Build to understand: synthetic approaches to biology

Integrative Biology (United Kingdom)

Volumn 8, Issue 4, 2016, Pages 394-408

  Wang, Le Zhi ^a   Wu, Fuqing ^a   Flores, Kevin ^b   Lai, Ying Cheng ^a,c,d   Wang, Xiao ^a  

^a Arizona State University   (United States)

^b NORTH CAROLINA STATE UNIVERSITY   (United States)

^c UNIVERSITY OF ABERDEEN   (United Kingdom)

^d ARIZONA STATE UNIVERSITY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

SYNTHETIC DNA; N ACETYLMURAMOYLALANINE AMIDASE;

BACTERIUM; CELL COMMUNICATION; GENE EXPRESSION; NEGATIVE FEEDBACK; NONHUMAN; OSCILLATION; OSCILLATOR; POSITIVE FEEDBACK; PRIORITY JOURNAL; REVIEW; SYNTHETIC BIOLOGY; ANIMAL; BACILLUS SUBTILIS; BIOLOGICAL MODEL; CHEMISTRY; COMPUTER SIMULATION; FEEDBACK SYSTEM; GENE REGULATORY NETWORK; GENETICS; HUMAN; MARKOV CHAIN; OSCILLOMETRY; PROCEDURES;

ANIMALS; BACILLUS SUBTILIS; CELL COMMUNICATION; COMPUTER SIMULATION; FEEDBACK, PHYSIOLOGICAL; GENE EXPRESSION; GENE REGULATORY NETWORKS; HUMANS; MODELS, GENETIC; N-ACETYLMURAMOYL-L-ALANINE AMIDASE; OSCILLOMETRY; STOCHASTIC PROCESSES; SYNTHETIC BIOLOGY;

EID: 85015133050     PISSN: 17579694     EISSN: 17579708     Source Type: Journal    
DOI: 10.1039/c5ib00252d     Document Type: Review

References (158)

