Evolutionary game theory: Cells as players

Molecular BioSystems

Volumn 10, Issue 12, 2014, Pages 3044-3065

  Hummert, Sabine ^a,b   Bohl, Katrin ^c   Basanta, David ^d   Deutsch, Andreas ^e   Werner, Sarah ^c   Theißen, Günter ^c   Schroeter, Anja ^c   Schuster, Stefan ^c  

^a University of Applied Sciences Schmalkalden   (Germany)

^b JENA UNIVERSITY HOSPITAL   (Germany)

^c FRIEDRICH SCHILLER UNIVERSITY JENA   (Germany)

^d H LEE MOFFITT CANCER CENTER AND RESEARCH INSTITUTE   (United States)

^e DRESDEN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY   (Germany)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ANIMAL; CELL COMMUNICATION; CELL RESPIRATION; EVOLUTION; FERMENTATION; GAME; GENETIC SELECTION; HOST PATHOGEN INTERACTION; HUMAN; MICROBIAL CONSORTIUM; NEOPLASM; SIGNAL TRANSDUCTION; THEORETICAL MODEL;

ANIMALS; BIOLOGICAL EVOLUTION; CELL COMMUNICATION; CELL RESPIRATION; FERMENTATION; GAME THEORY; HOST-PATHOGEN INTERACTIONS; HUMANS; MICROBIAL CONSORTIA; MODELS, THEORETICAL; NEOPLASMS; SELECTION, GENETIC; SIGNAL TRANSDUCTION;

EID: 84908409162     PISSN: 1742206X     EISSN: 17422051     Source Type: Journal    
DOI: 10.1039/c3mb70602h     Document Type: Review

References (201)

