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Aspergillus niger as a cell factory for the production of pyomelanin, a molecule with UV-C radiation shielding activity

Koch, Stella Marie und Freidank-Pohl, Carsten und Siontas, Oliver und Cortesão, Marta und Mota, Afonso und Runzheimer, Katharina und Jung, Sascha und Rebrosova, Katarina und Siler, Martin und Moeller, Ralf und Meyer, Vera (2023) Aspergillus niger as a cell factory for the production of pyomelanin, a molecule with UV-C radiation shielding activity. Frontiers in Microbiology, 14, Seite 1233740. Frontiers Media S.A.. doi: 10.3389/fmicb.2023.1233740. ISSN 1664-302X.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
2MB

Offizielle URL: https://dx.doi.org/10.3389/fmicb.2023.1233740

Kurzfassung

Melanins are complex pigments with various biological functions and potential applications in space exploration and biomedicine due to their radioprotective properties. Aspergillus niger, a fungus known for its high radiation resistance, is widely used in biotechnology and a candidate for melanin production. In this study, we investigated the production of fungal pyomelanin (PyoFun) in A. niger by inducing overproduction of the pigment using L-tyrosine in a recombinant 1hmgA mutant strain (OS4.3). The PyoFun pigment was characterized using three spectroscopic methods, and its antioxidant properties were assessed using a DPPH-assay. Additionally, we evaluated the protective eect of PyoFun against non-ionizing radiation (monochromatic UV-C) and compared its efficacy to a synthetically produced control pyomelanin (PyoSyn). The results confirmed successful production of PyoFun in A. niger through inducible overproduction. Characterization using spectroscopic methods confirmed the presence of PyoFun, and the DPPH-assay demonstrated its strong antioxidant properties. Moreover, PyoFun exhibited a highly protective eect against radiation-induced stress, surpassing the protection provided by PyoSyn. The findings of this study suggest that PyoFun has significant potential as a biological shield against harmful radiation. Notably, PyoFun is synthesized extracellularly, diering it from other fungal melanins (such as L-DOPA- or DHN-melanin) that require cell lysis for pigment purification. This characteristic makes PyoFun a valuable resource for biotechnology, biomedicine, and the space industry. However, further research is needed to evaluate its protective eect in a dried form and against ionizing radiation.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/196337/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Aspergillus niger as a cell factory for the production of pyomelanin, a molecule with UV-C radiation shielding activity
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Koch, Stella MarieRadiation Biology Department, Institute of Aerospace Medicine, German Aerospace Center (DLR), Cologne, Germany; Stella.Koch (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Freidank-Pohl, CarstenApplied and Molecular Microbiology, Institute of Biotechnology, Technische Universität Berlin, Berlin, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Siontas, OliverApplied and Molecular Microbiology, Institute of Biotechnology, Technische Universität Berlin, Berlin, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Cortesão, MartaRadiation Biology Department, Institute of Aerospace Medicine, German Aerospace Center (DLR), Cologne, Germany; Marta.Cortesao (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-6603-1211NICHT SPEZIFIZIERT
Mota, AfonsoRadiation Biology Department, Institute of Aerospace Medicine, German Aerospace Center (DLR), Cologne, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Runzheimer, KatharinaRadiation Biology Department, Institute of Aerospace Medicine, German Aerospace Center (DLR), Cologne, Germany.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Jung, SaschaApplied and Molecular Microbiology, Institute of Biotechnology, Technische Universität Berlin, Berlin, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rebrosova, KatarinaDepartment of Microbiology, Faculty of Medicine, Masaryk University (MUNI) and St. Anne’s Faculty Hospital, Brno, CzechiaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Siler, MartinInstitute of Scientific Instruments of the Czech Academy of Sciences, Brno, CzechiaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Moeller, RalfRadiation Biology Department, Institute of Aerospace Medicine, German Aerospace Center (DLR), Cologne, Germany.; Ralf.Moeller (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2371-0676NICHT SPEZIFIZIERT
Meyer, VeraApplied and Molecular Microbiology, Institute of Biotechnology, Technische Universität Berlin, Berlin, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:20 Juli 2023
Erschienen in:Frontiers in Microbiology
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:14
DOI:10.3389/fmicb.2023.1233740
Seitenbereich:Seite 1233740
Verlag:Frontiers Media S.A.
ISSN:1664-302X
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Aspergillus niger, melanin, pyomelanin, radioprotection, cosmic radiation, space exploration
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Forschung unter Weltraumbedingungen
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R FR - Forschung unter Weltraumbedingungen
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Projekt ISS LIFE 2.0, L - keine Zuordnung
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin > Strahlenbiologie
Hinterlegt von: Kopp, Kerstin
Hinterlegt am:03 Aug 2023 14:00
Letzte Änderung:03 Aug 2023 14:00

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