Low-molecular mass natural products from bacteria, fungi, plants and marine organisms exhibit unique structural diversity which are of interest for the identification of new lead structures for medicinals and agrochemicals. In the search for bioactive compounds from marine sponges and sponge-associated fungi, this research work resulted to the isolation of twenty-six compounds, eight of which are new metabolites. The sponges were collected from the Indo-pacific regions, particularly those from Indonesian and Philippine waters, as well as those from the Mediterranean Sea near the island of Elba in Italy. A combination of the chemically- and biologically-driven approach for drug discovery was employed, wherein extracts were screened for antibacterial, antifungal and cytotoxic activities. In addition to the bioassay-guided approach to purify the compounds responsible for the activity of the extract, TLC, UV and MS were also used to isolate the chemically most interesting substances. Hence, purified compounds which are not responsible for the initial bioscreening activity may have a chance to be evaluated for other bioactivities. Enumerated below are the compounds which have been isolated and structurally elucidated and whose bioactivities have been further characterized. 1. The extract of the fungus Cladosporium herbarum associated with the sponge Callyspongia aerizusa afforded seven structurally related polyketides, including two new twelve-membered macrolides: pandangolide 3 and 4, and a new acetyl congener of the previously isolated 5-hydroxymethyl-2-furoic acid. The two furoic acid analogues isolated were found to be responsible for the antimicrobial activity of the extract. The isolation of the known phytotoxin Cladospolide B from Cladosporium herbarum, which was originally known from Cladosporium cladosporioides and C. tenuissimum, indicates the possibility that Cladospolide B may be a chemotaxonomic marker of particular Cladosporium species. 2. The extract of the fungus Curvularia lunata associated with the Indonesian sponge Niphates olemda yielded three compounds, namely the new antimicrobially-active anthraquinone lunatin, the known bisanthraquinone cytoskyrin A, and the known plant hormone abscisic acid. The co-occurrence of the two structurally-related anthraquinones suggests that the monomeric lunatin may be a precursor in the biosynthesis of the bisanthraquinone cytoskyrin A. 3. The fungus Penicillium spp. associated with the Mediterranean sponge Axinella verrucosa yielded six compounds, namely the known antifungal griseofulvin and its less active dechloro analogue; the known toxin oxaline; and the known cytotoxic metabolite communesin B and its two new congeners communesin C and D. The new communesins were less active than communesin B in the brine-shrimp lethality test. 4. An unidentified fungus which was also isolated from the same Mediterranean sponge Axinella verrucosa as Penicillium spp. yielded the known compound monocerin which has been reported to possess phytotoxic and insecticidal activities. 5. The fungus Aspergillus flavus associated with the Philippine sponge Hyrtios aff. reticulatus yielded the known toxin a-cyclopiazonic acid. 6. The Indonesian sponge Agelas nakamurai yielded four bromopyrrole alkaloids namely the new compound 4-bromo-pyrrole-2-carboxylic acid, and the known compounds: 4-bromo-pyrrole-2-carboxamide, mukanadin B and mukanadin C. All of the four compounds except mukanadin B were found to be antimicrobially-active. Bromopyrrole alkaloids are well-known metabolites of the genus Agelas and are proven to play an important role in the chemical defense of the sponge against predation from fishes. 7. The Indonesian sponge Jaspis splendens yielded three known substances which are known for their antiproliferative activities, namely the depsipeptides jaspamide (jasplakinolide), and its derivatives jaspamide B and jaspamide C. / Niedermolekulare Naturstoffe aus Bakterien, Pilzen, Pflanzen und marinen Organismen weisen eine einzigartige strukturelle Diversität auf, die für die Identifizierung neuer Leitstrukturen für die Entwicklung von Arzneistoffen und Pflanzenschutzmitteln von großer Bedeutung ist. Im Rahmen der Suche nach bioaktiven Verbindungen aus marinen Schwämmen und mit diesen Schwämmen assoziierten Pilzen wurden in dieser Arbeit insgesamt 26 Sekundärstoffe