{"id":{"repo_id":"athens","oai_identifier":"oai:lib.uoa.gr:uoadl:5374926"},"canonical_url":"https://search.dev.ndltd.org/etd/athens/oai:lib.uoa.gr:uoadl:5374926","repository":{"repo_id":"athens","name":"National and Kapodistrian University of Athens","base_url":"https://pergamos.lib.uoa.gr/uoa/dl/frontend/oaipmh"},"display":{"title":"Investigation of a deep-sea sediment-derived streptomyces coelicoflavus strain via genomic and metabolomic approaches","abstract":"Οι θαλάσσιοι μικροοργανισμοί αποτελούν έναν βιολογικά πλούσιο αλλά συγκριτικά ανεξερεύνητο πόρο σε σχέση με τους χερσαίους ομόλογούς τους. Μεταξύ αυτών, το φύλο Actinomycetota κατέχει κεντρική θέση στην παραγωγή εξειδικευμένων (δευτερογενών) μεταβολιτών. Στο πλαίσιο αυτό, το γένος Streptomyces περιλαμβάνει μια ιδιαίτερα ποικιλόμορφη ομάδα Gram-θετικών βακτηρίων με σημαντικό βιοτεχνολογικό ενδιαφέρον, λόγω της ικανότητάς τους να βιοσυνθέτουν δομικά και λειτουργικά ποικίλα φυσικά προϊόντα. Η παρούσα μελέτη αξιοποίησε ένα ολοκληρωμένο ερευνητικό πλαίσιο συνδυάζοντας γονιδιωματική εξόρυξη (genome mining), βελτιστοποιημένες στρατηγικές εκχύλισης, προηγμένες μεταβολομικές προσεγγίσεις και φασματοσκοπία NMR, με στόχο τη διερεύνηση του βιοσυνθετικού δυναμικού του στελέχους Streptomyces coelicoflavus IG2-10-27-079 απομονωμένου από βαθύ θαλάσσιο περιβάλλον, δίνοντας έμφαση στο υψηλής απόδοσης dereplication και στον χαρακτηρισμό δομικά πολύπλοκων χρωστικών. Η γονιδιωματική ανάλυση αποκάλυψε ένα εκτεταμένο εύρος βιοσυνθετικών γονιδιακών συστάδων (BGCs), συμπεριλαμβανομένων πολυκετιδικών συνθασών (PKS), μη-ριβοσωμικών πεπτιδικών συνθετασών (NRPS), καθώς και μονοπατιών σχετιζόμενων με τη βιοσύνθεση σιδηροφόρων και χρωστικών, αναδεικνύοντας τη μεταβολική ευελιξία του στελέχους. Οι μεταβολίτες εκχυλίστηκαν με τη χρήση ενός εξατομικευμένου πρωτοκόλλου υποβοηθούμενου από υπερήχους και κλασματώθηκαν ανάλογα με την πολικότητά τους σε άπολο (χλωροφορμικό) και πολικό (υδροαλκοολικό) κλάσμα. Το άπολο κλάσμα αναλύθηκε με GC–MS και χρωματογραφικές τεχνικές, οδηγώντας στην ανάπτυξη βελτιστοποιημένης μεθόδου 2D–TLC που επέτρεψε την μερική απομόνωση δύο τριπυρρολικών χρωστικών, της undecylprodigiosin και της streptorubin B. Ο δομικός χαρακτηρισμός μέσω 1D NMR επιβεβαίωσε την κατάταξή τους στην οικογένεια των χρωστικών της οικογένειας των prodigiosin’s. Πρόκειται για την πρώτη αναφορά των συγκεκριμένων ενώσεων στο είδος S. coelicoflavus, επεκτείνοντας το μέχρι πρότινος γνωστό προφίλ χρωστικών του είδους, το οποίο περιοριζόταν μόνο στην διπυρρολική coelicoflavucin. Το πολικό κλάσμα υποβλήθηκε σε χρωματογραφία μοριακού αποκλεισμού (Sephadex LH-20), και επιλεγμένα κλάσματα—βάσει δοκιμής FeCl₃ και απόδοσης—αναλύθηκαν μέσω προσέγγισης dereplication βασιζόμενης σε UHPLC–HRMS/MS και υποστηριζόμενης από υπολογιστικά εργαλεία φασματομετρίας μάζας (computational mass spectrometry). Η προσέγγιση feature-based και ion-identity molecular networking επέτρεψε την προσεγγιστική αναγνώριση γνωστών μεταβολιτών σε μεγάλη κλίμακα (large-scale metabolite annotation) και τη στοχευμένη ιεράρχηση διακριτών μοριακών χαρακτηριστικών (molecular features). Η εκτενής προσέγγιση dereplication του ενδομεταβολώματος αποκάλυψε ένα χημικά ποικιλόμορφο μεταβολικό χάρτη του στελέχους. Το μη πολικό κλάσμα χαρακτηρίζεται από λιπαρά οξέα, τερπενοειδή και prodiginine χρωστικές, ενώ το πολικό κλάσμα από πρωτογενείς μεταβολίτες και εξειδικευμένα φυσικά προϊόντα, όπως οργανικά οξέα και ενδιάμεσα προϊόντα