Microbial evolution in vivo and in silico: Methods and applications

Integrative Biology (United Kingdom)

Volumn 5, Issue 2, 2013, Pages 262-277

  Mozhayskiy, Vadim ^a   Tagkopoulos, Ilias ^a  

^a UNIVERSITY OF CALIFORNIA   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

DNA FRAGMENT;

ADAPTATION; BACTERIUM CULTURE; COMPUTER MODEL; ESCHERICHIA COLI; EVOLUTION; GENE EXPRESSION; GENE REGULATORY NETWORK; IN VIVO STUDY; LABORATORY TEST; MICROBIAL EVOLUTION; MICROBIAL POPULATION DYNAMICS; MOLECULAR GENETICS; MUTATION RATE; NONHUMAN; PRIORITY JOURNAL; PSEUDOMONAS AERUGINOSA; REVIEW; SACCHAROMYCES CEREVISIAE; SALMONELLA; SINGLE NUCLEOTIDE POLYMORPHISM; THERMOBIFIDA FUSCA;

BACTERIA; BACTERIAL PROTEINS; BIOLOGICAL EVOLUTION; COMPUTER SIMULATION; MODELS, GENETIC; MUTATION;

EID: 84873279710     PISSN: 17579694     EISSN: 17579708     Source Type: Journal    
DOI: 10.1039/c2ib20095c     Document Type: Review

References (142)