1. D. G. Gibson G. A. Benders C. Andrews-Pfannkoch E. A. Denisova H. Baden-Tillson J. Zaveri T. B. Stockwell A. Brownley D. W. Thomas M. A. Algire C. Merryman L. Young V. N. Noskov J. I. Glass J. C. Venter C. A. Hutchison H. O. Smith Science 2008 319 1215 1220
2. J. Cello A. V. Paul E. Wimmer Science 2002 297 1016 1018
3. A. S. Khalil T. K. Lu C. J. Bashor C. L. Ramirez N. C. Pyenson J. K. Joung J. J. Collins Cell 2012 150 647 658
4. K. Standage-Beier Q. Zhang X. Wang ACS Synth. Biol. 2015 4 1217 1225
5. T. S. Gardner C. R. Cantor J. J. Collins Nature 2000 403 339 342
6. M. B. Elowitz S. Leibler Nature 2000 403 335 338
7. A. A. Green P. A. Silver J. J. Collins P. Yin Cell 2014 159 925 939
8. D. G. Gibson J. I. Glass C. Lartigue V. N. Noskov R.-Y. Chuang M. A. Algire G. A. Benders M. G. Montague L. Ma M. M. Moodie C. Merryman S. Vashee R. Krishnakumar N. Assad-Garcia C. Andrews-Pfannkoch E. A. Denisova L. Young Z.-Q. Qi T. H. Segall-Shapiro C. H. Calvey P. P. Parmar C. A. Hutchison H. O. Smith J. C. Venter Science 2010 329 52 56
9. N. Annaluru H. Muller L. A. Mitchell S. Ramalingam G. Stracquadanio S. M. Richardson J. S. Dymond Z. Kuang L. Z. Scheifele E. M. Cooper Y. Cai K. Zeller N. Agmon J. S. Han M. Hadjithomas J. Tullman K. Caravelli K. Cirelli Z. Guo V. London A. Yeluru S. Murugan K. Kandavelou N. Agier G. Fischer K. Yang J. A. Martin M. Bilgel P. Bohutskyi K. M. Boulier B. J. Capaldo J. Chang K. Charoen W. J. Choi P. Deng J. E. DiCarlo J. Doong J. Dunn J. I. Feinberg C. Fernandez C. E. Floria D. Gladowski P. Hadidi I. Ishizuka J. Jabbari C. Y. L. Lau P. A. Lee S. Li D. Lin M. E. Linder J. Ling J. Liu J. Liu M. London H. Ma J. Mao J. E. McDade A. McMillan A. M. Moore W. C. Oh Y. Ouyang R. Patel M. Paul L. C. Paulsen J. Qiu A. Rhee M. G. Rubashkin I. Y. Soh N. E. Sotuyo V. Srinivas A. Suarez A. Wong R. Wong W. R. Xie Y. Xu A. T. Yu R. Koszul J. S. Bader J. D. Boeke S. Chandrasegaran Science 2014 344 55 58
10. A. J. Keung C. J. Bashor S. Kiriakov J. J. Collins A. S. Khalil Cell 2014 158 110 120
11. J. G. Zalatan M. E. Lee R. Almeida L. A. Gilbert E. H. Whitehead M. La Russa J. C. Tsai J. S. Weissman J. E. Dueber L. S. Qi W. A. Lim Cell 2015 160 339 350
12. F. Wu X. Wang Sci. Prog. 2015 98 244 252
13. J. L. Fortman S. Chhabra A. Mukhopadhyay H. Chou T. S. Lee E. Steen J. D. Keasling Trends Biotechnol. 2008 26 375 381
14. A. S. Khalil J. J. Collins Nat. Rev. Genet. 2010 11 367 379
15. P. Redondo J. Prieto I. G. Muñoz A. Alibés F. Stricher L. Serrano J.-P. Cabaniols F. Daboussi S. Arnould C. Perez P. Duchateau F. Pâques F. J. Blanco G. Montoya Nature 2008 456 107 111
16. I. G. Muñoz J. Prieto S. Subramanian J. Coloma P. Redondo M. Villate N. Merino M. Marenchino M. D'Abramo F. L. Gervasio S. Grizot F. Daboussi J. Smith I. Chion-Sotinel F. Pâques P. Duchateau A. Alibés F. Stricher L. Serrano F. J. Blanco G. Montoya Nucleic Acids Res. 2011 39 729 743
17. S. Galanie K. Thodey I. J. Trenchard M. F. Interrante C. D. Smolke Science 2015 349 1095 1100
18. K. Pardee A. A. Green T. Ferrante D. E. Cameron A. DaleyKeyser P. Yin J. J. Collins Cell 2014 159 940 954