του κεντρικού μεταβολισμού του άνθρακα, αμινοξέα και μικρά πεπτίδια, ινδολικά και άλλα αρωματικά παράγωγα, νουκλεοσίδια, βιταμίνες και συμπαράγοντες. Η στοχευμένη ανάλυση ανέδειξε κατηγορίες μεταβολιτών ιδιαίτερου ενδιαφέροντος, μεταξύ των οποίων υδροξαμικά σιδηροφόρα (desferrioxamines), καρβοξυλικά/φαινολικά σιδηροφόρα (παράγωγα σαλικυλικού οξέος, όπως η madurastatin B2) και α-πυρόνες (germicidins). Η τελευταία ομάδα παρείχε ποικίλα στοιχεία που υποδηλώνουν την ύπαρξη ενός προηγουμένως μη αναφερθέντος παραγώγου της germicidin. Συνολικά, η παρούσα εργασία αποτελεί την πρώτη συστηματική μεταβολομική διερεύνηση του είδους S. coelicoflavus. Δύο τριπυρρολικές χρωστικές προσδιορίστηκαν δομικά για πρώτη φορά από το άπολο ενδομεταβόλωμα, ενώ τριάντα ένας μεταβολίτες που δεν είχαν αναφερθεί προηγουμένως για το συγκεκριμένο είδος αναγνωρίστηκαν στο πολικό ενδομεταβόλωμα, συμπεριλαμβανομένου ενός πιθανού νέου ομολόγου της germicidin με δύο προπυλομάδες ως υποκατάστατες. Τα αποτελέσματα της παρούσας εργασίας επισημαίνουν τη σημασία της συνδυαστικής εφαρμογής γονιδιωματικών και μεταβολομικών προσεγγίσεων για τη διερεύνηση θαλάσσιων ακτινοβακτηρίων και υποστηρίζουν ότι το βακτηριακό ενδομεταβόλωμα αποτελεί σημαντική και συχνά όχι επαρκώς αξιοποιημένη πηγή χημικής ποικιλομορφίας.","abstract_html":"Οι θαλάσσιοι μικροοργανισμοί αποτελούν έναν βιολογικά πλούσιο αλλά συγκριτικά ανεξερεύνητο πόρο σε σχέση με τους χερσαίους ομόλογούς τους. Μεταξύ αυτών, το φύλο Actinomycetota κατέχει κεντρική θέση στην παραγωγή εξειδικευμένων (δευτερογενών) μεταβολιτών. Στο πλαίσιο αυτό, το γένος Streptomyces περιλαμβάνει μια ιδιαίτερα ποικιλόμορφη ομάδα Gram-θετικών βακτηρίων με σημαντικό βιοτεχνολογικό ενδιαφέρον, λόγω της ικανότητάς τους να βιοσυνθέτουν δομικά και λειτουργικά ποικίλα φυσικά προϊόντα. Η παρούσα μελέτη αξιοποίησε ένα ολοκληρωμένο ερευνητικό πλαίσιο συνδυάζοντας γονιδιωματική εξόρυξη (genome mining), βελτιστοποιημένες στρατηγικές εκχύλισης, προηγμένες μεταβολομικές προσεγγίσεις και φασματοσκοπία NMR, με στόχο τη διερεύνηση του βιοσυνθετικού δυναμικού του στελέχους Streptomyces coelicoflavus IG2-10-27-079 απομονωμένου από βαθύ θαλάσσιο περιβάλλον, δίνοντας έμφαση στο υψηλής απόδοσης dereplication και στον χαρακτηρισμό δομικά πολύπλοκων χρωστικών. Η γονιδιωματική ανάλυση αποκάλυψε ένα εκτεταμένο εύρος βιοσυνθετικών γονιδιακών συστάδων (BGCs), συμπεριλαμβανομένων πολυκετιδικών συνθασών (PKS), μη-ριβοσωμικών πεπτιδικών συνθετασών (NRPS), καθώς και μονοπατιών σχετιζόμενων με τη βιοσύνθεση σιδηροφόρων και χρωστικών, αναδεικνύοντας τη μεταβολική ευελιξία του στελέχους. Οι μεταβολίτες εκχυλίστηκαν με τη χρήση ενός εξατομικευμένου πρωτοκόλλου υποβοηθούμενου από υπερήχους και κλασματώθηκαν ανάλογα με την πολικότητά τους σε άπολο (χλωροφορμικό) και πολικό (υδροαλκοολικό) κλάσμα. Το άπολο κλάσμα αναλύθηκε με GC–MS και χρωματογραφικές τεχνικές, οδηγώντας στην ανάπτυξη βελτιστοποιημένης μεθόδου 2D–TLC που επέτρεψε την μερική απομόνωση δύο τριπυρρολικών χρωστικών, της undecylprodigiosin και της streptorubin B. Ο δομικός χαρακτηρισμός μέσω 1D NMR επιβεβαίωσε την κατάταξή τους στην οικογένεια των χρωστικών της οικογένειας των prodigiosin’s. Πρόκειται για την πρώτη αναφορά των συγκεκριμένων ενώσεων στο είδος S. coelicoflavus, επεκτείνοντας το μέχρι πρότινος γνωστό προφίλ χρωστικών του είδους, το οποίο περιοριζόταν μόνο στην διπυρρολική coelicoflavucin. Το πολικό κλάσμα υποβλήθηκε σε χρωματογραφία μοριακού αποκλεισμού (Sephadex