1. Y. K. Lee S. K. Mazmanian Science 2010 330 1768 1773
2. D. J. Schneider A. Collmer Annu. Rev. Phytopathol. 2010 48 457 479
3. M. Ebner, R. Watson and J. Alexander, Proceedings of the 2000 Congress on Evolutionary Computation, San Diego, IEEE Press, 2000, pp. 1284-1291
4. J. Maynard Smith, Evolution and the Theory of Games, Cambridge University Press, Cambridge, 1982
5. R. Axelrod, The Evolution of Cooperation, Basic Books, New York, 1984
6. J. Hofbauer and K. Sigmund, Evolutionary Games and Population Dynamics, Cambridge University Press, Cambridge, 1998
7. M. A. Nowak K. Sigmund Science 2004 303 793 799
8. J. V. Neumann and O. Morgenstern, Theory of Games and Economic Behaviour, Princeton University Press, 1944
9. E. Berne, Games People Play: The Psychology of Human Relationships, Penguin, 1973
10. R. B. Myerson, Game Theory: Analysis of Conflict, Harvard University Press, 1991
11. M. Eigen and R. Winkler, Das Spiel. Naturgesetze steuern den Zufall, Pieper, München, 1975
12. K. Bohl S. Hummert S. Werner D. Basanta A. Deutsch S. Schuster G. Theißen A. Schroeter Mol. BioSyst. 2014 10.1039/c3mb70601j
13. J. F. Nash Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1950 36 48 49
14. J. Maynard Smith G. R. Price Nature 1973 246 15 18
15. W. D. Hamilton Science 1967 156 477 488
16. K. C. Clements D. W. Stephens Anim. Behav. 1995 50 527 535
17. M. Broom G. Ruxton Behav. Ecol. 1998 9 397 403
18. J. Brown T. Vincent Evolution 1992 46 1269 1283
19. D. W. Dickins R. A. Clark J. Theor. Biol. 1987 125 301 305
20. R. Poulin W. L. Vickery J. Theor. Biol. 1995 175 63 70
21. D. King Am. Nat. 1990 135 809 828
22. M. Augner T. Fagerstrom J. Tuomi Behav. Ecol. Sociobiol. 1991 29 231 234
23. M. Archetti J. Theor. Biol. 2000 205 625 630
24. J.-U. Kreft Microbiology 2004 150 2751 2760
25. T. Pfeiffer S. Bonhoeffer Am. Nat. 2004 163 E126 E135
26. E. Costa J. Pérez J. U. Kreft Trends Microbiol. 2006 14 213 219
27. S. P. Brown R. A. Johnstone Proc. R. Soc. B 2001 268 961 965
28. M. Pagel Nature 1993 363 539 541
29. R. A. Gatenby T. L. Vincent Cancer Res. 2003 63 6212 6220
30. D. Basanta H. Hatzikirou A. Deutsch Eur. Phys. J. B 2008 63 393 397
31. T. Pfeiffer S. Schuster S. Bonhoeffer Science 2001 292 504 507
32. D. Voet and J. Voet, Biochemistry, John Wiley & Sons, 2011
33. Z. Wang N. Goldenfeld Phys. Rev. E: Stat., Nonlinear, Soft Matter Phys. 2011 84 020902
34. J. C. Aledo J. A. Perez-Claros et al. J. Mol. Evol. 2007 65 328 339
35. J. Juul K. Sneppen J. Mathiesen Phys. Rev. E: Stat., Nonlinear, Soft Matter Phys. 2012 85 061924
36. R. C. MacLean Heredity 2007 100 471 477
37. I. A. Shiklomanov Water Int. 2000 25 11 32
38. J. Y. Wakano M. A. Nowak et al. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2009 106 7910 7914
39. T. Frick S. Schuster Naturwissenschaften 2003 90 327 331
40. S. Schuster J.-U. Kreft A. Schroeter T. Pfeiffer J. Biol. Phys. 2008 34 1 17
41. R. C. MacLean I. Gudelj Nature 2006 441 498 501
42. O. Warburg Science 1956 123 309 314
43. S. Schuster L. F. de Figueiredo A. Schroeter C. Kaleta BioSystems 2011 105 147 153