isoliert, wobei es sich bei acht Substanzen um neue Verbindungen handelt. Die Schwämme wurden im indo-pazifischen Gebiet gesammelt, insbesondere aus Indonesien und den Philippinen, so wie aus dem Mittelmeer in der Nähe der Insel Elba in Italien. Für die Entdeckung neuer bioaktiver Substanzen wurde eine Kombination von chemischen und biologischen Methoden angewendet, wodurch Extrakte mit verschiedenen Screening-Methoden auf Bioaktivität getestet worden sind. Zum Einsatz kamen dabei Versuche mit Raupen des polyphagen Nachtfalters Spodoptera littoralis (Noctuidae; Lepidoptera) im Hinblick auf potentielle insektizide Wirkungen, antimikrobielle Untersuchungen mit gram-negativen und gram-positiven Bakterien und dem Pilz Candida albicans, Zytotoxizitätstests gegenüber menschlichen Krebszellen und Toxizitätstests mit dem Krebs Artemia salina. Zusätzlich zur bioaktivitäts-geleiteten Isolierung von Substanzen aus aktiven Extrakten wurden daneben auch DC, UV und MS als Kriterien herangezogen, um die aus chemischer Sicht interessantesten Verbindungen zu isolieren. Damit konnten auch solche Substanzen, die nicht für die Aktivität der Extrakte im Bioscreening verantwortlich waren, weiteren Biotests unterzogen werden. Im einzelnen wurden die folgenden Verbindungen isoliert, ihre Struktur aufgeklärt, und ihre biologische Aktivität näher charakterisiert: 1. Der antimikrobiell aktive Extrakt aus dem Pilz Cladosporium herbarum, der mit dem indonesischen Schwamm Callyspongia aerizusa assoziiert ist, ergab sieben Polyketide, die strukturell ähnlich sind, einschließlich der beiden neuen zwölf-gliedrigen Makrolide Pandangolid 3 und Pandangolid 4, sowie ein neues acetyliertes Derivat des bereits bekannten Naturstoffs 5-Hyroxymethyl-2-furancarbonsäure. Beide Furancarbonsäuren zeigten antimikrobielle Aktivität und dürften deshalb hauptsächlich für die antimikrobielle Aktivität des Extrakts verantwortlich sein. Daß Cladospolid B, ein bekanntes Phytotoxin, das bereits für die Arten Cladosporium cladosporoiodes und C. tenuissimum beschrieben wurde, ebenfalls aus C. herbarum isoliert wurde, deutet darauf hin, daß Cladospolid B als ein chemotaxonomischer Marker für bestimmte Cladosporium-Arten angesehen werden könnte. 2. Der antimikrobiell aktive Extrakt aus dem Pilz Curvularia lunata, der mit dem indonesischen Schwamm Niphates olemda assoziiert ist, ergab drei Substanzen, nämlich das neue antimikrobiell aktive Anthrachinon Lunatin sowie das bereits bekannte Bisanthrachinon Cytoskyrin A, und das bekannte Pflanzenhormon Abscisinsäure. Das gemeinsame Vorkommen der beiden strukturell verwandten Anthranoide könnte ein Indiz dafür sein, daß das Monomer Lunatin eine biogenetische Vorstufe des Bisanthrachinons Cytoskyrin A darstellt. 3. Ein mit dem im Mittelmeer gesammelten Schwamm Axinella verrucosa assoziierter Pilz der Gattung Penicillium ergab insgesamt sechs Substanzen, im einzelnen das bekannte Antimykotikum Griseofulvin und dessen weniger aktives Dechlor-Derivat, das bekannte Toxin Oxalin, sowie die als zytotoxisch beschriebene Verbindung Communesin B und deren neue Derivate Communesin C und Communesin D. Im Vergleich zu Communesin B erwiesen sich die neuen Communesin-Derivate als weniger aktiv gegenüber dem Krebs A. salina. 4. Ein bisher unidentifizierter Pilz aus dem gleichen Schwamm Axinella verrucosa lieferte die bekannte Substanz Monocerin, über deren phytotoxische und insektizide Eigenschaften bereits berichtet wurde. 5. Der mit dem philippinischen Schwamm Hyrtios aff. reticulatus assoziierte Pilz Aspergillus flavus ergab das bereits bekannte Toxin a-Cyclopiazonsäure. 6. Der indonesische Schwamm Agelas nakamurai lieferte vier bromierte Pyrrol-Alkaloide, nämlich die neue Substanz 4-Brompyrrol-2-carbonsäure sowie die bereits bekannten Verbindungen 4-Brompyrrol-2-carboxamid, Mukanadin B und Mukanadin C. Alle vier Substanzen außer Mukanadin B zeigten antimikrobielle Aktivität. Bromierte Pyrrol-Alkaloide wurden in vielen Untersuchungen als typische Sekundärstoffe der Schwammgattung Agelas beschrieben, die bei der chemischen Verteidigung der Schwämme gegen Fische eine wichtige Rolle spielen. 7. Der indonesiche Schwamm Jaspis splendens ergab drei bekannte Substanzen, die für ihre antiproliferative Aktivität bekannt sind, nämlich die Depsipeptide Jaspamid (Jasplakinolid) und dessen Derivate Jaspamid B und Jaspamid C.

