Abstract The chemical and biological diversity of the marine environment is immeasurable and therefore is an extraordinary resource for the discovery of new anticancer drugs. Recent technological and methodologic advances in structure elucidation, organic synthesis, and biological assay have resulted in the isolation and clinical evaluation of various novel anticancer agents. These compounds range in structural class from simple linear peptides, such as dolastatin 10, to complex macrocyclic polyethers, such as halichondrin B; equally as diverse are the molecular modes of action by which these molecules impart their biological activity. This review highlights several marine natural products and their synthetic derivatives that are currently undergoing clinical evaluation as anticancer drugs.

Abstract

 A screening program for bioactive compounds from marine cyanobacteria led to the isolation of jamaicamides A–C. Jamaicamide A is a novel and highly functionalized lipopeptide containing an alkynyl bromide, vinyl chloride, β-methoxy eneone system, and pyrrolinone ring. The jamaicamides show sodium channelblocking activity and fish toxicity. Precursor feeding to jamaicamide-producing cultures mapped out the series of acetate and amino acid residues and helped develop an effective cloning strategy for the biosynthetic gene cluster. The 58 kbp gene cluster is composed of 17 open reading frames that show an exact colinearity with their expected utilization. A novel cassette of genes appears to form a pendent carbon atom possessing the vinyl chloride functionality; at its core this contains an HMG-CoA synthase-like motif, giving insight into the mechanism by which this functional group is created.

Global Natural Product Social Molecular Networking (GNPS) is an interactive online small molecule-focused tandem mass spectrometry (MS2) data curation and analysis infrastructure. It is intended to provide as much chemical insight as possible into an untargeted MS2 dataset and to connect this chemical insight to the user's underlying biological questions. This can be performed within one liquid chromatography (LC)-MS2 experiment or at the repository scale. GNPS-MassIVE is a public data repository for untargeted MS2 data with sample information (metadata) and annotated MS2 spectra. These publicly accessible data can be annotated and updated with the GNPS infrastructure keeping a continuous record of all changes. This knowledge is disseminated across all public data; it is a living dataset. Molecular networking-one of the main analysis tools used within the GNPS platform-creates a structured data table that reflects the molecular diversity captured in tandem mass spectrometry experiments by computing the relationships of the MS2 spectra as spectral similarity. This protocol provides step-by-step instructions for creating reproducible, high-quality molecular networks. For training purposes, the reader is led through a 90- to 120-min procedure that starts by recalling an example public dataset and its sample information and proceeds to creating and interpreting a molecular network. Each data analysis job can be shared or cloned to disseminate the knowledge gained, thus propagating information that can lead to the discovery of molecules, metabolic pathways, and ecosystem/community interactions.

Abstract MicrobeMASST, a taxonomically-informed mass spectrometry (MS) search tool, tackles limited microbial metabolite annotation in untargeted metabolomics experiments. Leveraging a curated database of >60,000 microbial monocultures, users can search known and unknown MS/MS spectra and link them to their respective microbial producers via MS/MS fragmentation patterns. Identification of microbial-derived metabolites and relative producers, without a priori knowledge, will vastly enhance the understanding of microorganisms’ role in ecology and human health.

Metals are important cofactors in the metabolic processes of cyanobacteria, including photosynthesis, cellular respiration, DNA replication, and the biosynthesis of primary and secondary metabolites. In adaptation to the marine environment, cyanobacteria use metallophores to acquire trace metals when necessary as well as to reduce potential toxicity from excessive metal concentrations. Leptochelins A–C were identified as structurally novel metallophores from three geographically dispersed cyanobacteria of the genus Leptothoe. Determination of the complex structures of these metabolites presented numerous challenges, but they were ultimately solved using integrated data from NMR, mass spectrometry and deductions from the biosynthetic gene cluster. The leptochelins are comprised of halogenated linear NRPS-PKS hybrid products with multiple heterocycles that have potential for hexadentate and tetradentate coordination with metal ions. The genomes of the three leptochelin producers were sequenced, and retrobiosynthetic analysis revealed one candidate biosynthetic gene cluster (BGC) consistent with the structure of leptochelin. The putative BGC is highly homologous in all three Leptothoe strains, and all possess genetic signatures associated with metallophores. Postcolumn infusion of metals using an LC-MS metabolomics workflow performed with leptochelins A and B revealed promiscuous binding of iron, copper, cobalt, and zinc, with greatest preference for copper. Iron depletion and copper toxicity experiments support the hypothesis that leptochelin metallophores may play key ecological roles in iron acquisition and in copper detoxification. In addition, the leptochelins possess significant cytotoxicity against several cancer cell lines.

ABSTRACT Reptiles and amphibians (herptiles) represent some of the more endangered and threatened species on the planet and numerous conservation strategies are being implemented with the goal of ensuring species recovery. Little is known, however, about the wild gut microbiome of herptiles and how it relates to the health of wild populations. Here we report results from both a broad survey of hosts and a more intensive sampling of hosts and geography of fungi and bacteria associated with herptile gut microbiomes. We demonstrate that bacterial communities sampled from frogs, lizards and salamanders are structured by the host higher level taxonomy and that the fungus Basidiobolus is a common and natural component of these wild gut microbiomes. Intensive sampling of multiple hosts across the ecoregions of Tennessee revealed that geography and host:geography interactions are strong predictors of distinct Basidiobolus OTUs present within a given host. Co-occurrence analyses of Basidiobolus and bacterial community diversity supports a correlation and interaction between Basidiobolus and bacteria, suggesting that Basidiobolus may play a role in structuring the bacterial community. We further the hypothesis that this interaction is advanced by unique specialized metabolism originating from horizontal gene transfer from bacteria to Basidiobolus , and demonstrate that Basidiobolus is capable of producing a diversity of specialized metabolites including small cyclic peptides. IMPORTANCE This work significantly advances our understanding of interactions in herptile microbiomes; the role that fungi play as a structural and functional member of herptile gut microbiomes; and the chemical functions that structure host:microbiome phenotypes. We also provide an important observational system of how the gut microbiome represents a unique environment that selects for novel metabolic functions through horizontal gene transfer between fungi and bacteria. Such studies are needed to better understand the complexity of gut microbiomes in nature and will inform conservation strategies for threatened species of herpetofauna.

Abstract Molecular networking connects tandem mass spectra of molecules based on the similarity of their fragmentation patterns. However, during ionization, molecules commonly form multiple ion species with different fragmentation behavior. To connect ion species of the same molecule, we developed Ion Identity Molecular Networking. These new relationships improve network connectivity, are shown to reveal novel ion-ligand complexes, enhance annotation within molecular networks, and facilitate the expansion of spectral libraries.

Metabolomics data are difficult to find and reuse, even in public repositories. We, therefore, developed the Reanalysis of Data User (ReDU) interface (https://redu.ucsd.edu/), a community- and data-driven approach that solves this problem at the repository scale. ReDU enables public data discovery and co- or re-analysis via uniformly formatted, publicly available MS/MS data and metadata in the Global Natural Product Social Molecular Networking Platform (GNPS), consistent with findable, accessible, interoperable, and reusable (FAIR) principles.