Antifungal and Antileukemic Compounds from Cyanobacteria: Bioactivity, Biosynthesis, and Mechanism of Action

Show full item record

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-4659-5
Title: Antifungal and Antileukemic Compounds from Cyanobacteria: Bioactivity, Biosynthesis, and Mechanism of Action
Author: Humisto, Anu
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry, Department of Microbiology
Doctoral Programme in Microbiology and Biotechnology
Viikinkaari 9
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2018-11-23
Belongs to series: Dissertationes Schola Doctoralis Scientiae Circumiectalis, Alimentariae, Biologicae - URN:ISSN:2342-5431
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-4659-5
http://hdl.handle.net/10138/258262
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Nature is a treasury of bioactive natural products that are developed into pharmaceuticals, cosmetics and other industrial applications. Natural products have an impact on all of us, for instance, in the form of antibiotics. Most of the drugs sold today are natural products or their derivatives. However, the need for new natural products has not decreased but is rather increasing. The incidences of certain diseases such as cancers are rising and resistance to treatment is a major problem. Especially prokaryotes and plants produce these intriguing natural products, which display several different bioactivities. Cyanobacteria are photosynthetic prokaryotes that belong to the most prolific sources of bioactive compounds. This study expands the knowledge of cyanobacterial natural products, including their activities, biosynthesis, and mechanisms of action. The University of Helsinki Cyanobacteria Culture Collection was utilized in this study. Cultured cyanobacteria were screened for antileukemic and antifungal activity using cell assays and disk diffusion analyses. Bioactive compounds were identified with spectrometric methods. The screenings revealed several bioactive hits, including antifungal, antileukemic and cytotoxic activities. Novel compound candidates and known compounds from new habitats or genera were found. In addition, novel variants of known compounds were identified. The results from screening were used to select cyanobacterial strains for whole genome sequencing. Genomic analysis was used to identify the biosynthesis gene clusters of the cytotoxic compounds swinholide and scytophycin. In addition, the production of swinholide was confirmed for the first time using axenic cyanobacteria. In the last part of the study, the mechanism of action of hassallidin was determined using cellular assays, imaging, and lipid models (in vitro and in silico). Hassallidin D purified from Anabaena sp. showed cholesterol-dependent lytic activity against eukaryotic cells. The development of a natural product into a drug or other application is a long process, but natural products are needed also in the future. This thesis contributes to this effort by increasing the understanding of several bioactive cyanobacterial natural compounds at both the functional and molecular level.Luonto on kuin aarreaitta, josta ammennamme uusia bioaktiivisia yhdisteitä lääkkeiden, kosmetiikan ja muun teollisuuden käyttöön. Luonnon bioaktiivisilla yhdisteillä on merkittävä vaikutus meidän kaikkien elämään, esimerkiksi antibioottien muodossa. Suurin osa myydyistä lääkkeistä onkin luonnonyhdisteitä tai niitä mukailevia synteettisiä yhdisteitä. Uusien luonnonyhdisteiden löytäminen on kuitenkin edelleen tärkeää, sillä joidenkin sairauksien on todettu lisääntyneen. Esimerkiksi syöpien määrä on kasvussa, ja lisäksi lääkeresistenssi on vakava ja kasvava ongelma. Erityisesti prokaryootit ja kasvit tuottavat yhdisteitä, joilla on useita erilaisia bioaktiivisuuksia ja potentiaalia muun muassa lääkeaineiksi. Fotosynteettiset prokaryootit syanobakteerit kuuluvat parhaimpiin bioaktiivisten aineiden tuottajiin. Tässä väitöskirjatutkimuksessa tutkittiin syanobakteerien bioaktiivisia yhdisteitä, mukaan lukien niiden aktiivisuus, biosynteesi ja toimintamekanismi. Tutkimuksessa hyödynnettiin Helsingin yliopiston syanobakteerikantakokoelmaa. Syanobakteerikantoja seulottiin erityisesti niiden antileukeemisten ja antifungaalisten ominaisuuksien osalta käyttäen soluviljelytestejä. Massaspektrometrisiä menetelmiä käytettiin yhdisteiden tunnistamiseen. Työssä havaittiin useita aktiivisia syanobakteerikantoja, joilta löydettiin mahdollisia uusia yhdisteitä. Lisäksi löydettiin useita tunnettuja yhdisteitä ja niiden aiemmin tunnistamattomia variantteja uusilta syanobakteerikannoilta tai uusista elinympäristöistä. Seulontatutkimusten perusteella valittiin syanobakteerikannat kokogenomisekvensointiin. Genomianalyysin avulla pystyttiin selvittämään biosynteesireitti tunnetuille sytotoksisille yhdisteille nimeltä swinholidi ja skytofysiini. Lisäksi swinholidin tuotto pystyttiin osoittamaan ensimmäisen kerran laboratoriossa kasvatetussa puhtaassa syanobakteerikannassa. Väitöskirjan viimeisessä osatyössä tutkittiin tunnetun yhdisteen hassallidiinin toimintamekanismia, missä hyödynnettiin solutestejä, kuvantamista ja lipidimallinnusta. Anabaena-syanobakteerista puhdistetun hassallidiinin havaittiin hajottavan kolesterolia sisältävien eukaryoottisolujen solukalvon. Luonnonyhdisteen kehittäminen lääkkeeksi tai muuksi lopputuotteeksi on hyvin hidasta, mutta tarpeellista tulevaisuuden kannalta. Tämä väitöskirjatutkimus lisää ymmärrystämme useista syanobakteerien tuottamista bioaktiivisista yhdisteistä sekä toiminnallisella että molekulaarisella tasolla.
Subject: Mikrobiologia
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
ANTIFUNG.pdf 10.46Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record