1. C. Darwin, On the Origin of Species, John Murray, London, 1859
2. S. H. Lee J. H. J. van der Werf B. J. Hayes M. E. Goddard P. M. Visscher PLoS Genet. 2008 4 11
3. A. Gardner W. Zuidema Evolution 2003 57 1448 1450
4. J. Draghi G. R. Wagner Evolution 2008 62 301 315
5. S. Ciliberti O. C. Martin A. Wagner Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2007 104 13591 13596
6. A. Wagner Proc. R. Soc. B 2008 275 91 100
7. J. E. Barrick D. S. Yu S. H. Yoon H. Jeong T. K. Oh D. Schneider R. E. Lenski J. F. Kim Nature 2009 461 1243 1247
8. T. M. Conrad N. E. Lewis B. O. Palsson Mol. Syst. Biol. 2011 7 509
9. Z. P. Cakar U. O. S. Seker C. Tamerler M. Sonderegger U. Sauer FEMS Yeast Res. 2005 5 569 578
10. D. Stanley S. Fraser P. J. Chambers P. Rogers G. A. Stanley J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 2010 37 139 149
11. T. F. Cooper S. K. Remold R. E. Lenski D. Schneider PLoS Genet. 2008 4 e35
12. E. Toprak A. Veres J. B. Michel R. Chait D. L. Hartl R. Kishony Nat. Genet. 2012 44 101 105
13. R. Sanjuan Philos. Trans. R. Soc., B 2010 365 1975 1982
14. J. B. Peris P. Davis J. M. Cuevas M. R. Nebot R. Sanjuan Genetics 2010 185 603 609
15. R. Sanjuan A. Moya S. F. Elena Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2004 101 8396 8401
16. P. Domingo-Calap J. M. Cuevas R. Sanjuan PLoS Genet. 2009 5 7
17. S. F. Elena R. Sanjuan BMC Evol. Biol. 2008 8 9
18. O. S. Soyer S. Bonhoeffer Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2006 103 16337 16342
19. R. A. Goldstein O. S. Soyer PLoS Comput. Biol. 2008 4 7
20. A. Crombach P. Hogeweg PLoS Comput. Biol. 2008 4 13
21. D. J. Jenkins D. J. Stekel J. Mol. Evol. 2010 70 215 231
22. J. W. Drake B. Charlesworth D. Charlesworth J. F. Crow Genetics 1998 148 1667 1686
23. H. Ochman S. Elwyn N. A. Moran Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1999 96 12638 12643
24. M. Lynch Trends Genet. 2010 26 345 352
25. B. A. Bridges Philos. Trans. R. Soc., B 2001 356 29 39
26. P. D. Sniegowski P. J. Gerrish R. E. Lenski Nature 1997 387 703 705
27. H. Goodarzi B. D. Bennett S. Amini M. L. Reaves A. K. Hottes J. D. Rabinowitz S. Tavazoie Mol. Syst. Biol. 2010 6 12
28. M. Sen U. Yilmaz A. Baysal S. Akman Z. P. Cakar Antonie Van Leeuwenhoek 2011 99 825 835
29. T. M. Conrad A. R. Joyce M. K. Applebee C. L. Barrett B. Xie Y. Gao B. O. Palsson Genome Biol. 2009 10 R118
30. C. Herring A. Raghunathan C. Honisch T. Patel K. Applebee A. Joyce T. Albert F. Blattner D. van den Boom C. Cantor B. Palsson Nat. Genet. 2006 38 1406 1412
31. T. Kishimoto L. Iijima M. Tatsumi N. Ono A. Oyake T. Hashimoto M. Matsuo M. Okubo S. Suzuki K. Mori A. Kashiwagi C. Furusawa B.-W. Ying T. Yomo PLoS Genet. 2010 6 e1001164
32. O. Tenaillon A. Rodriguez-Verdugo R. L. Gaut P. McDonald A. F. Bennett A. D. Long B. S. Gaut Science 2012 335 457 461
33. H. Bachmann M. J. C. Starrenburg D. Molenaar M. Kleerebezem J. Vlieg Genome Res. 2012 22 115 124
34. G. I. Lang D. Botstein M. M. Desai Genetics 2011 188 647 661
35. S. E. Finkel R. Kolter Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1999 96 4023 4027
36. A. M. Leroi A. F. Bennett R. E. Lenski Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1994 91 1917 1921
37. M. M. Riehle A. F. Bennett A. D. Long Physiol. Biochem. Zool. 2005 78 299 315
38. B. S. Hughes A. J. Cullum A. F. Bennett Evolution 2007 61 1725 1734
39. R. Milo P. Jorgensen U. Moran G. Weber M. Springer Nucleic Acids Res. 2010 38 D750 D753
40. R. Miralles P. J. Gerrish A. Moya S. F. Elena Science 1999 285 1745 1747
41. J. De Visser D. E. Rozen J. Evol. Biol. 2005 18 779 788
42. J. de Visser C. W. Zeyl P. J. Gerrish J. L. Blanchard R. E. Lenski Science 1999 283 404 406
43. J. H. Gillespie Evolution 2001 55 2161 2169
44. Y. Kim H. A. Orr Genetics 2005 171 1377 1386
45. P. J. Gerrish R. E. Lenski Genetica 1998 102-103 127 144
46. K. C. Kao G. Sherlock Nat. Genet. 2008 40 1499 1504
