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윤성호
윤성호 (Sung Ho Yoon) 저자 이메일 보기
한국생명공학연구원
 
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Comparative multi-omics systems analysis of Escherichia coli strains B and K-12

Sung H Yoon1, Mee-Jung Han2,3, Haeyoung Jeong1, Choong H Lee1,4,5, Xiao-Xia Xia2, Dae-Hee Lee1, Ji H Shim1, Sang Y Lee2,6, Tae K Oh7 and Jihyun F Kim1,5*

1 Systems and Synthetic Biology Research Center, Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology, Yuseong, Daejeon 305-806, Korea
2 Metabolic and Biomolecular Engineering National Research Laboratory, Department of Chemical and Biomolecular Engineering, BioProcess Engineering Research Center, Center for Systems and Synthetic Biotechnology, and Institute for the BioCentury, Korea Advanced Institute of Science and Technology, Yuseong, Daejeon 305-701, Korea
3 Department of Biomolecular and Chemical Engineering, Dongyang University, Yeongju, Gyeongbuk, 750-711, Korea
4Department of Biological Sciences, Korea Advanced Institute of Science and Technology, Yuseong, Daejeon 305-701, Korea
5 Department of Systems Biology, Yonsei University, 50 Yonsei-ro, Seodaemun-gu, Seoul 120-749, Korea
6 Department of Bio and Brain Engineering, and Bioinformatics Research Center, Korea Advanced Institute of Science and Technology, Yuseong, Daejeon 305-701, Korea
7 21C Frontier Microbial Genomics and Applications Center, Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology, Yuseong, Daejeon 305-806, Korea

* Corresponding author: Jihyun F Kim

Abstract
Background
Elucidation of a genotype-phenotype relationship is critical to understand an organism at the whole-system level. Here, we demonstrate that comparative analyses of multi-omics data combined with a computational modeling approach provide a framework for elucidating the phenotypic characteristics of organisms whose genomes are sequenced.

Results
We present a comprehensive analysis of genome-wide measurements incorporating multifaceted holistic data - genome, transcriptome, proteome, and phenome - to determine the differences between Escherichia coli B and K-12 strains. A genome-scale metabolic network of E. coli B was reconstructed and used to identify genetic bases of the phenotypes unique to B compared with K-12 through in silico complementation testing. This systems analysis revealed that E. coli B is well-suited for production of recombinant proteins due to a greater capacity for amino acid biosynthesis, fewer proteases, and lack of flagella. Furthermore, E. coli B has an additional type II secretion system and a different cell wall and outer membrane composition predicted to be more favorable for protein secretion. In contrast, E. coli K-12 showed a higher expression of heat shock genes and was less susceptible to certain stress conditions.

Conclusions
This integrative systems approach provides a high-resolution system-wide view and insights into why two closely related strains of E. coli, B and K-12, manifest distinct phenotypes. Therefore, systematic understanding of cellular physiology and metabolism of the strains is essential not only to determine culture conditions but also to design recombinant hosts.

논문정보
- 형식: Research article
- 게재일: 2012년 05월 (BRIC 등록일 2012-08-09)
- 연구진: 국내연구진태극기
- 분야: Genetics, Biotechnology
- 추천: 김필 (가톨릭대학교 생명공학과 부교수)
- 추천사유: 본 논문은 산업적으로 가장 많이 사용되는 대장균 B균주와 야생형 K-12균주간의 차이점을 유전체, 전사체, 단백질체 등 입체적인 omics 시스템 연구를 통해 세밀히 비교함으로써 대장균을 세포공장으로 활용하기 위한 중요한 기초를 제공한 논문입니다. 본 논문에서 제시된 세포시스템은 대장균을 이용한 합성생물학의 근간을 제공했다는 점에서 학문적 성과와 더불어 산업적 중요도가 높은 기반지식을 제공했기에 추천합니다.
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