Analyse von Naturstoffen und Untersuchungen zum Metabolismus

Die Identifizierung von Naturstoffen mit ökologischer Bedeutung ist eine unserer Hauptaufgaben (Schneider, 2013, eMagRes 2, 451–466). Proben aus Phenylphenalenon-produzierenden Pflanzenfamilien (z.B.  Haemodoraceae und Musaceae), aus Arabidopsis thaliana (Bednarek et al., 2009, Science 323, 101-106), Nicotiana attenuata (Heiling et al., 2009, Plant Cell 22, 273-292), Papaver nudicaule (Tatsis et al., 2013, Org. Lett. 15, 156–159) und Picea abies (Li et al., 2008, Phytochemistry 69, 772-782) wurden unlängst zusammen mit internen und externen Kooperationspartnern oder in eigenen Projekten unserer Gruppe untersucht. Produkte isolierter oder rekombinanter Enzyme stellen eine weitere wichtige Gruppe von Verbindungen dar, die  NMR-spektroskopisch analysiert werden (Schneider, 2010, Prog. Bot. 72, 183-206; Jirschitzka et al., 2012, PNAS 109, 10304-10309). Die Proben (isolierte Verbindungen, Extrakte, Fraktionen) werden mittels 1D- oder 2D-NMR analysiert und quantifiziert. Cryogen gekühlte Probenköpfe der Protonenresonanzfrequenz von 500 MHz und 700 MHz stehen für die Messung von Proben mit limitierter Masse zur Verfügung. Die LC-DAD-MS-NMR-Kopplung ist besonders geeignet für die Identifizierung von Naturstoffen ohne vorherige Isolierung. Außer der Analyse von pflanzlichen Proben wurden antibiotisch wirkende Naturstoffe aus Streptomyceten, die mit Bienenwölfen in Symbiose leben (Kroiss et al., 2010, Nature Chem. Biol. 6, 261-263), und ein Fischpheromon, das von dominanten Tilapia-Männchen abgegeben wird, identifiziert (gemeinsames Projekt mit Forschern der Universität der Algarve, Portugal; Keller-Costa et al., 2014, Curr. Biol. 24, 2130-2135).

Wir führen biosynthetische Markierungsexperimente mit stabilen Isotopen (Schneider, 2007, Prog. NMR Spectr. 51, 155-198) durch, indem wir markierte Vorstufen an pflanzliche Zell- oder Wurzelkulturen applizieren oder Pflanzen in 18O- oder 13CO2-Atmosphäre inkubieren. NMR- und MS-Analysen der Zielmoleküle liefern Informationen über biosynthetische Beziehungen zwischen Vorstufe und Produkt, komplette Biosynthesewege und andere Stoffwechselvorgänge (Munde et al., 2011, Phytochemistry 72, 49-58; Munde et al., 2013, Phytochemistry 91, 165-176; Tatsis et al., 2014, ChemBioChem 15, 1645-1650).