Abstract Biosynthetic gene clusters (BGC) involved in aryl polyene (APE) biosynthesis are supposed to represent the most widespread BGC in the bacterial world. [1–3] Still, only hydrolysis products [4–8] and not the full-length product(s) have been identified, hindering studies on their biosynthesis and natural function. Here, we apply subsequent chromatographic separations to purify the aryl polyene-containing lipids (APELs) from the entomopathogenic bacterium Xenorhabdus doucetiae . Structure elucidation using a combination of isotope labeling, nuclear magnetic resonance techniques, and tandem mass spectrometry reveals an array of APELs featuring an all- trans C26:5 conjugated fatty acyl and a galactosamine-phosphate-glycerol moiety. In combination with extensive genetic studies, this research broadens the bacterial natural product repertoire and paves the way for future functional characterization of this almost universal microbial compound class. Due to their protective function against reactive oxygen species, [5,9] APELs might be important for virulence or symbiosis, mediating organismic interactions in several ecological niches.

ABSTRACT Microorganisms contribute to the biology and physiology of eukaryotic hosts and affect other organisms through natural products. Xenorhabdus and Photorhabdus ( XP ) living in mutualistic symbiosis with entomopathogenic nematodes produce a myriad of natural products to mediate bacteria–nematode–insect interactions. However, a lack of systematic analysis of the biosynthetic gene clusters (BGCs) has limited the understanding of how natural products justify the bacterial niche specificity. Here we combine pangenome and sequence similarity networks to analyze BGCs from 45 XP species. The identified 1,000 BGCs belong to 176 families, over half of which are unknown. Eleven BGCs represent the most conserved families. We then homologously express the ubiquitous and unique BGCs and identify compounds featuring unusual architectures. The bioactivity evaluation demonstrates that the prevalent compounds are eukaryotic proteasome inhibitors, insect virulence factors, or insect immune suppressors. These findings account for the functional basis of bacterial natural products in this tripartite relationship.

Abstract Protection against pathogens is a major function of the gut microbiota. Although bacterial natural products have emerged as crucial components of host-microbiota interactions, their exact role in microbiota-mediated protection is largely unexplored. We addressed this knowledge gap with the nematode Caenorhabditis elegans and its microbiota isolate Pseudomonas fluorescens MYb115 that is known to protect against Bacillus thuringiensis (Bt) infection. We find that MYb115-mediated protection depends on sphingolipids that are derived from an iterative type I polyketide synthase (PKS), thereby describing a noncanonical pathway of bacterial sphingolipid production. We provide evidence that MYb115-derived sphingolipids affect C. elegans tolerance to Bt infection by altering host sphingolipid metabolism. This work establishes sphingolipids as structural outputs of bacterial PKS and highlights the role of microbiota-derived sphingolipids in host protection against pathogens.

Bacteria of the genera Photorhabdus and Xenorhabdus produce a plethora of natural products to support their similar symbiotic lifecycles. For many of these compounds, the specific bioactivities are unknown. One common challenge in natural product research when trying to prioritize research efforts is the rediscovery of identical (or highly similar) compounds from different strains. Linking genome sequence to metabolite production can help in overcoming this problem. However, sequences are typically not available for entire collections of organisms. Here we perform a comprehensive metabolic screening using HPLC-MS data associated with a 114-strain collection (58 Photorhabdus and 56 Xenorhabdus) from across Thailand and explore the metabolic variation among the strains, matched with several abiotic factors. We utilize machine learning in order to rank the importance of individual metabolites in determining all given metadata. With this approach, we were able to prioritize metabolites in the context of natural product investigations, leading to the identification of previously unknown compounds. The top three highest-ranking features were associated with Xenorhabdus and attributed to the same chemical entity, cyclo(tetrahydroxybutyrate). This work addresses the need for prioritization in high-throughput metabolomic studies and demonstrates the viability of such an approach in future research.

The bacterial cell membrane primarily houses lipids, carbohydrates, and proteins forming a barrier and interface that maintains cellular integrity, supports homeostasis, and senses environmental changes. Compared to lipid components and excreted secondary metabolites, compounds embedded in the producer cell membrane are often overlooked due to their low abundance and niche‐specific functions. The accumulation of findings has led to an increased appreciation of their crucial roles in bacterial cell biochemistry, physiology, and ecology, as well as their impact on mutualistic and pathogenic bacteria‐eukaryote interactions. This review highlights the structures, biosynthesis, regulation, and ecological functions of membrane‐embedded secondary metabolites. It also discusses antibiotics that target their biosynthetic pathways, aiming to inspire the development of antibiotics specific to pathogenic bacteria without harming human cells.

Abstract Many clinically used drugs are derived from or inspired by bacterial natural products that often are biosynthesised via non-ribosomal peptide synthetases (NRPS), giant megasynthases that activate and join individual amino acids in an assembly line fashion. Since NRPS are not limited to the incorporation of the 20 proteinogenic amino acids, their efficient manipulation would allow the biotechnological generation of complex peptides including linear, cyclic and further modified natural product analogues, e.g. to optimise natural product leads. Here we describe a detailed phylogenetic analysis of several bacterial NRPS that led to the identification of a new recombination breakpoint within the thiolation (T) domain that is important for natural NRPS evolution. From this, an evolution-inspired eXchange Unit between T domains (XUT) approach was developed which allows the assembly of NRPS fragments over a broad range of GC contents, protein similarities, and extender unit specificities, as demonstrated for the specific production of a proteasome inhibitor designed and assembled from five different NRPS fragments.

Ustilago maydis is a phytopathogenic fungus responsible for corn smut disease. Although it is a very well established model organism for the study of plant-microbe interactions, its biosynthetic potential has not been totally explored. By analyzing U. maydis genome, we identified a biosynthetic gene cluster whose activation led to the production of a black melanin pigment. Single deletion mutants of the cluster genes revealed that five encoded enzymes are required for the accumulation of the black pigment, including three polyketide synthases (pks3, pks4 and pks5), a cytochrome P450 monooxygenase (cyp4) and a protein with similarity to versicolorin B-synthase (vbs1). Moreover, metabolic profiles of the mutants defective for pks3 and pks4 indicated that the products of these genes catalyze together the first step in the melanin biosynthetic pathway since none of the mutants accumulated any melanin or intermediate products. Mutants deleted for pks5 produced orsellinic acid (OA) and triacetic acid lactone (TAL), suggesting that both products are produced by Pks3 and Pks4. It might thus demonstrate that Pks5 plays a role in a reaction downstream of that catalyzed by Pks3 and Pks4. OA and TAL were also found in extracts of a cyp4 deletion mutant along with several heterodimers of TAL and Pks5-derived orsellinic aldehyde compounds. According to their phenotypes and the intermediate products isolated from these strains, Cyp4 and Vbs1 seem to be involved in reactions downstream of Pks5. Our findings suggest that U. maydis synthesizes a new melanin based on coumarin and pyran-2-one intermediates, while most fungal melanins are derived from 1,8-dihydroxynaphthalene (DHN) or L-3,4-dihydroxyphenylalanine (L-DOPA). Along with these observations, this work also provides an insight into the mechanisms of polyketide synthases in this filamentous fungus.

The surface regularity index (SRI) reflects hematoma surface regularity in patients with intracerebral hemorrhage (ICH). Studies had reported an association between hematoma surface irregularity and hematoma expansion (HE). However, research on the correlation between the SRI and clinical outcomes in ICH patients following minimally invasive surgery (MIS) is limited. This study aimed to investigate the ability of the SRI to predict rebleeding and poor drainage in patients with spontaneous ICH following MIS.