LH-20), και επιλεγμένα κλάσματα—βάσει δοκιμής FeCl₃ και απόδοσης—αναλύθηκαν μέσω προσέγγισης dereplication βασιζόμενης σε UHPLC–HRMS/MS και υποστηριζόμενης από υπολογιστικά εργαλεία φασματομετρίας μάζας (computational mass spectrometry). Η προσέγγιση feature-based και ion-identity molecular networking επέτρεψε την προσεγγιστική αναγνώριση γνωστών μεταβολιτών σε μεγάλη κλίμακα (large-scale metabolite annotation) και τη στοχευμένη ιεράρχηση διακριτών μοριακών χαρακτηριστικών (molecular features). Η εκτενής προσέγγιση dereplication του ενδομεταβολώματος αποκάλυψε ένα χημικά ποικιλόμορφο μεταβολικό χάρτη του στελέχους. Το μη πολικό κλάσμα χαρακτηρίζεται από λιπαρά οξέα, τερπενοειδή και prodiginine χρωστικές, ενώ το πολικό κλάσμα από πρωτογενείς μεταβολίτες και εξειδικευμένα φυσικά προϊόντα, όπως οργανικά οξέα και ενδιάμεσα προϊόντα του κεντρικού μεταβολισμού του άνθρακα, αμινοξέα και μικρά πεπτίδια, ινδολικά και άλλα αρωματικά παράγωγα, νουκλεοσίδια, βιταμίνες και συμπαράγοντες. Η στοχευμένη ανάλυση ανέδειξε κατηγορίες μεταβολιτών ιδιαίτερου ενδιαφέροντος, μεταξύ των οποίων υδροξαμικά σιδηροφόρα (desferrioxamines), καρβοξυλικά/φαινολικά σιδηροφόρα (παράγωγα σαλικυλικού οξέος, όπως η madurastatin B2) και α-πυρόνες (germicidins). Η τελευταία ομάδα παρείχε ποικίλα στοιχεία που υποδηλώνουν την ύπαρξη ενός προηγουμένως μη αναφερθέντος παραγώγου της germicidin. Συνολικά, η παρούσα εργασία αποτελεί την πρώτη συστηματική μεταβολομική διερεύνηση του είδους S. coelicoflavus. Δύο τριπυρρολικές χρωστικές προσδιορίστηκαν δομικά για πρώτη φορά από το άπολο ενδομεταβόλωμα, ενώ τριάντα ένας μεταβολίτες που δεν είχαν αναφερθεί προηγουμένως για το συγκεκριμένο είδος αναγνωρίστηκαν στο πολικό ενδομεταβόλωμα, συμπεριλαμβανομένου ενός πιθανού νέου ομολόγου της germicidin με δύο προπυλομάδες ως υποκατάστατες. Τα αποτελέσματα της παρούσας εργασίας επισημαίνουν τη σημασία της συνδυαστικής εφαρμογής γονιδιωματικών και μεταβολομικών προσεγγίσεων για τη διερεύνηση θαλάσσιων ακτινοβακτηρίων και υποστηρίζουν ότι το βακτηριακό ενδομεταβόλωμα αποτελεί σημαντική και συχνά όχι επαρκώς αξιοποιημένη πηγή χημικής ποικιλομορφίας.","abstract_has_math":false,"creators":["ΓΚΟΥΡΓΙΩΤΗ ΣΠΥΡΙΔΟΥΛΑ","GKOURGIOTI SPYRIDOULA"],"institution":null,"degree_name":null,"degree_level":null,"degree_discipline":null,"degree_department":null,"school":null,"contributors":[],"advisors":[],"committee_chairs":[],"committee_members":[],"year":2026,"date_issued":"2026","date_published":"2026","updated_at":"2026-07-24T01:02:21Z","subjects":["Θετικές Επιστήμες","Science"],"languages":["English"],"rights":[],"rights_urls":[],"identifier_entries":[{"key":"dc:identifier","label":"Identifier","values":["uoadl:5374926"],"render_values":[{"text":"uoadl:5374926","href":null,"code":true}]}]},"links":{"outbound_url":"https://pergamos.lib.uoa.gr/uoa/dl/object/5374926","outbound_label":"Repository record","outbound_source":"dc:identifier"},"metadata_groups":[{"id":"people","label":"People","entries":[{"key":"dc:creator","label":"Author","values":["ΓΚΟΥΡΓΙΩΤΗ ΣΠΥΡΙΔΟΥΛΑ","GKOURGIOTI SPYRIDOULA"]}]},{"id":"academic_context","label":"Academic Context","entries":[{"key":"dc:date","label":"Dc Date","values":["2026"]},{"key":"dc:type","label":"Dc Type","values":["born_digital_postgraduate_thesis","Διπλωματική Εργασία","Postgraduate Thesis"]}]},{"id":"subjects_keywords","label":"Subjects and Keywords","entries":[{"key":"dc:subject","label":"Dc Subject","values":["Θετικές