Modeling Method for Increased Precision and Scope of Directly Measurable Fluxes at a Genome-Scale

Analytical Chemistry

Volumn 88, Issue 7, 2016, Pages 3844-3852

  McCloskey, Douglas ^a   Young, Jamey D ^c,d   Xu, Sibei ^a   Palsson, Bernhard O ^a,b   Feist, Adam M ^a,b  

^a UNIVERSITY OF CALIFORNIA SAN DIEGO   (United States)

^b Chalmers University of Technology   (Denmark)

^c VANDERBILT UNIVERSITY   (United States)

^d VANDERBILT UNIVERSITY SCHOOL OF MEDICINE   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

AMINO ACIDS; BIOSYNTHESIS; COMPLEX NETWORKS; ECONOMIC AND SOCIAL EFFECTS; ESCHERICHIA COLI; ISOMERS; METABOLISM; PHYSIOLOGY;

BIO-PRODUCTION; BIOSYNTHETIC PATHWAY; CHEMICAL EQUATIONS; FLUX DISTRIBUTIONS; FLUX ESTIMATION; GOLD STANDARDS; ISOTOPOMER DISTRIBUTIONS; METABOLIC FLUX ANALYSIS;

GENES;

CARBON;

BACTERIAL GENOME; BIOLOGICAL MODEL; ESCHERICHIA COLI; GENETICS; METABOLIC FLUX ANALYSIS; METABOLISM;

CARBON ISOTOPES; ESCHERICHIA COLI; GENOME, BACTERIAL; METABOLIC FLUX ANALYSIS; MODELS, BIOLOGICAL;

EID: 84963796141     PISSN: 00032700     EISSN: 15206882     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/acs.analchem.5b04914     Document Type: Article

References (69)

