Pyrrolizwillin, ein Einzigartiges Bakterielles Alkaloid, Gebildet durch eine Kombination aus Nichtribosomaler Peptidsynthetase und nicht‐Enzymatischer Dimerisierung

Pyrrolizidinalkaloide (PAs) sind eine strukturell vielfältige Gruppe spezialisierter heterocyclischer Metabolite, die durch eine Hexahydro‐1H‐pyrrolizin‐Kernstruktur charakterisiert werden. PAs werden über zwei unterschiedliche Biosynthesewege gebildet. In Pflanzen werden sie durch eine Homospermidinsynthase synthetisiert, während sie in Bakterien durch die kombinierte Wirkung einer nichtribosomalen Peptidsynthetase und einer Baeyer–Villiger‐Monooxygenase entstehen. Während die toxischen Eigenschaften pflanzlicher PAs und ihr Vorkommen in tierischen und menschlichen Lebensmitteln umfassend untersucht wurden, sind die biologischen Funktionen und die Biosynthese komplexerer bakterieller PAs noch nicht gut verstanden. Hier berichten wir über die Identifizierung und Charakterisierung eines bakteriellen Biosynthese‐Genclusters aus Xenorhabdus hominickii, xhpA‐G, das für die Produktion des PA‐Pseudodimers Pyrrolizwillin verantwortlich ist. Die Analyse von Promotor‐Austauschmutanten aus X. hominickii zusammen mit der heterologen Expression von xhpA‐G in E. coli ergab eine Reihe von Derivaten und Zwischenprodukten, von denen zwei chemisch synthetisiert wurden. Diese Informationen wurden genutzt, um einen detaillierten Biosyntheseweg zu Pyrrolizwillin zu postulieren. Darüber hinaus haben wir die Hydrolase XhpG, das Schlüsselenzym bei der Umwandlung des Zwischenprodukts Pyrrolizixenamid zu Pyrrolizwillin, mittels Röntgenkristallographie und Kleinwinkel‐Röntgenstreuung (SAXS) charakterisiert.