Scalable Biosynthesis of the Seaweed Neurochemical, Kainic Acid. (10th May 2019)

• Record Type: Journal Article
• Authors: Chekan, Jonathan R.; McKinnie, Shaun M. K.; Moore, Malia L.; Poplawski, Shane G.; Michael, Todd P.; Moore, Bradley S.
• Is Part Of: Angewandte Chemie. Volume 131:Number 25(2019)
• Page Start: 8542
• Page End: 8545
• Publication Date: 2019-05-10
• Subjects: Biosynthese -- Biotransformationen -- Kainsäure -- Naturstoffe -- Rotalgen; Chemistry -- Periodicals; 540
• DOI: 10.1002/ange.201902910
• Languages: English
• ISSNs: 0044-8249

Abstract

Abstract: Kainic acid, the flagship member of the kainoid family of natural neurochemicals, is a widely used neuropharmacological agent that helped unravel the key role of ionotropic glutamate receptors, including the kainate receptor, in the central nervous system. Worldwide shortages of this seaweed natural product in the year 2000 prompted numerous chemical syntheses, including scalable preparations with as few as six‐steps. Herein we report the discovery and characterization of the concise two‐enzyme biosynthetic pathway to kainic acid from l ‐glutamic acid and dimethylallyl pyrophosphate in red macroalgae and show that the biosynthetic genes are co‐clustered in genomes of Digenea simplex and Palmaria palmata. Moreover, we applied a key biosynthetic α‐ketoglutarate‐dependent dioxygenase enzyme in a biotransformation methodology to efficiently construct kainic acid on the gram scale. This study establishes both the feasibility of mining seaweed genomes for their biotechnological prowess. Abstract : Kainsäure, ein mariner Naturstoff, wird seit Jahrhunderten als Anthelminthikum und jüngst als neurologischer Wirkstoff eingesetzt. Mit einem genomischen Sequenzierungsansatz wurden die für die Biosynthese von Kainsäure verantwortlichen Gene in zwei verschiedenen Algen entdeckt. Die In‐vitro‐Charakterisierung validierte die enzymatische Aktivität und ermöglichte die Produktion von Kainsäure im Gramm‐Maßstab unter Anwendung eines Biotransformationskonzepts.