Mitochondrien verändern dynamisch durch ein balanciertes Verhältnis von Teilung und Fusion die Gestalt ihrer Netzwerke und reagieren so auf interne und externe Signale. Ein Schlülsselprotein der mitochondrialen Teilung ist die Dynamin-verwandte GTPase Dnm1p, die in dieser Arbeit charakterisiert wurde. Da Mitochondrien aufgrund ihres endosymbiontischen Ursprungs zwei Membranen besitzen, erfordert deren Teilung eine besondere Koordination. Unter Verwendung von photokonvertierbarem GFP wird in dieser Arbeit gezeigt, dass in S. cerevisiae die Teilung der inneren und äußeren Membran zeitlich eng gekoppelt verläuft. Dieser Prozess wird durch die GTPase Dnm1p, aber auch durch die Adaptor-Proteine Mdv1p und Caf4p sowie dem integralen Membrananker Fis1p v ermittelt. Dnm1p lagert sich zu Spiralen um den tubulären Strang an und trennt GTP-abhängig die Mitochondrien voneinander. Eine Voraussetzung für die Anlagerung dieser Spiralen stellen Matrix-Konstriktionen dar. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass Dnm1p und auch Fis1p für die Ausbildung dieser mitochondrialen Einschnürungen nicht essentiell sind. Die Untersuchung der Verteilung, Orientierung und Größe der Epitop-markierten Dnm1p-Cluster bildet den Schwerpunkt der Arbeit. Weiterhin wird der Einfluss der Teilungsproteine Fis1p, Mdv1p und Caf4p auf diese Dnm1p-Charakteristika ermittelt. Die Analyse basiert auf quantitativen Konfokalmikroskopie-Aufnahmen, zusätzlich werden auch neue hochauflösende Lichtmikroskope (4Pi und STED) zur genauen Lokalisation und Größenbestimmung eingesetzt. Die Ergebnisse zeigen, dass im Wildtyp und in Mdv1p-Deletionsstämmen die Mehrheit der Cluster mit den Mitochondrien assoziiert ist, während in Fis1p- und Caf4p-Deletionszellen die Rekrutierung der Cluster zu den Mitochondrien gestört erscheint. Nur wenige Cluster bilden Spiralen um Matrix-Konstriktionen aus, die überwiegende Mehrheit der nicht an aktuellen Teilungsprozessen beteiligten Dnm1p-Aggregate weist dagegen im Wildtyp und in Mdv1p-Deletionszellen eine polare Orientierung Richtung Zellcortex auf. Die in dieser Arbeit zum ersten Mal beschriebene Polarität ist in Fis1p- und Caf4p-Deletionsstämmen aufgehoben, bleibt jedoch auch nach der Zerstörung des Aktin-Gerüstes aufrechterhalten. Die Ergebnisse der Arbeit deuten darauf hin, dass Dnm1p in einem Komplex mit Fis1p und Caf4p zusätzlich zu seiner Funktion als Teilungsprotein an der Anheftung der Mitochondrien an den Zellcortex beteiligt ist. Zudem scheinen die Adaptorproteine Mdv1p und Caf4p trotz molekularer Ähnlichkeit unterschiedliche Aufgaben in der Zelle zu erfüllen. / Mitochondrial networks dynamically change their shape by balanced fission and fusion in response to internal and external signals. The key protein in mitochondrial fission, the dynamin-related GTPase Dnm1p, is characterised in this study. Because of their endosymbiotic origin mitochondria possess two membranes, whose separations must be coordinated. Using photoconvertable GFP, it is shown that the division of outer and inner membranes are tightly coupled in S. cerevisiae. This separation is due to the GTPase Dnm1p, but the adaptor proteins Mdv1p and Caf4p, as well as the membrane anchor Fis1p, are also involved in mitochondrial division in yeast. Dnm1p forms spirals around the mitochondrial tubes and separates them in a GTPase-dependant manner. Matrix constrictions are presumably one precondition for the formation of spirals. In this work it is shown that Dnm1p as well as Fis1p are not essential for the formation for this mitochondrial narrowing. The main focus of the work is the analysis of the distribution, orientation and size of the epitope-tagged Dnm1p clusters in yeast