1. McCloskey, D.; Young, J. D.; Xu, S.; Palsson, B. Ø.; Feist, A. M. Anal. Chem. 2016, 88 (2) 1362-1370 10.1021/acs.analchem.5b03887
2. Toya, Y.; Ishii, N.; Nakahigashi, K.; Hirasawa, T.; Soga, T.; Tomita, M.; Shimizu, K. Biotechnol. Prog. 2010, 26, 975-992 10.1002/btpr.420
3. Fong, S. S.; Nanchen, A.; Palsson, B. O.; Sauer, U. J. Biol. Chem. 2006, 281, 8024-8033 10.1074/jbc.M510016200
4. Iwatani, S.; Van Dien, S.; Shimbo, K.; Kubota, K.; Kageyama, N.; Iwahata, D.; Miyano, H.; Hirayama, K.; Usuda, Y.; Shimizu, K.; Matsui, K. J. Biotechnol. 2007, 128, 93-111 10.1016/j.jbiotec.2006.09.004
5. Chen, X.; Alonso, A. P.; Allen, D. K.; Reed, J. L.; Shachar-Hill, Y. Metab. Eng. 2011, 13, 38-48 10.1016/j.ymben.2010.11.004
6. Ewald, J. C.; Matt, T.; Zamboni, N. Mol. BioSyst. 2013, 9, 440-446 10.1039/c2mb25423a
7. Peng, L.; Arauzo-Bravo, M. J.; Shimizu, K. FEMS Microbiol. Lett. 2004, 235, 17-23 10.1111/j.1574-6968.2004.tb09562.x
8. Swarup, A.; Lu, J.; DeWoody, K. C.; Antoniewicz, M. R. Metab. Eng. 2014, 24, 173-180 10.1016/j.ymben.2014.05.013
9. Au, J.; Choi, J.; Jones, S. W.; Venkataramanan, K. P.; Antoniewicz, M. R. Metab. Eng. 2014, 26, 23-33 10.1016/j.ymben.2014.08.002
10. Yim, H.; Haselbeck, R.; Niu, W.; Pujol-Baxley, C.; Burgard, A.; Boldt, J.; Khandurina, J.; Trawick, J. D.; Osterhout, R. E.; Stephen, R.; Estadilla, J.; Teisan, S.; Schreyer, H. B.; Andrae, S.; Yang, T. H.; Lee, S. Y.; Burk, M. J.; Van Dien, S. Nat. Chem. Biol. 2011, 7, 445-452 10.1038/nchembio.580
11. Antoniewicz, M. R.; Kraynie, D. F.; Laffend, L. A.; González-Lergier, J.; Kelleher, J. K.; Stephanopoulos, G. Metab. Eng. 2007, 9, 277-292 10.1016/j.ymben.2007.01.003
12. Bartek, T.; Blombach, B.; Lang, S.; Eikmanns, B. J.; Wiechert, W.; Oldiges, M.; Nöh, K.; Noack, S. Appl. Environ. Microbiol. 2011, 77, 6644-6652 10.1128/AEM.00575-11
13. Shirai, T.; Fujimura, K.; Furusawa, C.; Nagahisa, K.; Shioya, S.; Shimizu, H. Microb. Cell Fact. 2007, 6, 19 10.1186/1475-2859-6-19
14. Umakoshi, M.; Hirasawa, T.; Furusawa, C.; Takenaka, Y.; Kikuchi, Y.; Shimizu, H. J. Biosci. Bioeng. 2011, 112, 595-601 10.1016/j.jbiosc.2011.08.011
15. Jorda, J.; Jouhten, P.; Camara, E.; Maaheimo, H.; Albiol, J.; Ferrer, P. Microb. Cell Fact. 2012, 11, 57 10.1186/1475-2859-11-57
16. Lu, S.; Eiteman, M. A.; Altman, E. J. Biotechnol. 2009, 143, 213-223 10.1016/j.jbiotec.2009.07.012
17. Templeton, N.; Lewis, A.; Dorai, H.; Qian, E. A.; Campbell, M. P.; Smith, K. D.; Lang, S. E.; Betenbaugh, M. J.; Young, J. D. Metab. Eng. 2014, 25, 92-102 10.1016/j.ymben.2014.06.010
18. McCloskey, D.; Palsson, B. O.; Feist, A. M. Mol. Syst. Biol. 2013, 9, 661 10.1038/msb.2013.18
19. Bordbar, A.; Monk, J. M.; King, Z. A.; Palsson, B. O. Nat. Rev. Genet. 2014, 15, 107-120 10.1038/nrg3643
20. Thiele, I.; Fleming, R. M.; Que, R.; Bordbar, A.; Diep, D.; Palsson, B. O. PLoS One 2012, 7, e45635 10.1371/journal.pone.0045635
21. O'Brien, E. J.; Lerman, J. A.; Chang, R. L.; Hyduke, D. R.; Palsson, B. O. Mol. Syst. Biol. 2013, 9, 693 10.1038/msb.2013.52