Επιστήμες","Science"]}]},{"id":"language_rights","label":"Language and Rights","entries":[{"key":"dc:language","label":"Dc Language","values":["English"]}]},{"id":"identifiers","label":"Identifiers","entries":[{"key":"dc:identifier","label":"Identifier","values":["uoadl:5374926","https://pergamos.lib.uoa.gr/uoa/dl/object/5374926"]}]},{"id":"additional","label":"Additional Metadata","entries":[{"key":"dc:description","label":"Description","values":["Οι θαλάσσιοι μικροοργανισμοί αποτελούν έναν βιολογικά πλούσιο αλλά συγκριτικά ανεξερεύνητο πόρο σε σχέση με τους χερσαίους ομόλογούς τους. Μεταξύ αυτών, το φύλο Actinomycetota κατέχει κεντρική θέση στην παραγωγή εξειδικευμένων (δευτερογενών) μεταβολιτών. Στο πλαίσιο αυτό, το γένος Streptomyces περιλαμβάνει μια ιδιαίτερα ποικιλόμορφη ομάδα Gram-θετικών βακτηρίων με σημαντικό βιοτεχνολογικό ενδιαφέρον, λόγω της ικανότητάς τους να βιοσυνθέτουν δομικά και λειτουργικά ποικίλα φυσικά προϊόντα. Η παρούσα μελέτη αξιοποίησε ένα ολοκληρωμένο ερευνητικό πλαίσιο συνδυάζοντας γονιδιωματική εξόρυξη (genome mining), βελτιστοποιημένες στρατηγικές εκχύλισης, προηγμένες μεταβολομικές προσεγγίσεις και φασματοσκοπία NMR, με στόχο τη διερεύνηση του βιοσυνθετικού δυναμικού του στελέχους Streptomyces coelicoflavus IG2-10-27-079 απομονωμένου από βαθύ θαλάσσιο περιβάλλον, δίνοντας έμφαση στο υψηλής απόδοσης dereplication και στον χαρακτηρισμό δομικά πολύπλοκων χρωστικών. Η γονιδιωματική ανάλυση αποκάλυψε ένα εκτεταμένο εύρος βιοσυνθετικών γονιδιακών συστάδων (BGCs), συμπεριλαμβανομένων πολυκετιδικών συνθασών (PKS), μη-ριβοσωμικών πεπτιδικών συνθετασών (NRPS), καθώς και μονοπατιών σχετιζόμενων με τη βιοσύνθεση σιδηροφόρων και χρωστικών, αναδεικνύοντας τη μεταβολική ευελιξία του στελέχους. Οι μεταβολίτες εκχυλίστηκαν με τη χρήση ενός εξατομικευμένου πρωτοκόλλου υποβοηθούμενου από υπερήχους και κλασματώθηκαν ανάλογα με την πολικότητά τους σε άπολο (χλωροφορμικό) και πολικό (υδροαλκοολικό) κλάσμα. Το άπολο κλάσμα αναλύθηκε με GC–MS και χρωματογραφικές τεχνικές, οδηγώντας στην ανάπτυξη βελτιστοποιημένης μεθόδου 2D–TLC που επέτρεψε την μερική απομόνωση δύο τριπυρρολικών χρωστικών, της undecylprodigiosin και της streptorubin B. Ο δομικός χαρακτηρισμός μέσω 1D NMR επιβεβαίωσε την κατάταξή τους στην οικογένεια των χρωστικών της οικογένειας των prodigiosin’s. Πρόκειται για την πρώτη αναφορά των συγκεκριμένων ενώσεων στο είδος S. coelicoflavus, επεκτείνοντας το μέχρι πρότινος γνωστό προφίλ χρωστικών του είδους, το οποίο περιοριζόταν μόνο στην διπυρρολική coelicoflavucin. Το πολικό κλάσμα υποβλήθηκε σε χρωματογραφία μοριακού αποκλεισμού (Sephadex LH-20), και επιλεγμένα κλάσματα—βάσει δοκιμής FeCl₃ και απόδοσης—αναλύθηκαν μέσω προσέγγισης dereplication βασιζόμενης σε UHPLC–HRMS/MS και υποστηριζόμενης από υπολογιστικά εργαλεία φασματομετρίας μάζας (computational mass spectrometry). Η προσέγγιση feature-based και ion-identity molecular networking επέτρεψε την προσεγγιστική αναγνώριση γνωστών μεταβολιτών σε μεγάλη κλίμακα (large-scale metabolite annotation) και τη στοχευμένη ιεράρχηση διακριτών μοριακών χαρακτηριστικών (molecular features). Η εκτενής προσέγγιση dereplication του ενδομεταβολώματος αποκάλυψε ένα χημικά ποικιλόμορφο μεταβολικό χάρτη του στελέχους. Το μη πολικό κλάσμα χαρακτηρίζεται από λιπαρά οξέα, τερπενοειδή και prodiginine χρωστικές, ενώ το πολικό κλάσμα από πρωτογενείς μεταβολίτες και εξειδικευμένα φυσικά προϊόντα, όπως οργανικά οξέα και ενδιάμεσα προϊόντα του