44. I. Kareva PLoS One 2011 6 e28576
45. S. A. Frank J. Evol. Biol. 2010 23 609 613
46. S. A. Frank Philos. Trans. R. Soc., B 2010 365 2515 2522
47. L. A. Harriman B. W. Hammer J. Dairy Sci. 1931 14 40 49
48. D. Greig M. Travisano Proc. R. Soc. B 2004 271 S25 S26
49. J. Gore H. Youk A. van Oudenaarden Nature 2009 459 253 256
50. S. Schuster J.-U. Kreft N. Brenner F. Wessely G. Theißen E. Ruppin A. Schroeter Biotechnol. J. 2008 5 751 758
51. S. D. Allison Ecol. Lett. 2005 8 626 635
52. H. Bachmann D. Molenaar M. Kleerebezem J. E. van Hylckama Vlieg ISME J. 2011 5 929 932
53. R. C. MacLean A. Fuentes-Hernandez D. Greig L. D. Hurst I. Gudelj PLoS Biol. 2010 8 e1000486
54. S. Estrela C. H. Trisos S. P. Brown Am. Nat. 2012 180 566 576
55. H. C. Bernstein S. D. Paulson R. P. Carlson J. Biotechnol. 2012 157 159 166
56. B. E. Morris R. Henneberger H. Huber C. Moissl-Eichinger FEMS Microbiol. Rev. 2013 37 384 406
57. M. Doebeli Popul. Ecol. 2002 44 59 70
58. J. J. Bull W. R. Harcombe PLoS One 2009 4 e4115
59. B. Schink Antonie van Leeuwenhoek 2002 81 257 261
60. C. Katsuyama S. Nakaoka Y. Takeuchi K. Tago M. Hayatsu K. Kato J. Theor. Biol. 2009 256 644 654
61. D. E. Rozen R. E. Lenski Am. Nat. 2000 155 24 35
62. P. Gerlee T. Lundh Evolution 2010 64 2716 2730
63. J. Maynard Smith Nature 1964 201 1145 1147
64. S. Estrela I. Gudelj PLoS One 2010 5 e14121
65. M. L. Friesen and E. I. Jones, Methods in Molecular Biology, Springer, New York, 2012, vol. 804, pp. 481-499
66. M. Archetti I. Scheuring J. Theor. Biol. 2012 318C 58 67
67. M. Archetti I. Scheuring M. Hoffman M. E. Frederickson N. E. Pierce D. W. Yu Ecol. Lett. 2011 14 1300 1312
68. J. B. Jackson L. Buss Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1975 72 5160 5163
69. B. Sinervo C. M. Lively Nature 1996 380 240 243
70. F. Michor M. A. Nowak Nature 2002 419 677 679
71. B. Kerr M. A. Riley M. W. Feldman B. M. Bohannan Nature 2002 418 171 174
72. B. C. Kirkup M. A. Riley Nature 2004 428 412 414
73. R. Durrett S. Levin J. Theor. Biol. 1997 185 165 171
74. G. Neumann S. Schuster J. Math. Biol. 2007 54 815 846
75. G. Neumann S. Schuster Discrete Cont. Dyn.-B 2007 8 207 228
76. G. F. Neumann G. Jetschke BioSystems 2010 99 155 166
77. M. Nakamaru Y. Iwasa Theor. Popul. Biol. 2000 57 131 144
78. M. W. Adamson A. Y. Morozov Bull. Math. Biol. 2012 74 2004 2031
79. R. M. May W. J. Leonard SIAM J. Appl. Math. 1975 29 243 253
80. H. Shi W.-X. Wang R. Yang Y.-C. Lai Phys. Rev. E: Stat., Nonlinear, Soft Matter Phys. 2010 81 030901
81. M. Frean E. R. Abraham Proc. R. Soc. B 2001 268 1323 1327
82. G. Károlyi Z. Neufeld I. Scheuring J. Theor. Biol. 2005 236 12 20
83. M. Berr T. Reichenbach M. Schottenloher E. Frey Phys. Rev. Lett. 2009 102 048102
84. W.-X. Wang Y.-C. Lai C. Grebogi Phys. Rev. E: Stat., Nonlinear, Soft Matter Phys. 2010 81 046113
85. X. Ni R. Yang W.-X. Wang Y.-C. Lai C. Grebogi Chaos 2010 20 045116
86. A. P. O. Müller J. A. C. Gallas Phys. Rev. E: Stat., Nonlinear, Soft Matter Phys. 2010 82 052901
87. T. L. Czárán R. F. Hoekstra L. Pagie Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2002 99 786 790