19. M. Amidi M. de Raad D. J. A. Crommelin W. E. Hennink E. Mastrobattista Syst. Synth. Biol. 2010 5 21 31
20. J. R. Coleman D. Papamichail S. Skiena B. Futcher E. Wimmer S. Mueller Science 2008 320 1784 1787
21. S. Slomovic J. J. Collins Nat. Methods 2015 12 1085 1090
22. F. Farzadfard T. K. Lu Science 2014 346 1256272
23. K. Takahashi K. Tanabe M. Ohnuki M. Narita T. Ichisaka K. Tomoda S. Yamanaka Cell 2007 131 861 872
24. L. Warren P. D. Manos T. Ahfeldt Y.-H. Loh H. Li F. Lau W. Ebina P. K. Mandal Z. D. Smith A. Meissner G. Q. Daley A. S. Brack J. J. Collins C. Cowan T. M. Schlaeger D. J. Rossi Cell Stem Cell 2010 7 618 630
25. I. Weissman Cell Stem Cell 2012 10 663 665
26. Y. Yokobayashi R. Weiss F. H. Arnold Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2002 99 16587 16591
27. L. You R. S. Cox R. Weiss F. H. Arnold Nature 2004 428 868 871
28. J. M. Pedraza A. van Oudenaarden Science 2005 307 1965 1969
29. M. Elowitz W. A. Lim Nature 2010 468 889 890
30. S. Mukherji A. van Oudenaarden Nat. Rev. Genet. 2009 10 859 871
31. C. H. Waddington and others, Strategy Genes Discuss. Some Asp. Theor. Biol. Append. H Kacser, 1957, pp. ix+-262
32. B. D. MacArthur A. Ma'ayan I. R. Lemischka Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2009 10 672 681
33. S. A. Kauffman J. Theor. Biol. 1969 22 437 467
34. S. Huang D. E. Ingber Cancer Cell 2005 8 175 176
35. S. Manu S. Surkova A. V. Spirov V. V. Gursky H. Janssens A.-R. Kim O. Radulescu C. E. Vanario-Alonso D. H. Sharp M. Samsonova J. Reinitz PLoS Comput. Biol. 2009 5 e1000049
36. W. Xiong J. E. Ferrell Nature 2003 426 460 465
37. J. R. Pomerening E. D. Sontag J. E. Ferrell Nat. Cell Biol. 2003 5 346 351
38. B. P. Kramer A. U. Viretta M. D.-E. Baba D. Aubel W. Weber M. Fussenegger Nat. Biotechnol. 2004 22 867 870
39. M. Wu R.-Q. Su X. Li T. Ellis Y.-C. Lai X. Wang Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2013 110 10610 10615
40. A. Becskei EMBO J. 2001 20 2528 2535
41. M. S. Antunes K. J. Morey J. J. Smith K. D. Albrecht T. A. Bowen J. K. Zdunek J. F. Troupe M. J. Cuneo C. T. Webb H. W. Hellinga J. I. Medford PLoS One 2011 6 e16292
42. J. J. Tabor A. Levskaya C. A. Voigt J. Mol. Biol. 2011 405 315 324
43. H. Kobayashi M. Kærn M. Araki K. Chung T. S. Gardner C. R. Cantor J. J. Collins Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2004 101 8414 8419
44. T. Ellis X. Wang J. J. Collins Nat. Biotechnol. 2009 27 465 471
45. J. E. Ferrell Jr. J. R. Pomerening S. Y. Kim N. B. Trunnell W. Xiong C.-Y. F. Huang E. M. Machleder FEBS Lett. 2009 583 3999 4005
46. H. Y. Kueh A. Champhekar S. L. Nutt M. B. Elowitz E. V. Rothenberg Science 2013 341 670 673
47. K. E. Lee J. Seo J. Shin E. H. Ji J. Roh J. Y. Kim W. Sun J. Muhr S. Lee J. Kim Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2014 111 2794 2799
48. D. P. S. Osborn K. Li Y. Hinits S. M. Hughes Dev. Biol. 2011 350 464 475
49. D.-E. Chang S. Leung M. R. Atkinson A. Reifler D. Forger A. J. Ninfa Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2010 107 175 180
50. A. Einstein Ann. Phys. 1905 322 549 560
