Herr M. Sc. Marco Witthohn hat erfolgreich seine Promotion zum Dr.-Ing. mit dem Thema "Production, purification, and analysis of novel peptide antibiotics from terrestrial cyanobacteria" abgeschlossen. Die BioVT wünscht ihm viel Erfolg im weiteren Lebensweg!

Cyanobakterien sind als Produzenten bioaktiver Verbindungen bekannt, von denen viele auch antibiotische Wirkung zeigen. Im Hinblick auf die wachsende Zahl multiresistenter Krankheitserreger ist die Suche nach neuartigen antibiotischen Substanzen von großer Bedeutung und unerschlossene Quellen sollten erkundet werden. Daher befasste sich diese Arbeit zunächst mit der Identifizierung produktiver Stämme, insbesondere aus der Gruppe der terrestrischen Cyanobakterien, die weniger gut untersucht sind als marine und Süßwasser-Stämme. Die Arbeiten zeigen, dass Chroococcidiopsis cubana, ein besonders austrocknungs- und strahlungsresistentes, einzelliges Cyanobakterium, eine extrazelluläre antimikrobielle Verbindung produziert, die sowohl gegen das Gram-positive Indikatorbakterium Micrococcus luteus als auch gegen den pathogenen Hefepilz Candida auris wirkt. Da jedoch die alleinige Identifizierung eines produktiven Cyanobakteriums für weitere Analysen und ein anschließendes scale-up nicht ausreichen, beschäftigte sich der zweite Teil dieser Arbeit mit den Synthesevoraussetzungen für die Verbindung. Dabei konnte eine Stickstofflimitierung als Produktionsauslöser nachgewiesen werden, eine Erkenntnis, die für die Etablierung eines kontinuierlichen Produktionssystems genutzt wurde. Die daraus resultierende höhere Substanzausbeute wurde für anschließende Reinigungs- und Analyseschritte genutzt. In einem zweiten Ansatz wurden durch in silico Analysen identifizierte Bacteriocin-Gencluster aus C. cubana kloniert und heterolog in Escherichia coli exprimiert. Auf diese Weise wurde das Bacteriocin B135CC als stark bakteriolytisches Peptid identifiziert, das vor allem gegen die Gram-positiven Stämme Staphylococcus aureus und Mycobacterium phlei wirkt. B135CC zeigte keine zytotoxische Wirkung gegenüber Maus-Neuroblastom-Zellen (N2a) und eine hohe Temperaturtoleranz bis zu 60 °C. Es wurden außerdem zwei Standardprotokolle entwickelt, die speziell für die Arbeit mit Cyanobakterien angepasst wurden. Zum einen eine Methode zur schnellen und einfachen in vivo-Vitalitätsmessung phototropher Zellen, um geeignete Kryokonservierungsprotokolle für Cyanobakterien entwickeln zu können, und zum anderen eine Hochdurchsatzmethode zur Bestimmung von Nitratkonzentration in Mikroalgenkulturen. Diese wurde zur Optimierung der Produktionsbedingungen mit C. cubana verwendet. Im Zuge dessen wurde auch die Fähigkeit der Cyanobakterien, organische Kohlenstoffquellen für ein beschleunigtes Zellwachstum zu nutzen, näher untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass C. cubana deutlich höhere Wachstumsraten erreicht, wenn es mit Fructose oder Glucose kultiviert wird. Interessanterweise wurde dieser Effekt sogar noch verstärkt, wenn die Lichtintensität verringert wurde. Unter diesen lichtarmen Bedingungen zeigten phototroph kultivierte C. cubana-Zellen dagegen ein deutlich verringertes Zellwachstum. Dieser Effekt könnte für eine schnelle und wirtschaftliche Anzucht von Vorkulturen genutzt werden.