88. F. Prado B. Kerr Evolution 2008 62 538 548
89. A. A. Winkler T. Reichenbach E. Frey Phys. Rev. E: Stat., Nonlinear, Soft Matter Phys. 2010 81 060901
90. T. Reichenbach M. Mobilia E. Frey Nature 2007 448 1046 1049
91. T. Reichenbach M. Mobilia E. Frey J. Theor. Biol. 2008 254 368 383
92. S. Venkat M. Pleimling Phys. Rev. E: Stat., Nonlinear, Soft Matter Phys. 2010 81 021917
93. A. Szolnoki G. Szabó Phys. Rev. E: Stat., Nonlinear, Soft Matter Phys. 2004 70 037102
94. G. Szabó A. Szolnoki R. Izsák J. Phys. A: Math. Gen. 2004 380 2599 2609
95. K.-i. Tainaka Phys. Rev. E: Stat. Phys., Plasmas, Fluids, Relat. Interdiscip. Top. 1994 50 3401 3409
96. M. Ifti B. Bergersen Eur. Phys. J. B 2004 37 101 107
97. A. Traulsen J. C. Claussen C. Hauert Phys. Rev. E: Stat., Nonlinear, Soft Matter Phys. 2012 85 041901
98. J. C. Claussen A. Traulsen Phys. Rev. Lett. 2008 100 058104
99. L. Frachebourg P. L. Krapivsky E. Ben-Naim Phys. Rev. E: Stat. Phys., Plasmas, Fluids, Relat. Interdiscip. Top. 1996 54 6186 6200
100. P. P. Avelino D. Bazeia L. Losano J. Menezes Phys. Rev. E: Stat., Nonlinear, Soft Matter Phys. 2012 86 031119
101. P. P. Avelino D. Bazeia L. Losano J. Menezes B. F. Oliveira Phys. Rev. E: Stat., Nonlinear, Soft Matter Phys. 2012 86 036112
102. A. F. Lütz S. Risau-Gusman J. J. Arenzon J. Theor. Biol. 2013 317 286 292
103. M. Peltomäki M. Alava Phys. Rev. E: Stat., Nonlinear, Soft Matter Phys. 2008 78 031906
104. G. Szabó T. Czárán Phys. Rev. E: Stat., Nonlinear, Soft Matter Phys. 2001 64 042902
105. B. Allen D. I. S. Rosenbloom Bull. Math. Biol. 2012 74 2650 2675
106. Q. He M. Mobilia U. C. Täuber Phys. Rev. E: Stat., Nonlinear, Soft Matter Phys. 2010 82 051909
107. G. Jäger J. Theor. Biol. 2008 253 131 141
108. R. Gibbons, A Primer in Game Theory, Financial Times Prentice Hall, 1992
109. E. Rasmusen, Games and Information: An Introduction to Game Theory, Wiley-Blackwell, 1995
110. J. Maynard Smith and D. Harper, Animal Signals, Oxford University Press, 2003
111. A. Zahavi J. Theor. Biol. 1975 53 205 214
112. A. Grafen J. Theor. Biol. 1990 144 517 546
113. C. T. Bergstrom S. Számadó M. Lachmann Philos. Trans. R. Soc., B 2002 357 1595 1606
114. R. Popat S. A. Crusz M. Messina P. Williams S. A. West S. P. Diggle Proc. R. Soc. B 2012 279 4765 4771
115. T. Czárán R. F. Hoekstra PLoS One 2009 4 e6655
116. A. Lotem M. A. Fishman L. Stone Proc. R. Soc. B 2003 270 199 205
117. R. Axelrod W. D. Hamilton Science 1981 211 1390 1396
118. A. Traulsen M. A. Nowak PLoS One 2007 2 e270
119. D. C. Queller E. Ponte S. Bozzaro J. E. Strassmann Science 2003 299 105 106
120. D. Renaud T. de Meeüs J. Theor. Biol. 1991 152 319 327
121. M. R. Frean E. R. Abraham Phys. Rev. E: Stat., Nonlinear, Soft Matter Phys. 2004 69 051913
122. S.-H. Huang W. Zhou A. Jong J. Biomed. Biotechnol. 2008 856314
123. E. M. Rauch Y. Bar-Yam Phys. Rev. E: Stat., Nonlinear, Soft Matter Phys. 2006 73 020903
124. R. M. Anderson R. M. May Nature 1979 280 361 367
125. R. M. Anderson R. M. May Parasitology 1982 85 411 426