51. C. E. Shannon Bell Syst. Tech. J. 1948 27 379 423
52. E. N. Lorenz J. Atmos. Sci. 1969 26 636 646
53. J. P. Crutchfield J. D. Farmer B. A. Huberman Phys. Rep. 1982 92 45 82
54. M. B. Elowitz A. J. Levine E. D. Siggia P. S. Swain Science 2002 297 1183 1186
55. E. M. Ozbudak M. Thattai I. Kurtser A. D. Grossman A. van Oudenaarden Nat. Genet. 2002 31 69 73
56. W. J. Blake M. KÆrn C. R. Cantor J. J. Collins Nature 2003 422 633 637
57. J. M. Raser E. K. O'Shea Science 2004 304 1811 1814
58. A. Colman-Lerner A. Gordon E. Serra T. Chin O. Resnekov D. Endy C. Gustavo Pesce R. Brent Nature 2005 437 699 706
59. J. R. Chabot J. M. Pedraza P. Luitel A. van Oudenaarden Nature 2007 450 1249 1252
60. Y. Buganim D. A. Faddah A. W. Cheng E. Itskovich S. Markoulaki K. Ganz S. L. Klemm A. van Oudenaarden R. Jaenisch Cell 2012 150 1209 1222
61. H. H. Chang M. Hemberg M. Barahona D. E. Ingber S. Huang Nature 2008 453 544 547
62. D. W. Austin M. S. Allen J. M. McCollum R. D. Dar J. R. Wilgus G. S. Sayler N. F. Samatova C. D. Cox M. L. Simpson Nature 2006 439 608 611
63. Y. Dublanche K. Michalodimitrakis N. Kümmerer M. Foglierini L. Serrano Mol. Syst. Biol. 2006 2 41
64. N. Rosenfeld J. W. Young U. Alon P. S. Swain M. B. Elowitz Science 2005 307 1962 1965
65. Y. Tanouchi A. Pai H. Park S. Huang R. Stamatov N. E. Buchler L. You Nature 2015 523 357 360
66. M. Acar J. T. Mettetal A. van Oudenaarden Nat. Genet. 2008 40 471 475
67. G. Balázsi A. van Oudenaarden J. J. Collins Cell 2011 144 910 925
68. A. Raj A. van Oudenaarden Cell 2008 135 216 226
69. R. Losick C. Desplan Science 2008 320 65 68
70. G. M. Süel J. Garcia-Ojalvo L. M. Liberman M. B. Elowitz Nature 2006 440 545 550
71. A. Raj S. A. Rifkin E. Andersen A. van Oudenaarden Nature 2010 463 913 918
72. N. J. Guido X. Wang D. Adalsteinsson D. McMillen J. Hasty C. R. Cantor T. C. Elston J. J. Collins Nature 2006 439 856 860
73. N. J. Guido P. Lee X. Wang T. C. Elston J. J. Collins Biophys. J. 2007 93 L55 L57
74. J. C. W. Locke J. W. Young M. Fontes M. J. H. Jiménez M. B. Elowitz Science 2011 334 366 369
75. A. Eldar V. K. Chary P. Xenopoulos M. E. Fontes O. C. Losón J. Dworkin P. J. Piggot M. B. Elowitz Nature 2009 460 510 514
76. A. Presser M. B. Elowitz M. Kellis R. Kishony Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2008 105 950 954
77. C. Gonzalez J. C. J. Ray M. Manhart R. M. Adams D. Nevozhay A. V. Morozov G. Balazsi Mol. Syst. Biol. 2015 11 827
78. E. M. Ozbudak M. Thattai H. N. Lim B. I. Shraiman A. van Oudenaarden Nature 2004 427 737 740
79. F. Wu D. J. Menn X. Wang Chem. Biol. 2014 21 1629 1638
80. H. Maamar A. Raj D. Dubnau Science 2007 317 526 529
81. A. Eldar M. B. Elowitz Nature 2010 467 167 173
82. K. F. Murphy G. Balázsi J. J. Collins Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2007 104 12726 12731
83. K. F. Murphy R. M. Adams X. Wang G. Balázsi J. J. Collins Nucleic Acids Res. 2010 38 2712 2726
84. J. Paulsson Nature 2004 427 415 418
85. M. Kærn T. C. Elston W. J. Blake J. J. Collins Nat. Rev. Genet. 2005 6 451 464
86. D. T. Gillespie J. Phys. Chem. 1977 81 2340 2361