κεντρικού μεταβολισμού του άνθρακα, αμινοξέα και μικρά πεπτίδια, ινδολικά και άλλα αρωματικά παράγωγα, νουκλεοσίδια, βιταμίνες και συμπαράγοντες. Η στοχευμένη ανάλυση ανέδειξε κατηγορίες μεταβολιτών ιδιαίτερου ενδιαφέροντος, μεταξύ των οποίων υδροξαμικά σιδηροφόρα (desferrioxamines), καρβοξυλικά/φαινολικά σιδηροφόρα (παράγωγα σαλικυλικού οξέος, όπως η madurastatin B2) και α-πυρόνες (germicidins). Η τελευταία ομάδα παρείχε ποικίλα στοιχεία που υποδηλώνουν την ύπαρξη ενός προηγουμένως μη αναφερθέντος παραγώγου της germicidin. Συνολικά, η παρούσα εργασία αποτελεί την πρώτη συστηματική μεταβολομική διερεύνηση του είδους S. coelicoflavus. Δύο τριπυρρολικές χρωστικές προσδιορίστηκαν δομικά για πρώτη φορά από το άπολο ενδομεταβόλωμα, ενώ τριάντα ένας μεταβολίτες που δεν είχαν αναφερθεί προηγουμένως για το συγκεκριμένο είδος αναγνωρίστηκαν στο πολικό ενδομεταβόλωμα, συμπεριλαμβανομένου ενός πιθανού νέου ομολόγου της germicidin με δύο προπυλομάδες ως υποκατάστατες. Τα αποτελέσματα της παρούσας εργασίας επισημαίνουν τη σημασία της συνδυαστικής εφαρμογής γονιδιωματικών και μεταβολομικών προσεγγίσεων για τη διερεύνηση θαλάσσιων ακτινοβακτηρίων και υποστηρίζουν ότι το βακτηριακό ενδομεταβόλωμα αποτελεί σημαντική και συχνά όχι επαρκώς αξιοποιημένη πηγή χημικής ποικιλομορφίας.","Marine microorganisms represent a biologically rich yet comparatively underexplored resource relative to their terrestrial counterparts. Among them, the phylum Actinomycetota occupies a central position in the production of specialized (secondary) metabolites. Within this group, the genus Streptomyces comprises a diverse lineage of Gram-positive bacteria of considerable biotechnological relevance due to their capacity to biosynthesize structurally and functionally diverse natural products. This study employed an integrated workflow combining genome mining, optimized extraction strategies, advanced metabolomics, and NMR spectroscopy to investigate the biosynthetic potential of the deep-sea isolate Streptomyces coelicoflavus IG2-10-27-079, with emphasis on high-throughput dereplication and the characterization of structurally complex pigments. Genome mining revealed a diverse range of biosynthetic gene clusters (BGCs), including polyketide synthases (PKS), non-ribosomal peptide synthetases (NRPS), and pathways associated with siderophore and pigment biosynthesis, highlighting the strain’s metabolic versatility. Metabolites were extracted using a tailored ultrasound-assisted protocol and fractionated according to polarity into non-polar (chloroformic) and polar (hydroalcoholic) partitions. The non-polar phase was analyzed by GC–MS and chromatographic techniques, culminating in the development of an optimized 2D–TLC method that enabled the partial isolation of two tripyrrolic pigments, undecylprodigiosin and streptorubin B. Structural elucidation by 1D NMR confirmed their classification within the prodiginine family. This constitutes the first report of these pigments in the species S. coelicoflavus, expanding a pigment profile previously limited to the recently described bipyrrolic coelicoflavucin. The polar fraction was subjected to size-exclusion chromatography (Sephadex LH-20), and selected fractions—prioritized via FeCl₃ assay and yield—were analyzed using a UHPLC–HRMS/MS dereplication workflow supported by computational mass spectrometry tools. Feature-based and ion-identity molecular networking enabled large-scale metabolite annotation