Abstract The gut mucolytic specialist Akkermansia muciniphila is strongly associated with the integrity of the mucus layer. Mucin glycan utilization requires the removal of diverse protective caps, notably, fucose and sialic acid, but the enzymatic details of this process remain largely unknown. Here, we describe the specificities of ten A. muciniphila glycoside hydrolases, which collectively remove all known sialyl and fucosyl mucin caps including those with double sulphated epitopes. Structural analyses revealed an unprecedented fucosidase modular arrangement and explained the exclusive sialyl T-antigen specificity of a sialidase of a previously unknown family and catalytic apparatus. Key cell attached sialidases and fucosidases conferred mucin-binding and their inhibition abolished growth of A. muciniphila on mucin. Remarkably, the sialic acid fucose did not contribute to A. muciniphila growth, but instead promoted butyrate production by co-cultured Clostridia. This study brings unique mechanistic insight into the initiation of mucin O -glycan degradation by A. muciniphila and the nutrient sharing between key mucus-associated bacteria.

Abstract Fungal infections pose a great threat to public health. There are only four classes of antifungals that have limitations due to high toxicity, drug-drug interactions, and emerging drug-resistance. Streptomyces spp. represent an important source of antimicrobial substances, notably including the antifungal agent amphotericin B. The rapamycin-producer Streptomyces iranensis displayed strong antifungal activities against Aspergillus . Revisiting its genome revealed several intriguing biosynthetic gene clusters, including one unparalleled Type I polyketide synthase, which codes for uncharacterized metabolites. The identification of a novel macrolide spirolactone ( 1 ) and its biosynthetic gene cluster was facilitated through CRISPR-based gene editing, HR-ESI-MS analysis, followed by fermentation and purification processes. Their structures and absolute configurations were confirmed by NMR, MS and X-ray crystallography. Spirolactone harbors an undescribed carbon skeleton with 13 chiral centers, featuring a rare β -lactone moiety, a [6,6]-spiroketal ring, and an unprecedented 7-oxo-octylmalonyl-CoA extender unit incorporated by a potential novel Crotonyl -CoA carboxylase/reductase. Spirolactone displayed profound antifungal effects against numerous fungal pathogens, e.g. the genus Talaromyces and several sections of Aspergillus including clinically relevant species such as Aspergillus niger and A. tubingensis (section Nigri), A. terreus (section Terrei) and the azol-resistant A. calidoustus (section Usti). Proteomics analysis revealed spirolactone potentially disrupted the integrity of fungal cell walls and induced the expression of stress-response proteins in A. niger . Spirolactone represents a new class of potential drug candidate to combat fungal infections.

Abstract Animal venom peptides represent valuable compounds for biomedical exploration. The venoms of marine cone snails constitute a particularly rich source of peptide toxins, known as conotoxins. Here, we identify the sequence of an unusually large conotoxin, Mu8.1, that defines a new class of conotoxins evolutionarily related to the well-known con-ikot-ikots and two additional conotoxin classes not previously described. The crystal structure of recombinant Mu8.1 displays a saposin-like fold and shows structural similarity with con-ikot-ikot. Functional studies demonstrate that Mu8.1 curtails calcium influx in defined classes of murine somatosensory dorsal root ganglion (DRG) neurons. When tested on a variety of voltage-gated ion channels, Mu8.1 preferentially inhibited the R-type (Cav2.3) calcium channel. Ca 2+ signals from Mu8.1-sensitive DRG neurons were also inhibited by SNX-482, a known spider peptide modulator of Cav2.3 and voltage-gated K + (Kv4) channels. Our findings highlight the potential of Mu8.1 as a molecular tool to identify and study neuronal subclasses expressing Cav2.3. Importantly, this multidisciplinary study demonstrates the feasibility of large, disulfide-rich venom-component investigation, an endeavor that will lead to the discovery of novel structures and functions in the previously underexplored group of macro-conotoxins.

Abstract Motivation Natural products are used as drugs, cosmetic ingredients, pigments, flavors, and agricultural products. The compounds are retrievable as extracts from natural sources, but the yields are often low, and the final product may contain various impurities. These challenges can be solved by expressing the biosynthetic pathway in microbial cell factories and ensuring product secretion from the cell by using an appropriate transporter. However, insufficient knowledge of transporters for specific compounds often obstructs efficient secretion of the natural product. Therefore, our goal was to develop an algorithm that predicts transporters for a given compound using available public data. Results The web application TransporterPAL predicts suitable transporters for compounds by interconnecting data for biosynthetic genes and their interactions with transporters. The web application queries the STITCH, STRING, and UniProtKB databases via their respective APIs and returns a set of potential transporters based on a compound and, optionally, the organism as input. For a test set of 61 transporter systems, each containing one or more transporters, a total of 90 unique transporters with a known substrate, we could retrieve 45% of the transporters. To our knowledge, this is the first bioinformatics tool for predicting transporter candidates for a given molecule. Availability https://transporterpal.com Contact irbo@biosustain.dtu.dk Supplementary information Supplementary data are available at Bioinformatics online.

Abstract A significant challenge today within protein lipidology is to understand the relationship between cell structure, lipid membrane integrity, ion homeostasis and the embedded membrane proteins. The bacterial magnesium transporter A (MgtA) is a specialized P-type ATPase important for Mg 2+ import into the cytoplasm; disrupted magnesium homeostasis is linked to intrinsic ribosome instability and nitro-oxidative stress in Salmonella strains. MgtA’s function is highly dependent on anionic lipids, particularly cardiolipin, and further co-localization of cardiolipin with MgtA at the E. coli cell poles has been revealed. Here, we show that MgtA has functional specificity for cardiolipin 18:1, but it reaches maximum activity only in combination with cardiolipin 16:0, equivalent to the major components of native cardiolipin found in E. coli membranes. This is the first time it has been shown experimentally that two different lipid species from the same class, individually promoting low activity, can enhance activity in combination. Native mass spectrometry verifies the presence of two binding sites for cardiolipin and kinetic studies reveal that a cooperative relationship likely exists between the two different cardiolipin variants (cardiolipin 16:0 and cardiolipin 18:1). This is the first experimental evidence of cooperative effects between lipids of the same class, with only minor variations in their acyl chain composition, acting on a membrane protein. In summary, our results reveal that MgtA exhibits a highly complex interaction with one cardiolipin 18:1 and one cardiolipin 16:0, affecting protein activity and stability, and contributing to our understanding of the particular interactions between lipid environment and membrane proteins. Further, a better understanding of Mg 2+ homeostasis in bacteria, due to its role as a virulence regulator, will provide further insights into the regulation and mechanism of bacterial infections.