87. D. T. Gillespie J. Chem. Phys. 2001 115 1716 1733
88. Y. Cao D. T. Gillespie L. R. Petzold J. Chem. Phys. 2007 126 224101
89. D. T. Gillespie Annu. Rev. Phys. Chem. 2007 58 35 55
90. R. Erban I. G. Kevrekidis D. Adalsteinsson T. C. Elston J. Chem. Phys. 2006 124 084106
91. A. Leier T. T. Marquez-Lago K. Burrage J. Chem. Phys. 2008 128 205107
92. M. A. Gibson J. Bruck J. Phys. Chem. A 2000 104 1876 1889
93. D. Adalsteinsson D. McMillen T. C. Elston BMC Bioinf. 2004 5 24
94. X. Wang B. Errede T. C. Elston Biophys. J. 2008 94 2017 2026
95. Y. Zhang M. Qian Q. Ouyang M. Deng F. Li C. Tang Phys. D 2006 219 35 39
96. F. Li T. Long Y. Lu Q. Ouyang C. Tang Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2004 101 4781 4786
97. G. Neuert B. Munsky R. Z. Tan L. Teytelman M. Khammash A. van Oudenaarden Science 2013 339 584 587
98. J. Hasty J. Pradines M. Dolnik J. J. Collins Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2000 97 2075 2080
99. T. Tian K. Burrage Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2006 103 8372 8377
100. M. Hallen B. Li Y. Tanouchi C. Tan M. West L. You PLoS Comput. Biol. 2011 7 e1002209
101. P. C. Faucon K. Pardee R. M. Kumar H. Li Y.-H. Loh X. Wang PLoS One 2014 9 e102873
102. L.-Z. Wang, R.-Q. Su, Z.-G. Huang, X. Wang, W. Wang, C. Grebogi and Y.-C. Lai, 2015, arXiv150907038 Nlin Physicsphysics Q-Bio
103. T. Tian K. Burrage J. Chem. Phys. 2004 121 10356 10364
104. D. Bratsun D. Volfson L. S. Tsimring J. Hasty Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2005 102 14593 14598
105. A. T. Winfree J. Theor. Biol. 1967 16 15 42
106. M. Ishiura S. Kutsuna S. Aoki H. Iwasaki C. R. Andersson A. Tanabe S. S. Golden C. H. Johnson T. Kondo Science 1998 281 1519 1523
107. N. Barkai S. Leibler Nature 2000 403 267 268
108. J. Tomita M. Nakajima T. Kondo H. Iwasaki Science 2005 307 251 254
109. G. Buzsáki A. Draguhn Science 2004 304 1926 1929
110. L. Ma J. Wagner J. J. Rice W. Hu A. J. Levine G. A. Stolovitzky Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2005 102 14266 14271
111. D. E. Nelson A. E. C. Ihekwaba M. Elliott J. R. Johnson C. A. Gibney B. E. Foreman G. Nelson V. See C. A. Horton D. G. Spiller S. W. Edwards H. P. McDowell J. F. Unitt E. Sullivan R. Grimley N. Benson D. Broomhead D. B. Kell M. R. H. White Science 2004 306 704 708
112. Q. Yang J. E. Ferrell Jr Nat. Cell Biol. 2013 15 519 525
113. K. Pye B. Chance Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1966 55 888 894
114. B. Hess A. Boiteux Annu. Rev. Biochem. 1971 40 237 258
115. L. F. Olsen H. Degn Biochim. Biophys. Acta, Enzymol. 1978 523 321 334
116. J. Gerhart M. Wu M. Kirschner J. Cell Biol. 1984 98 1247 1255
117. J. C. Dunlap Cell 1999 96 271 290
118. J. Hasty M. Dolnik V. Rottschäfer J. J. Collins Phys. Rev. Lett. 2002 88 148101
119. J. Stricker S. Cookson M. R. Bennett W. H. Mather L. S. Tsimring J. Hasty Nature 2008 456 516 519
120. T. Y.-C. Tsai Y. S. Choi W. Ma J. R. Pomerening C. Tang J. E. Ferrell Science 2008 321 126 129
121. M. Tigges T. T. Marquez-Lago J. Stelling M. Fussenegger Nature 2009 457 309 312