and facilitated the prioritization of distinctive molecular features. Comprehensive analysis of the endometabolome revealed a chemically diverse metabolic landscape of the strain. The non-polar fraction is dominated by fatty acids, terpenoids, and prodiginine pigments, whereas the polar fraction comprises primary (core) metabolites and specialized natural products, including organic acids and central carbon intermediates, amino acids and small peptides, indole and aromatic derivatives, nucleosides, vitamins, and cofactors. Targeted analysis highlighted several metabolite classes of particular interest, notably hydroxamate siderophores (desferrioxamines), carboxylate/phenolate siderophores (including salicylic acid–derived metabolites such as madurastatin B2), and α-pyrones (germicidins). The latter group provided diverse evidence suggesting the existence of a previously unreported germicidin derivative. Overall, this work represents the first systematic metabolomic survey of the species S. coelicoflavus. Two tripyrrolic pigments were structurally elucidated for the first time from the non-polar endometabolome, and thirty-one metabolites not previously reported from this species were annotated within the polar endometabolome, including a putative novel dipropyl-substituted germicidin homolog. The results of the present work underscore the value of integrating genomic and metabolomic approaches for the exploration of marine actinomycetes and support the view that bacterial endometabolomes constitute a substantial and often underexploited source of chemical diversity."]},{"key":"dc:title","label":"Title","values":["Investigation of a deep-sea sediment-derived streptomyces coelicoflavus strain via genomic and metabolomic approaches"]}]}],"canonical_facts":{"dc:creator":["ΓΚΟΥΡΓΙΩΤΗ ΣΠΥΡΙΔΟΥΛΑ","GKOURGIOTI SPYRIDOULA"],"dc:date":["2026"],"dc:description":["Οι θαλάσσιοι μικροοργανισμοί αποτελούν έναν βιολογικά πλούσιο αλλά συγκριτικά ανεξερεύνητο πόρο σε σχέση με τους χερσαίους ομόλογούς τους. Μεταξύ αυτών, το φύλο Actinomycetota κατέχει κεντρική θέση στην παραγωγή εξειδικευμένων (δευτερογενών) μεταβολιτών. Στο πλαίσιο αυτό, το γένος Streptomyces περιλαμβάνει μια ιδιαίτερα ποικιλόμορφη ομάδα Gram-θετικών βακτηρίων με σημαντικό βιοτεχνολογικό ενδιαφέρον, λόγω της ικανότητάς τους να βιοσυνθέτουν δομικά και λειτουργικά ποικίλα φυσικά προϊόντα. Η παρούσα μελέτη αξιοποίησε ένα ολοκληρωμένο ερευνητικό πλαίσιο συνδυάζοντας γονιδιωματική εξόρυξη (genome mining), βελτιστοποιημένες στρατηγικές εκχύλισης, προηγμένες μεταβολομικές προσεγγίσεις και φασματοσκοπία NMR, με στόχο τη διερεύνηση του βιοσυνθετικού δυναμικού του στελέχους Streptomyces coelicoflavus IG2-10-27-079 απομονωμένου από βαθύ θαλάσσιο περιβάλλον, δίνοντας έμφαση στο υψηλής απόδοσης dereplication και στον χαρακτηρισμό δομικά πολύπλοκων χρωστικών. Η γονιδιωματική ανάλυση αποκάλυψε ένα εκτεταμένο εύρος βιοσυνθετικών γονιδιακών συστάδων (BGCs), συμπεριλαμβανομένων πολυκετιδικών συνθασών (PKS), μη-ριβοσωμικών πεπτιδικών συνθετασών (NRPS), καθώς και μονοπατιών σχετιζόμενων με τη βιοσύνθεση σιδηροφόρων και χρωστικών, αναδεικνύοντας τη μεταβολική ευελιξία του στελέχους. Οι μεταβολίτες εκχυλίστηκαν με τη χρήση ενός εξατομικευμένου πρωτοκόλλου υποβοηθούμενου από υπερήχους και κλασματώθηκαν ανάλογα με την πολικότητά τους σε άπολο (χλωροφορμικό) και πολικό (υδροαλκοολικό) κλάσμα. Το άπολο κλάσμα αναλύθηκε με GC–MS και χρωματογραφικές τεχνικές, οδηγώντας