22. Liu, J.; O'0Brien, E.; Lerman, J.; Zengler, K.; Palsson, B.; Feist, A. BMC Syst. Biol. 2014, 8, 110 10.1186/s12918-014-0110-6
23. Schuetz, R.; Kuepfer, L.; Sauer, U. Mol. Syst. Biol. 2007, 3, 119 10.1038/msb4100162
24. Zamboni, N.; Fendt, S. M.; Ruhl, M.; Sauer, U. Nat. Protoc. 2009, 4, 878-892 10.1038/nprot.2009.58
25. Fischer, E.; Zamboni, N.; Sauer, U. Anal. Biochem. 2004, 325, 308-316 10.1016/j.ab.2003.10.036
26. Fischer, E.; Sauer, U. Nat. Genet. 2005, 37, 636-640 10.1038/ng1555
27. Zamboni, N.; Fischer, E.; Sauer, U. BMC Bioinf. 2005, 6, 209 10.1186/1471-2105-6-209
28. Schellenberger, J.; Zielinski, D. C.; Choi, W.; Madireddi, S.; Portnoy, V.; Scott, D. A.; Reed, J. L.; Osterman, A. L.; Palsson, B. BMC Syst. Biol. 2012, 6, 9 10.1186/1752-0509-6-9
29. Toya, Y.; Ishii, N.; Hirasawa, T.; Naba, M.; Hirai, K.; Sugawara, K.; Igarashi, S.; Shimizu, K.; Tomita, M.; Soga, T. J. Chromatogr A 2007, 1159, 134-141 10.1016/j.chroma.2007.04.011
30. Leighty, R. W.; Antoniewicz, M. R. Metab. Eng. 2013, 20, 49-55 10.1016/j.ymben.2013.08.006
31. Ravikirthi, P.; Suthers, P. F.; Maranas, C. D. Biotechnol. Bioeng. 2011, 108, 1372-1382 10.1002/bit.23070
32. Latendresse, M.; Malerich, J. P.; Travers, M.; Karp, P. D. J. Chem. Inf. Model. 2012, 52, 2970-2982 10.1021/ci3002217
33. Gopalakrishnan, S.; Maranas, C. D. Metab. Eng. 2015, 32, 12-22 10.1016/j.ymben.2015.08.006
34. Kuepfer, L.; Sauer, U.; Blank, L. M. Genome Res. 2005, 15, 1421-1430 10.1101/gr.3992505
35. Choi, H. S.; Kim, T. Y.; Lee, D.-Y.; Lee, S. Y. J. Biotechnol. 2007, 129, 696-705 10.1016/j.jbiotec.2007.02.026
36. García Martín, H.; Kumar, V. S.; Weaver, D.; Ghosh, A.; Chubukov, V.; Mukhopadhyay, A.; Arkin, A.; Keasling, J. D. PLoS Comput. Biol. 2015, 11, e1004363 10.1371/journal.pcbi.1004363
37. Orth, J. D.; Conrad, T. M.; Na, J.; Lerman, J. A.; Nam, H.; Feist, A. M.; Palsson, B. O. Mol. Syst. Biol. 2011, 7, 535 10.1038/msb.2011.65
38. Sambrook, J.; Russell, D. W. Molecular cloning: a laboratory manual, 3 rd ed.; Cold Spring Harbor Laboratory Press: Cold Spring Harbor, NY, 2001; Vol. A2.2.
39. Fong, S. S.; Burgard, A. P.; Herring, C. D.; Knight, E. M.; Blattner, F. R.; Maranas, C. D.; Palsson, B. O. Biotechnol. Bioeng. 2005, 91, 643-648 10.1002/bit.20542
40. McCloskey, D.; Utrilla, J.; Naviaux, R.; Palsson, B.; Feist, A. Metabolomics 2015, 11, 198-209 10.1007/s11306-014-0686-2
41. Ebrahim, A.; Lerman, J. A.; Palsson, B. O.; Hyduke, D. R. BMC Syst. Biol. 2013, 7, 74 10.1186/1752-0509-7-74
42. Kanehisa, M.; Goto, S. Nucleic Acids Res. 2000, 28, 27-30 10.1093/nar/28.1.27
43. King, Z. A.; Dräger, A.; Ebrahim, A.; Sonnenschein, N.; Lewis, N. E.; Palsson, B. O. PLoS Comput. Biol. 2015, 11, e1004321 10.1371/journal.pcbi.1004321
44. Young, J. D. Bioinformatics 2014, 30, 1333-1335 10.1093/bioinformatics/btu015
45. Schellenberger, J.; Que, R.; Fleming, R. M.; Thiele, I.; Orth, J. D.; Feist, A. M.; Zielinski, D. C.; Bordbar, A.; Lewis, N. E.; Rahmanian, S.; Kang, J.; Hyduke, D. R.; Palsson, B. O. Nat. Protoc. 2011, 6, 1290-1307 10.1038/nprot.2011.308
