Engineering the synthesis of lantibiotics in e. Coli by combining the cynnamicin and nisin modification systems.

I lantibiotici sono molecole peptidiche prodotte da un gran numero di batteri Gram-positivi, posseggono attività antibatterica contro un ampio spettro di germi, e rappresentano una potenziale soluzione alla crescente problematica dei patogeni multi-resistenti. La loro attività consiste nel legame alla membrana del bersaglio, che viene quindi destabilizzata mediante l’induzione di pori che determinano la morte del patogeno. Tipicamente i lantibiotici sono formati da un “leader-peptide” e da un “core-peptide”. Il primo è necessario per il riconoscimento della molecola da parte di enzimi che effettuano modifiche post-traduzionali del secondo - che sarà la regione con attività battericida una volta scissa dal “leader-peptide”. Le modifiche post-traduzionali anticipate determinano il contenuto di amminoacidi lantionina (Lan) e metil-lantionina (MeLan), caratterizzati dalla presenza di ponti-tioetere che conferiscono maggior resistenza contro le proteasi, e permettono di aggirare la principale limitazione all’uso dei peptidi in ambito terapeutico. La nisina è il lantibiotico più studiato e caratterizzato, prodotto dal batterio L. lactis che è stato utilizzato per oltre venti anni nell’industria alimentare. La nisina è un peptide lungo 34 amminoacidi, che contiene anelli di lantionina e metil-lantionina, introdotti dall’azione degli enzimi nisB e nisC, mentre il taglio del “leader-peptide” è svolto dall’enzima nisP. Questo elaborato affronta l’ingegnerizzazione della sintesi e della modifica di lantibiotici nel batterio E.coli. In particolare si affronta l’implementazione dell’espressione eterologa in E.coli del lantibiotico cinnamicina, prodotto in natura dal batterio Streptomyces cinnamoneus. Questo particolare lantibiotico, lungo diciannove amminoacidi dopo il taglio del leader, subisce modifiche da parte dell’enzima CinM, responsabile dell’introduzione degli aminoacidi Lan e MeLan, dell’enzima CinX responsabile dell’idrossilazione dell’acido aspartico (Asp), e infine dell’enzima cinorf7 deputato all’introduzione del ponte di lisinoalanina (Lal). Una volta confermata l’attività della cinnamicina e di conseguenza quella dell’enzima CinM, si è deciso di tentare la modifica della nisina da parte di CinM. A tal proposito è stato necessario progettare un gene sintetico che codifica nisina con un leader chimerico, formato cioè dalla fusione del leader della cinnamicina e del leader della nisina. Il prodotto finale, dopo il taglio del leader da parte di nisP, è una nisina completamente modificata. Questo risultato ne permette però la modifica utilizzando un solo enzima invece di due, riducendo il carico metabolico sul batterio che la produce, e inoltre apre la strada all’utilizzo di CinM per la modifica di altri lantibiotici seguendo lo stesso approccio, nonché all’introduzione del ponte di lisinoalanina, in quanto l’enzima cinorf7 necessita della presenza di CinM per svolgere la sua funzione.

Synthesis of new non-fullerene acceptors based on indacenodithiophene core for organic solar cells

Due to the low cost, lightness and flexibility, Polymer Solar Cell (PSC) technology is considered one of the most promising energy technologies. In the past decades, PSCs using fullerenes or fullerene derivatives as the electron acceptors have made great progress with best power conversion efficiency (PCE) reaching 11%. However, fullerene type electron acceptors have several drawbacks such as complicated synthesis, a low light absorption coefficient and poor tuning in energy levels, which prevent the further development of fullerene-based PSCs. Hence the need to have a new class of electron acceptors as an alternative to conventional fullerene compounds. Non-fullerene acceptors (NFAs) have developed rapidly in the last years and the maximum PCEs have exceeded 14% for single-junction cells and 17% for double-junction tandem cells. By combining an electron-donating backbone, generally with several fused rings with electron-withdrawing units, we can simply construct NFA of the acceptor–donor–acceptor type (A–D–A). Versatile molecular structures have been developed using methods such as acceptor motif engineering and donor motif engineering. However, there are only a few electron-donating backbones that have been proved to be successful. Therefore, it is still necessary to develop promising building blocks to further enrich the structural diversity. An indacenodithiophene (IDT) unit with just five fused rings has a sufficiently rigid coplanar structure, which has been regarded as one of the promising electron-rich units to design high-performance A–D–A NFAs. In this work, performed at the King Abdullah University of Science and Technology in Saudi Arabia, a new nine-cyclic building block (TBIDT) with a two benzothiophene unit was synthesized and used for designing new non-fullerene electron acceptors.