στην ανάπτυξη βελτιστοποιημένης μεθόδου 2D–TLC που επέτρεψε την μερική απομόνωση δύο τριπυρρολικών χρωστικών, της undecylprodigiosin και της streptorubin B. Ο δομικός χαρακτηρισμός μέσω 1D NMR επιβεβαίωσε την κατάταξή τους στην οικογένεια των χρωστικών της οικογένειας των prodigiosin’s. Πρόκειται για την πρώτη αναφορά των συγκεκριμένων ενώσεων στο είδος S. coelicoflavus, επεκτείνοντας το μέχρι πρότινος γνωστό προφίλ χρωστικών του είδους, το οποίο περιοριζόταν μόνο στην διπυρρολική coelicoflavucin. Το πολικό κλάσμα υποβλήθηκε σε χρωματογραφία μοριακού αποκλεισμού (Sephadex LH-20), και επιλεγμένα κλάσματα—βάσει δοκιμής FeCl₃ και απόδοσης—αναλύθηκαν μέσω προσέγγισης dereplication βασιζόμενης σε UHPLC–HRMS/MS και υποστηριζόμενης από υπολογιστικά εργαλεία φασματομετρίας μάζας (computational mass spectrometry). Η προσέγγιση feature-based και ion-identity molecular networking επέτρεψε την προσεγγιστική αναγνώριση γνωστών μεταβολιτών σε μεγάλη κλίμακα (large-scale metabolite annotation) και τη στοχευμένη ιεράρχηση διακριτών μοριακών χαρακτηριστικών (molecular features). Η εκτενής προσέγγιση dereplication του ενδομεταβολώματος αποκάλυψε ένα χημικά ποικιλόμορφο μεταβολικό χάρτη του στελέχους. Το μη πολικό κλάσμα χαρακτηρίζεται από λιπαρά οξέα, τερπενοειδή και prodiginine χρωστικές, ενώ το πολικό κλάσμα από πρωτογενείς μεταβολίτες και εξειδικευμένα φυσικά προϊόντα, όπως οργανικά οξέα και ενδιάμεσα προϊόντα του κεντρικού μεταβολισμού του άνθρακα, αμινοξέα και μικρά πεπτίδια, ινδολικά και άλλα αρωματικά παράγωγα, νουκλεοσίδια, βιταμίνες και συμπαράγοντες. Η στοχευμένη ανάλυση ανέδειξε κατηγορίες μεταβολιτών ιδιαίτερου ενδιαφέροντος, μεταξύ των οποίων υδροξαμικά σιδηροφόρα (desferrioxamines), καρβοξυλικά/φαινολικά σιδηροφόρα (παράγωγα σαλικυλικού οξέος, όπως η madurastatin B2) και α-πυρόνες (germicidins). Η τελευταία ομάδα παρείχε ποικίλα στοιχεία που υποδηλώνουν την ύπαρξη ενός προηγουμένως μη αναφερθέντος παραγώγου της germicidin. Συνολικά, η παρούσα εργασία αποτελεί την πρώτη συστηματική μεταβολομική διερεύνηση του είδους S. coelicoflavus. Δύο τριπυρρολικές χρωστικές προσδιορίστηκαν δομικά για πρώτη φορά από το άπολο ενδομεταβόλωμα, ενώ τριάντα ένας μεταβολίτες που δεν είχαν αναφερθεί προηγουμένως για το συγκεκριμένο είδος αναγνωρίστηκαν στο πολικό ενδομεταβόλωμα, συμπεριλαμβανομένου ενός πιθανού νέου ομολόγου της germicidin με δύο προπυλομάδες ως υποκατάστατες. Τα αποτελέσματα της παρούσας εργασίας επισημαίνουν τη σημασία της συνδυαστικής εφαρμογής γονιδιωματικών και μεταβολομικών προσεγγίσεων για τη διερεύνηση θαλάσσιων ακτινοβακτηρίων και υποστηρίζουν ότι το βακτηριακό ενδομεταβόλωμα αποτελεί σημαντική και συχνά όχι επαρκώς αξιοποιημένη πηγή χημικής ποικιλομορφίας.","Marine microorganisms represent a biologically rich yet comparatively underexplored resource relative to their terrestrial counterparts. Among them, the phylum Actinomycetota occupies a central position in the production of specialized (secondary) metabolites. Within this group, the genus Streptomyces comprises a diverse lineage of Gram-positive bacteria of considerable biotechnological relevance due to their capacity to biosynthesize structurally and functionally diverse natural products. This study employed an integrated workflow combining genome mining, optimized extraction strategies, advanced metabolomics, and NMR spectroscopy to investigate the biosynthetic potential of the deep-sea isolate Streptomyces coelicoflavus