cells. Additionally, the influence of the other division proteins, Fis1p, Mdv1p and Caf4p, on these Dnm1p characteristics is determined. The analysis is based on both quantitative confocal images and high resolution 4Pi and STED microscopy, for better localization and determination of the cluster sizes. The results demonstrate that in wild type and Mdv1p deletion cells, the majority of clusters are associated with mitochondria, whereas the recruitment of Dnm1p-clusters is disturbed in Fis1p and Caf4p deletion cells. While just a few clusters form spirals around matrix constrictions, the overwhelming majority of clusters, which are not involved in an actual fission process, show a polar orientation towards the cell cortex in wild type and Mdv1p deletion cells. This polarity, described for the first time in this work, is abolished in Fis1 and Caf4p deletion cells, but is maintained after the destruction of the actin cytoskeleton. The results of this work point to an additional role of Dnm1p, together with Fis1p and Caf4p, in the attachment of mitochondria to the cell cortex. Furthermore it is shown that the adaptor proteins Mdv1p and Caf4p have different roles within the cell despite of their molecular similarity.

Plant-associated fungi can affect the plants‘ interaction with herbivores and other microorganisms. For example, many common forage grasses are infected with Epichloë endophytes. The endophytes systemically colonize the aerial parts of the plants. They produce bioprotective alkaloids that can negatively affect insects and livestock feeding on the grasses, and interact with other fungal species which living from the plants‘ nutrients. Environmental conditions strongly influence Epichloë endophytes. Endophyte-mediated effects on herbivores are more pronounced under increased temperatures and the endophytes may benefit from land use in managed grasslands. Under the framework of the large-scale German project “Biodiversity Exploratories”, I investigated whether infection rates and alkaloid concentrations of Epichloë festucae var. lolii in Lolium perenne (Chapter I) and Epichloë endophytes (E. uncinata, E. siegelii) in Festuca pratensis (Chapter II) depend on land use and season. Further I analysed, whether foliar fungal assemblages of L. perenne are affected by the presence of Epichloë endophytes (Chapter IV). / Mit Pflanzen assoziierte Pilze können die Interaktionen von Pflanzen und Herbivoren, als auch die Kommunikation mit anderen Mikroorganismen beeinflussen. Viele Futter- und Weidegräser sind beispielsweise mit endophytischen Pilzen der Gattung Epichloë infiziert, die die oberirdischen Pflanzenteile der Gräser systemisch besiedeln. Diese Endophyten produzieren bioaktive Alkaloide, die sich negativ auf Fraßfeinde wie Insekten, aber auch Weidetiere, auswirken, und mit anderen pflanzen-assoziierten Pilzarten interagieren. Epichloë Endophyten werden von ihrer äußeren Umwelt stark beeinflusst. So treten die von den Epichloë Endophyten ausgehende Effekte auf Herbivore meist unter erhöhten Temperaturen auf. In agrar-genutzten Grünflächen profitieren die Endophyten möglicherweise auch von der Landnutzung. Im Rahmen des deutschlandweiten Großprojekts „Biodiversitätsexploratorien“ untersuchte ich die Infektionsfrequenzen und Alkaloidkonzentrationen von Epichloë festucae var. lolii in Lolium perenne (Kapitel II) und den Epichloë Endophyten in Festuca pratensis (Kapitel III) in Abhängigkeit von der Landnutzung und Jahreszeit. Des Weiteren untersuchte ich, ob das Auftreten bzw. die Abwesenheit von Epichloë Endophyten einen Einfluss auf die Zusammensetzung der endophytischen Pilzgemeinschaften in Blättern von L. perenne hat (Kapitel IV).