Klassifizierung und Manipulation des synthetischen Potenzials carboxylierender Reduktasen aus dem Zentralmetabolismus und der Polyketid‐Biosynthese

Die kürzlich entdeckte Enzymklasse carboxylierender Enoylthioester‐Reduktasen (ECRs) katalysiert die Addition von molekularem CO 2 an die Doppelbindung α,β‐ungesättigter CoA‐Thioester. ECRs besitzen zwei bekannte biologische Funktionen. Im Primärstoffwechsel einer Vielzahl Bakterien katalysieren sie die Bildung von Ethylmalonyl‐CoA zur Assimilierung des Zentralmetaboliten Acetyl‐CoA. Im Sekundärstoffwechsel katalysieren sie die Bildung einer Vielzahl verschiedener α‐carboxylierter Acylthioester, die dazu dienen, Variationen in der chemischen Grundstruktur von Polyketid‐Naturstoffen zu erzeugen. In der vorliegenden Arbeit wurde die Substratspezifität verschiedener ECRs mithilfe einer Substratbibliothek systematisch untersucht. Es wurden drei Aminosäuren im aktiven Zentrum von ECRs identifiziert, die ECRs mit eingeschränktem Substratspektrum von ECRs mit einem flexiblen Substratspektrum unterscheiden. Dies wurde experimentell durch das gezielte Design des aktiven Zentrums einer ausgewählten ECR bestätigt. Die vorliegende Studie erklärt die molekulare Grundlage einer Schlüsselreaktion in der Biosynthese von Naturstoffen, was es erlaubt, die Spezifität von ECRs zukünftig nicht nur vorherzusagen, sondern auch gezielt zu manipulieren.