126. H. J. Bremermann J. Pickering J. Theor. Biol. 1983 100 411 426
127. M. van Baalen Proc. R. Soc. B 1998 265 317 325
128. T. Day A. L. Graham A. F. Read Proc. R. Soc. B 2007 274 2685 2692
129. M. Boots Y. Haraguchi Am. Nat. 1999 153 359 370
130. M. H. Bonds D. C. Keenan A. J. Leidner P. Rohani Evolution 2005 59 1859 1866
131. M. R. Miller A. White M. Boots Evolution 2007 61 2 14
132. A. Best A. White M. Boots Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2008 105 20786 20791
133. P. D. Taylor T. Day D. Nagy G. Wild J.-B. André A. Gardner Theor. Popul. Biol. 2006 69 323 331
134. M. Boots A. Best M. R. Miller A. White Philos. Trans. R. Soc., B 2009 364 27 36
135. A. Morozov A. Best J. Theor. Biol. 2012 307 29 36
136. S. H. Alonzo R. Calsbeek J. Evol. Biol. 2010 23 2614 2624
137. T. Reluga J. Li J. Math. Biol. 2012 66 1 27
138. P. D. Williams Am. Nat. 2012 179 228 239
139. D. M. Wolf V. V. Vazirani A. P. Arkin J. Theor. Biol. 2005 234 227 253
140. D. M. Wolf V. V. Vazirani A. P. Arkin J. Theor. Biol. 2005 234 255 262
141. B. L. d. Bivort C.-C. Chen F. Perretti G. Negro T. M. Philip Y. Bar-Yam J. Theor. Biol. 2007 248 26 36
142. S. M. Eswarappa PLoS One 2009 4 e5383
143. S. Hummert C. Hummert A. Schröter B. Hube S. Schuster J. Theor. Biol. 2010 264 312 318
144. S. Bewick J. Wu S. C. Lenaghan R. Yang M. Zhang W. Hamel Bull. Math. Biol. 2011 73 2339 2356
145. S. Bewick M. Zhang W. Hamel IEEE Trans. Syst. Man Cybern. 2011 41 583 588
146. B. Crespi K. Summers Trends Ecol. Evol. 2005 20 545 552
147. L. M. F. Merlo J. W. Pepper B. J. Reid C. C. Maley Nat. Rev. Cancer 2006 6 924 935
148. P. C. Nowell Science 1976 194 23 28
149. M. Gerlinger A. J. Rowan et al. N. Engl. J. Med. 2012 366 883 892
150. R. Axelrod D. E. Axelrod K. J. Pienta Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2006 103 13474 13479
151. R. J. Gillies D. Verduzco R. A. Gatenby Nat. Rev. Cancer 2012 12 487 493
152. D. Basanta and A. Deutsch, in Selected Topics in Cancer Modeling: Genesis, Evolution, Immune Competition, and Therapy, ed., N. Bellomo, and, E. de Angelis, Springer, Birkhäuser Boston, 2008, ch. 5
153. C. Cleveland D. Liao R. Austin AIP Adv. 2012 2 011202
154. W. C. Hahn R. A. Weinberg N. Engl. J. Med. 2002 347 1593 1603
155. D. Hanahan R. A. Weinberg Cell 2000 100 57 70
156. D. Hanahan R. A. Weinberg Cell 2011 144 646 674
157. A. R. A. Anderson M. Hassanein K. M. Branch J. Lu N. A. Lobdell J. Maier D. Basanta B. Weidow A. Narasanna C. L. Arteaga A. B. Reynolds V. Quaranta L. Estrada A. M. Weaver Cancer Res. 2009 69 8797 8806
158. Y. Mansury M. Diggory T. Deisboeck J. Theor. Biol. 2006 238 146 156
159. M. Martin J. Natl. Cancer Inst. 2009 101 220 222
160. R. A. Gatenby R. J. Gillies Nat. Rev. Cancer 2004 4 891 899
161. D. Basanta J. G. Scott R. Rockne K. R. Swanson A. R. A. Anderson Phys. Biol. 2011 8 015016
162. D. Basanta M. Simon H. Hatzikirou A. Deutsch Cell Prolif. 2008 41 980 987
163. M. Archetti J. Theor. Biol. 2014 341 1 8
164. M. A. Nowak Science 2006 314 1560 1563
165. D. W. Strand O. E. Franco D. Basanta A. R. A. Anderson S. W. Hayward Curr. Mol. Med. 2010 10 95 112
