Polycyclic tetramate macrolactams (PTMs) are a family of biomedically promising natural products with challenging molecular frameworks. Despite these interesting properties, so far only relatively little is known about the biosynthetic origin of PTMs, in particular concerning the mechanism by which their ring systems are formed. Herein we present the first insights into these processes by using the biosynthesis of ikarugamycin as an example. This has been facilitated by the first heterologous expression of a PTM biosynthetic gene cluster in Escherichia coli. With this approach it will not only become possible to mechanistically investigate already known PTM biosynthetic pathways in more detail in the future, but also to interrogate cryptic PTM biosynthetic pathways chemically and biochemically.

The catalytic and selective construction of carbon–carbon bonds for the generation of complex molecules is one of the most important tasks in organic chemistry. This was clearly highlighted by the 2010 Nobel Prize in Chemistry, which was awarded for the development of Pd-catalyzed cross-coupling reactions. The underlying concept of cross-linking building blocks to generate molecular complexity can also be widely found in natural product biosynthesis. Impressive examples for such natural cross-coupling reactions are biosynthetic processes for the assembly of biaryl moieties in natural products—highly efficient enzymatic reactions that often achieve synthetically yet unmatched selectivities. This Minireview highlights selected examples that showcase these fascinating biotransformations.

Polycyclische Tetramat-Makrolactame (PTM) bilden eine Familie biomedizinisch vielversprechender Naturstoffe mit anspruchsvollen Molekülstrukturen. Trotz dieser interessanten Eigenschaften der PTMs ist bislang relativ wenig über ihren biosynthetischen Ursprung bekannt, insbesondere bezüglich der Mechanismen der Ausbildung der Ringsysteme. Hier liefern wir erste Einblicke in diese Prozesse am Beispiel der Biosynthese des Ikarugamycins. Dies gelingt durch erstmalige heterologe Expression eines PTM-Biosynthesegenclusters in Escherichia coli. Mit diesem Verfahren wird es in Zukunft nicht nur möglich sein, bereits bekannte PTM-Biosynthesegencluster mechanistisch genauer zu untersuchen, sondern auch durch Genom-Mining identifizierte, chemisch bislang unerschlossene PTM-Biosynthesewege chemisch und biochemisch eingehend zu beschreiben.

Die katalytische und selektive Bildung von C-C-Bindungen für den Aufbau komplexer Moleküle ist eine der wichtigsten Aufgaben in der organischen Chemie. Dies wurde 2010 durch den Nobelpreis in Chemie für die Entwicklung Pd-katalysierter Kupplungsreaktionen deutlich hervorgehoben. Das Prinzip der Kreuzkupplung von Bausteinen zum Aufbau komplexer Moleküle kann auch in der Naturstoffbiosynthese häufig gefunden werden. Beeindruckende Beispiele für solche natürliche Kupplungsreaktionen stellen biosynthetische Prozesse für den Aufbau von Biaryleinheiten in Naturstoffen dar – hoch effiziente enzymatische Reaktionen, die oft bis dato in Synthesen noch nicht erreichte Selektivitäten erzielen. Dieser Kurzaufsatz stellt ausgewählte Beispiele vor, die diese faszinierenden Biotransformationen illustrieren.