47. I. M. Keseler J. Collado-Vides A. Santos-Zavaleta M. Peralta-Gil S. Gama-Castro L. Muniz-Rascado C. Bonavides-Martinez S. Paley M. Krummenacker T. Altman P. Kaipa A. Spaulding J. Pacheco M. Latendresse C. Fulcher M. Sarker A. G. Shearer A. Mackie I. Paulsen R. P. Gunsalus P. D. Karp Nucleic Acids Res. 2011 39 D583 D590
48. S. Gama-Castro H. Salgado M. Peralta-Gil A. Santos-Zavaleta L. Muniz-Rascado H. Solano-Lira V. Jimenez-Jacinto V. Weiss J. S. Garcia-Sotelo A. Lopez-Fuentes L. Porron-Sotelo S. Alquicira-Hernandez A. Medina-Rivera I. Martinez-Flores K. Alquicira-Hernandez R. Martinez-Adame C. Bonavides-Martinez J. Miranda-Rios A. M. Huerta A. Mendoza-Vargas L. Collado-Torres B. Taboada L. Vega-Alvarado M. Olvera L. Olvera R. Grande E. Morett J. Collado-Vides Nucleic Acids Res. 2011 39 D98 D105
49. S. F. Elena L. Ekunwe N. Hajela S. A. Oden R. E. Lenski Genetica 1998 102-103 349 358
50. R. Woods D. Schneider C. L. Winkworth M. A. Riley R. E. Lenski Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2006 103 9107 9112
51. M. M. Riehle A. F. Bennett R. E. Lenski A. D. Long Physiol. Genomics 2003 14 47 58
52. S. C. Sleight C. Orlic D. Schneider R. E. Lenski Genetics 2008 180 431 443
53. D. Alcantara-Diaz M. Brena-Valle J. Serment-Guerrero Mutagenesis 2004 19 349 354
54. S. Atsumi T.-Y. Wu I. M. P. Machado W.-C. Huang P.-Y. Chen M. Pellegrini J. C. Liao Mol. Syst. Biol. 2010 6 449
55. P. Charusanti T. M. Conrad E. M. Knight K. Venkataraman N. L. Fong B. Xie Y. Gao B. O. Palsson PLoS Genet. 2010 6 e1001186
56. D.-H. Lee B. O. Palsson Appl. Environ. Microbiol. 2010 76 6327 6327
57. D. B. Berry Q. Guan J. Hose S. Haroon M. Gebbia L. E. Heisler C. Nislow G. Giaever A. P. Gasch PLoS Genet. 2011 7 e1002353
58. Z. P. Cakar C. Alkim B. Turanli N. Tokman S. Akman M. Sarikaya C. Tamerler L. Benbadis J. M. Francois J. Biotechnol. 2009 143 130 138
59. H. K. Huse T. Kwon J. E. A. Zlosnik D. P. Speert E. M. Marcotte M. Whiteley mBio 2010 1 8
60. T. Ferenci Adv. Microb. Physiol. 2008 53 169 229
61. Z. Wang M. Gerstein M. Snyder Nat. Rev. Genet. 2009 10 57 63
62. P. J. Park Nat. Rev. Genet. 2009 10 669 680
63. R. De Smet K. Marchal Nat. Rev. Microbiol. 2010 8 717 729
64. M. Hecker S. Lambeck S. Toepfer E. van Someren R. Guthke Biosystems 2009 96 86 103
65. R. A. Fisher, The genetical theory of natural selection, 1930
66. G. R. Price Nature 1970 227 520 521
67. S. Leibler E. Kussell Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2010 107 13183 13188
68. J. A. Draghi T. L. Parsons G. P. Wagner J. B. Plotkin Nature 2010 463 353 355
69. J. H. Gillespie Theor. Popul. Biol. 1983 23 202 215
70. J. H. Gillespie Evolution 1984 38 1116 1129
71. A. Ullrich M. Rohrschneider G. Scheuermann P. F. Stadler C. Flamm Artificial Life 2011 17 87 108
72. G. Beslon D. P. Parsons J. M. Pena C. Rigotti Y. Sanchez-Dehesa Intell. Data Anal. 2010 14 173 191
73. Y. Sanchez-Dehesa D. Parsons J. M. Pena G. Beslon Mathematical Modelling of Natural Phenomena 2008 3 27 66
74. C. Adami Nat. Rev. Genet. 2006 7 109 118
75. C. Ofria C. O. Wilke Artificial Life 2004 10 191 229
76. G. Karlebach R. Shamir Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2008 9 770 780
77. H. Jeong B. Tombor R. Albert Z. N. Oltvai A. L. Barabasi Nature 2000 407 651 654
78. A. Wagner D. A. Fell Proc. R. Soc. B 2001 268 1803 1810
79. A. L. Barabasi Z. N. Oltvai Nat. Rev. Genet. 2004 5 101 113
80. H. De Jong J. Comput. Biol. 2002 9 67 103
81. S. Rosenfeld Prog. Biophys. Mol. Biol. 2011 106 400 409
82. N. Tenazinha S. Vinga IEEE/ACM Trans. Comput. Biol. Bioinf. 2011 8 943 958
83. H. Bolouri E. H. Davidson Bioessays 2002 24 1118 1129
84. P. Smolen D. A. Baxter J. H. Byrne Neuron 2000 26 567 580
85. S. A. Kauffman J. Theor. Biol. 1969 22 437 467
86. A. P. Quayle S. Bullock J. Theor. Biol. 2006 238 737 753
87. J. Draghi G. P. Wagner J. Evol. Biol. 2009 22 599 611
88. O. S. Soyer T. Pfeiffer S. Bonhoeffer J. Theor. Biol. 2006 241 223 232
89. T. Reil Advances in Artificial Life, Proceedings 1999 1674 457 466
90. D. J. Jenkins D. J. Stekel Artificial Life 2009 15 259 291
91. F. Hayot C. Jayaprakash J. Theor. Biol. 2005 234 133 143
92. V. Mozhayskiy I. Tagkopoulos BMC Bioinf. 2012 13 S10