166. I. P. Tomlinson W. F. Bodmer Br. J. Cancer 1997 75 157 160
167. L. A. Bach S. M. Bentzen J. Alsner F. B. Christiansen Eur. J. Cancer 2001 37 2116 2120
168. L. A. Bach D. J. T. Sumpter J. Alsner V. Loeschcke J. Theor. Med. 2003 5 47 58
169. M. Billaud M. Santoro Cancer Res. 2011 71 6572 6575
170. D. Dingli F. A. C. C. Chalub F. C. Santos S. V. Segbroeck J. M. Pacheco Br. J. Cancer 2009 101 1130 1136
171. D. Basanta J. G. Scott M. N. Fishman G. Ayala S. W. Hayward A. R. A. Anderson Br. J. Cancer 2012 106 174 181
172. R. A. Gatenby J. Brown T. Vincent Cancer Res. 2009 69 7499 7502
173. A. S. Silva R. A. Gatenby R. J. Gillies J. A. Yunes J. Theor. Biol. 2010 262 601 613
174. S. J. Antonia N. Mirza I. Fricke A. Chiappori P. Thompson N. Williams G. Bepler G. Simon W. Janssen J.-H. Lee K. Menander S. Chada D. I. Gabrilovich Clin. Cancer Res. 2006 12 878 887
175. D. Basanta R. A. Gatenby A. R. A. Anderson Mol. Pharmaceutics 2012 9 914 921
176. S. Bewick, R. Yang and M. Zhang, Engineering in Medicine and Biology Society, 2009. EMBC 2009. Annual International Conference of the IEEE, 2009, pp. 6026-6029
177. J. Wu M. J. Zhang IEEE Trans. Syst. Man Cybern. 2010 40 694 702
178. A. Ostman Nat. Med. 2012 18 1332 1334
179. V. Marx Nature 2013 494 133 136
180. G. Lambert L. Estévez-Salmeron S. Oh D. Liao B. M. Emerson T. D. Tlsty R. H. Austin Nat. Rev. Cancer 2011 11 375 382
181. O. Gillor A. Etzion M. A. Riley Appl. Microbiol. Biotechnol. 2008 81 591 606
182. P. D. Cotter R. P. Ross C. Hill Nat. Rev. Microbiol. 2013 11 95 105
183. C. T. Lohans J. C. Vederas Int. J. Microbiol. 2012 2012 386410
184. M. Montalbán-López M. Sánchez-Hidalgo E. Valdivia M. Martínez-Bueno M. Maqueda Curr. Pharm. Biotechnol. 2011 12 1205 1220
185. C. Brown M. P. Garwood J. E. Williamson Biol. Lett. 2012 8 729 732
186. M. R. Silva M. G. Severo et al. Biochem. Eng. J. 2013 71 38 46
187. G. Potvin A. Ahmad Z. S. Zhang Biochem. Eng. J. 2012 64 91 105
188. T. Pfeiffer S. Bonhoeffer Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2003 100 1095 1098
189. H. Cao M. Sekiya M. Ertunc M. Burak J. Mayers A. White K. Inouye L. Rickey B. Ercal M. Furuhashi G. Tuncman G. Hotamisligil Cell Metab. 2013 17 768 778
190. A. Szolnoki M. Perc Phys. Rev. E: Stat., Nonlinear, Soft Matter Phys. 2012 85 026104
191. H. Gintis, Game Theory Evolving, Princeton University Press, Princeton, 2000
192. D. T. Bishop C. Cannings J. Theor. Biol. 1978 70 85 124
193. M. A. Nowak, Evolutionary Dynamics-Exploring the Equations of Life, Harvard University Press, 2006
194. J. Hofbauer K. Sigmund Bull. Am. Math. Soc. 2003 40 479 519
195. M. A. Nowak C. E. Tarnita T. Antal Philos. Trans. R. Soc., B 2010 365 19 30
196. M. A. Nowak R. M. May Nature 1992 359 826 829
197. K. M. Page M. A. Nowak J. Theor. Biol. 2002 219 93 98
198. J. Hofbauer Nonlinear Anal. Theor. Meth. App. 1981 5 1003 1007
199. O. Diekmann Banach Center Publ. 2004 63 47 86
200. C. Hauert Int. J. Bifurcation Chaos 2002 12 1531 1548
201. H.-U. Stark Evolution 2010 64 2458 2465