IG2-10-27-079, with emphasis on high-throughput dereplication and the characterization of structurally complex pigments. Genome mining revealed a diverse range of biosynthetic gene clusters (BGCs), including polyketide synthases (PKS), non-ribosomal peptide synthetases (NRPS), and pathways associated with siderophore and pigment biosynthesis, highlighting the strain’s metabolic versatility. Metabolites were extracted using a tailored ultrasound-assisted protocol and fractionated according to polarity into non-polar (chloroformic) and polar (hydroalcoholic) partitions. The non-polar phase was analyzed by GC–MS and chromatographic techniques, culminating in the development of an optimized 2D–TLC method that enabled the partial isolation of two tripyrrolic pigments, undecylprodigiosin and streptorubin B. Structural elucidation by 1D NMR confirmed their classification within the prodiginine family. This constitutes the first report of these pigments in the species S. coelicoflavus, expanding a pigment profile previously limited to the recently described bipyrrolic coelicoflavucin. The polar fraction was subjected to size-exclusion chromatography (Sephadex LH-20), and selected fractions—prioritized via FeCl₃ assay and yield—were analyzed using a UHPLC–HRMS/MS dereplication workflow supported by computational mass spectrometry tools. Feature-based and ion-identity molecular networking enabled large-scale metabolite annotation and facilitated the prioritization of distinctive molecular features. Comprehensive analysis of the endometabolome revealed a chemically diverse metabolic landscape of the strain. The non-polar fraction is dominated by fatty acids, terpenoids, and prodiginine pigments, whereas the polar fraction comprises primary (core) metabolites and specialized natural products, including organic acids and central carbon intermediates, amino acids and small peptides, indole and aromatic derivatives, nucleosides, vitamins, and cofactors. Targeted analysis highlighted several metabolite classes of particular interest, notably hydroxamate siderophores (desferrioxamines), carboxylate/phenolate siderophores (including salicylic acid–derived metabolites such as madurastatin B2), and α-pyrones (germicidins). The latter group provided diverse evidence suggesting the existence of a previously unreported germicidin derivative. Overall, this work represents the first systematic metabolomic survey of the species S. coelicoflavus. Two tripyrrolic pigments were structurally elucidated for the first time from the non-polar endometabolome, and thirty-one metabolites not previously reported from this species were annotated within the polar endometabolome, including a putative novel dipropyl-substituted germicidin homolog. The results of the present work underscore the value of integrating genomic and metabolomic approaches for the exploration of marine actinomycetes and support the view that bacterial endometabolomes constitute a substantial and often underexploited source of chemical diversity."],"dc:identifier":["uoadl:5374926","https://pergamos.lib.uoa.gr/uoa/dl/object/5374926"],"dc:language":["English"],"dc:subject":["Θετικές Επιστήμες","Science"],"dc:title":["Investigation of a deep-sea sediment-derived streptomyces coelicoflavus strain via genomic and metabolomic approaches"],"dc:type":["born_digital_postgraduate_thesis","Διπλωματική Εργασία","Postgraduate Thesis"]},"updated_at":"2026-07-24T01:02:21Z"}