The quantitative metabolome is shaped by abiotic constraints.
The quantitative metabolome is shaped by abiotic constraints.
复制标题
DOI：
10.1038/s41467-021-23214-9
复制
发表时间：
2021-05-26
影响因子：
16.6
通讯作者：
Palsson BO
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Akbari A;Yurkovich JT;Zielinski DC;Palsson BO
生命系统是在制约它们与无机世界相互作用的制约下形成和进化的。这些相互作用可以用基本的物理化学原理来定义。在这里，我们制定了一套全面的10个管理非生物限制因素，定义了可能的数量代谢物。我们将这些限制应用于大肠杆菌的代谢网络，该网络代表了其代谢物的90%。我们表明，非生物限制条件下的定量代谢产物与代谢组学和同位素标记数据是一致的。我们发现：(I)非生物限制推动高亲和力磷酸盐转运蛋白的进化；(Ii)与电荷、氢和镁相关的限制是渗透胁迫转录调控反应的基础；(Iii)氢离子和电荷失衡是酸胁迫转录调控反应的基础。因此，量化无机世界对生命系统施加的限制可以深入了解它们的关键特征，有助于理解进化适应的结果，应该被视为理论生物学的基本部分，并有助于理解对进化的限制。进化选择最适合的人，但必须在身体上可能的范围内运作。在这里，作者提出了一个理论框架，允许他们探索十个非生物限制因素如何塑造大肠杆菌新陈代谢的操作、调节和适应。
Living systems formed and evolved under constraints that govern their interactions with the inorganic world. These interactions are definable using basic physico-chemical principles. Here, we formulate a comprehensive set of ten governing abiotic constraints that define possible quantitative metabolomes. We apply these constraints to a metabolic network of Escherichia coli that represents 90% of its metabolome. We show that the quantitative metabolomes allowed by the abiotic constraints are consistent with metabolomic and isotope-labeling data. We find that: (i) abiotic constraints drive the evolution of high-affinity phosphate transporters; (ii) Charge-, hydrogen- and magnesium-related constraints underlie transcriptional regulatory responses to osmotic stress; and (iii) hydrogen-ion and charge imbalance underlie transcriptional regulatory responses to acid stress. Thus, quantifying the constraints that the inorganic world imposes on living systems provides insights into their key characteristics, helps understand the outcomes of evolutionary adaptation, and should be considered as a fundamental part of theoretical biology and for understanding the constraints on evolution. Evolution selects for the fittest but must operate within the realm of the physically possible. Here, the authors present a theoretical framework that allows them to explore how ten abiotic constraints can shape the operation, regulation, and adaptation of metabolism in E. coli.
登录
查看更多内容
影响因子：
14.9
作者：
Jeske L;Placzek S;Schomburg I;Chang A;Schomburg D
通讯作者：
Schomburg D
影响因子：
5.4
作者：
Feist, Adam M.;Palsson, Bernhard O.
通讯作者：
Palsson, Bernhard O.
影响因子：
3.8
作者：
GOLDBERG, RN;TEWARI, YB
通讯作者：
TEWARI, YB
影响因子：
2.9
作者：
Bar-Even, Arren;Noor, Elad;Milo, Ron
通讯作者：
Milo, Ron
DOI：
10.1111/j.1432-1033.2004.04213.x
发表时间：
2004-07-01
期刊：
EUROPEAN JOURNAL OF BIOCHEMISTRY
影响因子：
--
作者：
Holzhütter, HG
通讯作者：
Holzhütter, HG