kaiser, Astrid Hansb, Rolf Müller: Identification and analysis of the chivosazol biosynthetic gene cluster from the myxobacterial model strain Sorangium cellulosum So ce56. In: Journal of Biotechnology. 121, Nr. 2, 24. Januar 2006, S. 174–191. doi:10.1016/j.jbiotec.2005.10.011. PMID 16313990.
  17. ↑ Susan Goodin, Michael P. Kane, Eric H. Rubin: Epothilones: Mechanism of Action and Biologic Activity. In: Journal of Clinical Oncology. 22, Nr. 10, 15. Mai 2004, S. 2015​–2025. doi:10.1200/JCO.2004.12.001. PMID 15143095.
  18. ↑ Myxochelin A, PubChem.
  19. ↑ Nikolaos Gaitatzis, Brigitte Kunze, Rolf Müller: In vitro reconstitution of the myxochelin biosynthetic machinery of Stigmatella aurantiaca Sg a15: Biochemical characterization of a reductive release mechanism from nonribosomal peptide synthetases. In: Proc Natl Acad Sci USA. 98, Nr. 20, 25. September 2001, S. 11136​–11141. bibcode:2001PNAS...9811136G. doi:10.1073/pnas.201167098. PMID 11562468. PMC 58696 (freier Volltext).
  20. ↑ Samir Jaoua, Snezana Neff, Thomas Schupp: Transfer of mobilizable plasmids to Sorangium cellulosum and evidence for their integration into the chromosome. In: Plasmid. 28, Nr. 2, September 1992, S. 157–165. doi:10.1016/0147-619x(92)90046-d. PMID 1409972.
  21. ↑ a b Kui Han, Zhi-feng Li, Ran Peng, Li-ping Zhu, Tao Zhou, Lu-guang Wang, Shu-guang Li, Xiao-bo Zhang, Wei Hu, Zhi-hong Wu, Nan Qin, Yue-zhong Li: Extraordinary expansion of a Sorangium cellulosum genome from an alkaline milieu. In: Nature Scientific Reports, Band 3, Nr. 2101, 1. Juli 2013; doi:10.1038/srep02101 , PMID 23812535, PMC 3696898 (freier Volltext).
  22. ↑ Francis Y. F. Lee, Robert Borzilleri, Craig R. Fairchild, Amrita Kamath, Richard Smykla, Robert Kramer, Gregory Vite: Preclinical discovery of ixabepilone, a highly active antineoplastic agent. In: Cancer Chemother. Pharmacol.. 63, Nr. 1, Dezember 2008, S. 157–166. doi:10.1007/s00280-008-0724-8. PMID 18347795.
  23. ↑ Ixabepilone, PubChem.
  24. ↑ Ixabepilone