93. V. Mozhayskiy I. Tagkopoulos BMC Bioinf. 2012 13 S13
94. I. Tagkopoulos Y. C. Liu S. Tavazoie Science 2008 320 1313 1317
95. A. Krishnan M. Tomitaa A. Giuliani Phys. A 2008 387 2170 2186
96. P. J. Ingram M. P. H. Stumpf J. Stark BMC Genomics 2006 7 12
97. N. Kashtan E. Noor U. Alon Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2007 104 13711 13716
98. P. Francois V. Hakim Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2004 101 580 585
99. P. S. Swain M. B. Elowitz E. D. Siggia Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2002 99 12795 12800
100. D. T. Gillespie J. Comput. Phys. 1976 22 403 434
101. M. B. Elowitz A. J. Levine E. D. Siggia P. S. Swain Science 2002 297 1183 1186
102. T. B. Kepler T. C. Elston Biophys. J. 2001 81 3116 3136
103. D. J. Wilkinson Nat. Rev. Genet. 2009 10 122 133
104. S. Ghosh, P. Ghosh, K. Basu, S. K. Das and S. Daefler, in Proceedings. 39th Annual Simulation Symposium, IEEE Computer Society, Editon edn., 2006, p. 8
105. D. Chandran F. T. Bergmann H. M. Sauro J. Biol. Eng. 2009 3 19
106. N. E. Lewis H. Nagarajan B. O. Palsson Nat. Rev. Microbiol. 2012 10 291 305
107. M. E. Tsuda M. Kawata PLoS Comput. Biol. 2010 6 22
108. S. Wright Proc Sixth Internat Congr Genetics Ithaca New York 1932 1 356 366
109. T. T. Kibota M. Lynch Nature 1996 381 694 696
110. M. Kimura Nature 1968 217 624 626
111. A. Eyre-Walker P. D. Keightley Nat. Rev. Genet. 2007 8 610 618
112. H. A. Orr Genetics 2003 163 1519 1526
113. M. Imhof C. Schlotterer Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2001 98 1113 1117
114. J. R. Roth Curr. Biol. 2010 20 R15 R17
115. V. Mozhayskiy, R. Miller, K.-L. Ma and I. Tagkopoulos, TeraGrid'11, Salt Lake City, UT, edn, 2011
116. M. Acar J. T. Mettetal A. van Oudenaarden Nat. Genet. 2008 40 471 475
117. M. Kaern T. C. Elston W. J. Blake J. J. Collins Nat. Rev. Genet. 2005 6 451 464
118. R. Losick C. Desplan Science 2008 320 65 68
119. N. Q. Balaban J. Merrin R. Chait L. Kowalik S. Leibler Science 2004 305 1622 1625
120. J.-W. Veening E. J. Stewart T. W. Berngruber F. Taddei O. P. Kuipers L. W. Hamoen Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2008 105 4393 4398
121. A. Mitchell G. H. Romano B. Groisman A. Yona E. Dekel M. Kupiec O. Dahan Y. Pilpel Nature 2009 460 220 224
122. A. S. Griffin S. A. West A. Buckling Nature 2004 430 1024 1027
123. S. P. Diggle A. S. Griffin G. S. Campbell S. A. West Nature 2007 450 U411 U417
124. L. V. Hooper Nat. Rev. Microbiol. 2009 7 367 374
125. J. Gore H. Youk A. van Oudenaarden Nature 2009 459 253 256
126. J. S. Webb M. Givskov S. Kjelleberg Curr. Opin. Microbiol. 2003 6 578 585
127. L. Hall-Stoodley P. Stoodley Cell. Microbiol. 2009 11 1034 1043
128. D. Blumenthal C. E. Mitchell P. Pysek V. Jarosik Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2009 106 7899 7904
129. S. A. West A. S. Griffin A. Gardner S. P. Diggle Nat. Rev. Microbiol. 2006 4 597 607
130. T. F. Cooper R. E. Lenski BMC Evol. Biol. 2010 10
131. M. T. Stanek T. F. Cooper R. E. Lenski BMC Evol. Biol. 2009 9 302
132. Z. D. Blount C. Z. Borland R. E. Lenski Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2008 105 7899 7906
133. A. F. Bennett R. E. Lenski Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2007 104 8649 8654
134. L. P. Smith F. T. Bergmann D. Chandran H. M. Sauro Bioinformatics 2009 25 2452 2454
135. Y. Cai B. Hartnett C. Gustafsson J. Peccoud Bioinformatics 2007 23 2760 2767
136. R. Phillips R. Milo Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2009 106 21465 21471
137. Y. Deng S. S. Fong J. Biol. Chem. 2011 286 39958 39966
138. H. A. Wichman C. J. Brown Philos. Trans. R. Soc., B 2010 365 2495 2501
139. I. Tagkopoulos, Emergence of predictive capacity within microbial genetic networks, PhD thesis, Princeton University, 2008, ISBN: 978-0-549-74801-4
140. C. O. Wilke J. L. Wang C. Ofria R. E. Lenski C. Adami Nature 2001 412 331 333
141. C. W. Nelson J. C. Sanford Theor. Biol. Med. Modell. 2011 8 17
142. G. Beslon D. P. Parsons Y. Sanchez-Dehesa J. M. Pena C. Knibbe Biosystems 2010 102 32 40