46. Young, J. D.; Allen, D. K.; Morgan, J. A. Methods Mol. Biol. 2014, 1083, 85-108 10.1007/978-1-62703-661-0-7
47. Antoniewicz, M. R.; Kelleher, J. K.; Stephanopoulos, G. Metab. Eng. 2006, 8, 324-337 10.1016/j.ymben.2006.01.004
48. Choi, J.; Antoniewicz, M. R. Metab. Eng. 2011, 13, 225-233 10.1016/j.ymben.2010.11.006
49. Mahadevan, R.; Schilling, C. H. Metab. Eng. 2003, 5, 264-276 10.1016/j.ymben.2003.09.002
50. Lewis, N. E.; Hixson, K. K.; Conrad, T. M.; Lerman, J. A.; Charusanti, P.; Polpitiya, A. D.; Adkins, J. N.; Schramm, G.; Purvine, S. O.; Lopez-Ferrer, D.; Weitz, K. K.; Eils, R.; Konig, R.; Smith, R. D.; Palsson, B. O. Mol. Syst. Biol. 2010, 6, 390 10.1038/msb.2010.47
51. Crown, S. B.; Long, C. P.; Antoniewicz, M. R. Metab. Eng. 2015, 28, 151-158 10.1016/j.ymben.2015.01.001
52. Goodell, E. W. J. Bacteriol. 1985, 163, 305-310
53. Goodell, E. W.; Schwarz, U. J. Bacteriol. 1985, 162, 391-397
54. Jacobs, C.; Huang, L. J.; Bartowsky, E.; Normark, S.; Park, J. T. EMBO J. 1994, 13, 4684-4694
55. Park, J. H.; Lee, K. H.; Kim, T. Y.; Lee, S. Y. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2007, 104, 7797-7802 10.1073/pnas.0702609104
56. Park, J. H.; Kim, T. Y.; Lee, K. H.; Lee, S. Y. Biotechnol. Bioeng. 2011, 108, 934-946 10.1002/bit.22995
57. Park, J. H.; Jang, Y. S.; Lee, J. W.; Lee, S. Y. Biotechnol. Bioeng. 2011, 108, 1140-1147 10.1002/bit.23044
58. Lee, K. H.; Park, J. H.; Kim, T. Y.; Kim, H. U.; Lee, S. Y. Mol. Syst. Biol. 2007, 3, 149 10.1038/msb4100196
59. Matthews, P. D.; Wurtzel, E. T. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2000, 53, 396-400 10.1007/s002530051632
60. Yuan, L. Z.; Rouvière, P. E.; LaRossa, R. A.; Suh, W. Metab. Eng. 2006, 8, 79-90 10.1016/j.ymben.2005.08.005
61. Anthony, J. R.; Anthony, L. C.; Nowroozi, F.; Kwon, G.; Newman, J. D.; Keasling, J. D. Metab. Eng. 2009, 11, 13-19 10.1016/j.ymben.2008.07.007
62. Martin, V. J.; Pitera, D. J.; Withers, S. T.; Newman, J. D.; Keasling, J. D. Nat. Biotechnol. 2003, 21, 796-802 10.1038/nbt833
63. Newman, J. D.; Marshall, J.; Chang, M.; Nowroozi, F.; Paradise, E.; Pitera, D.; Newman, K. L.; Keasling, J. D. Biotechnol. Bioeng. 2006, 95, 684-691 10.1002/bit.21017
64. Pitera, D. J.; Paddon, C. J.; Newman, J. D.; Keasling, J. D. Metab. Eng. 2007, 9, 193-207 10.1016/j.ymben.2006.11.002
65. Ajikumar, P. K.; Xiao, W.-H.; Tyo, K. E. J.; Wang, Y.; Simeon, F.; Leonard, E.; Mucha, O.; Phon, T. H.; Pfeifer, B.; Stephanopoulos, G. Science 2010, 330, 70-74 10.1126/science.1191652
66. Huang, Q.; Roessner, C. A.; Croteau, R.; Scott, A. I. Bioorg. Med. Chem. 2001, 9, 2237-2242 10.1016/S0968-0896(01)00072-4
67. Couce, A.; Briales, A.; Rodríguez-Rojas, A.; Costas, C.; Pascual, Á.; Blázquez, J. Antimicrob. Agents Chemother. 2012, 56, 2767-2769 10.1128/AAC.06122-11
68. Kim, D. H.; Lees, W. J.; Kempsell, K. E.; Lane, W. S.; Duncan, K.; Walsh, C. T. Biochemistry 1996, 35, 4923-4928 10.1021/bi952937w
69. Schönbrunn, E.; Eschenburg, S.; Krekel, F.; Luger, K.; Amrhein, N. Biochemistry 2000, 39, 2164-2173 10.1021/bi991091j