122. F. K. Balagaddé L. You C. L. Hansen F. H. Arnold S. R. Quake Science 2005 309 137 140
123. F. K. Balagaddé H. Song J. Ozaki C. H. Collins M. Barnet F. H. Arnold S. R. Quake L. You Mol. Syst. Biol. 2008 4 187
124. P. Marguet Y. Tanouchi E. Spitz C. Smith L. You PLoS One 2010 5 e11909
125. T. Danino O. Mondragón-Palomino L. Tsimring J. Hasty Nature 2010 463 326 330
126. B. Novák J. J. Tyson Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2008 9 981 991
127. A. Prindle P. Samayoa I. Razinkov T. Danino L. S. Tsimring J. Hasty Nature 2012 481 39 44
128. A. Prindle J. Selimkhanov H. Li I. Razinkov L. S. Tsimring J. Hasty Nature 2014 508 387 391
129. Y. Chen J. K. Kim A. J. Hirning K. Josić M. R. Bennett Science 2015 349 986 989
130. K. Brenner D. K. Karig R. Weiss F. H. Arnold Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2007 104 17300 17304
131. T. A. Sanders E. Llagostera M. Barna Nature 2013 497 628 632
132. T. M. Jessell E. R. Kandel Cell 1993 72 1 30
133. G. M. Dunny B. A. B. Leonard Annu. Rev. Microbiol. 1997 51 527 564
134. A. J. Lee L. You Science 2014 343 624 625
135. J. K. Srimani G. Yao J. Neu Y. Tanouchi T. J. Lee L. You PLoS One 2014 9 e105408
136. H. Youk W. A. Lim Science 2014 343 1242782
137. M. S. Datta K. S. Korolev I. Cvijovic C. Dudley J. Gore Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2013 110 7354 7359
138. R. Smith C. Tan J. K. Srimani A. Pai K. A. Riccione H. Song L. You Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2014 111 1969 1974
139. H. Youk W. A. Lim Science 2014 343 1242782
140. J. Garcia-Ojalvo M. B. Elowitz S. H. Strogatz Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2004 101 10955 10960
141. C. C. Guet M. B. Elowitz W. Hsing S. Leibler Science 2002 296 1466 1470
142. R. S. Cox M. G. Surette M. B. Elowitz Mol. Syst. Biol. 2007 3 145
143. S. Payne B. Li Y. Cao D. Schaeffer M. D. Ryser L. You Mol. Syst. Biol. 2014 9 697
144. G. T. Reeves C. B. Muratov T. Schüpbach S. Y. Shvartsman Dev. Cell 2006 11 289 300
145. S. Basu Y. Gerchman C. H. Collins F. H. Arnold R. Weiss Nature 2005 434 1130 1134
146. C. Liu X. Fu L. Liu X. Ren C. K. L. Chau S. Li L. Xiang H. Zeng G. Chen L.-H. Tang P. Lenz X. Cui W. Huang T. Hwa J.-D. Huang Science 2011 334 238 241
147. R. A. Fisher Ann. Eugen. 1937 7 355 369
148. D. E. Woodward R. Tyson M. R. Myerscough J. D. Murray E. O. Budrene H. C. Berg Biophys. J. 1995 68 2181 2189
149. B. Momeni A. J. Waite W. Shou eLife 2013 2 e00960
150. A. Kicheva M. Cohen J. Briscoe Science 2012 338 210 212
151. S. Strogatz M. Friedman A. J. Mallinckrodt S. McKay Comput. Phys. 1994 8 532
152. C. Tan H. Song J. Niemi L. You Mol. BioSyst. 2007 3 343 353
153. S. Kay, Intuitive Probability and Random Processes using MATLAB®, Springer Science & Business Media, 2006
154. Y. A. Kuznetsov S. Rinaldi Math. Biosci. 1996 134 1 33
155. J. Wang Adv. Phys. 2015 64 1 137
156. J. X. Zhou M. D. S. Aliyu E. Aurell S. Huang J. R. Soc., Interface 2012 9 3539 3553
157. G. A. Huber S. Kim Biophys. J. 1996 70 97 110
158. J. A. Kromer L. Schimansky-Geier R. Toral Phys. Rev. E: Stat., Nonlinear, Soft Matter Phys. 2013 87 063311