M a p p i n g M i c r o b i a l M e t a b o l - - PowerPoint PPT Presentation

SLIDE 1

E c

• s

y s t e ms a n d N e t w

• r

k s I n t e g r a t e d w i t h G e n e s a n d M

• l

e c u l a r A s s e mb l i e s

L a w r e n c e B e r k e l e y N a t i

• n

a l L a b

• r

a t

• r

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M a p p i n g M i c r

• b

i a l M e t a b

• l

i s m U s i n g M e t a b

• l
• mi

c s

R i c h a r d B a r a n ( N

• r

t h e n L a b )

M a r c h 6 , 2 1 3

SLIDE 2

2

M

• t

i v a t i

• n

M a n y u n k n

• w

n s i n mi c r

• b

i a l me t a b

• l

i s m a n d i n t e r a c t i

• n

s w i t h t h e e n v i r

• n

me n t

G a l p e r i n M Y & K

• n

i n E V ( 2 1 ) T r e n d s B i

• t

e c h n

• l

2 8 : 3 9 8

• 4

6 B a r a n R e t a l ( 2 9 ) C u r r O p i n M i c r

• b

i

• l

1 2 : 5 4 7

• 5

5 2

SLIDE 3

3

O u t l i n e

• M

e t a b

• l

i t e P r

• f

i l i n g

me t a b

• l

i t e i d e n t i f i c a t i

• n
• F
• t

p r i n t i n g

u p t a k e / r e l e a s e

• f

me t a b

• l

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• t

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• u

g h p u t

s c r e e n i n g

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mu t a n t l i b r a r i e s f

• r

e n z y me a n d t r a n s p

• r

t e r d i s c

• v

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• t

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• n

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SLIDE 4

4

M e t a b

• l

i t e P r

• f

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C h r

• ma

t

• g

r a p h y T I C M a s s s p e c t r u m

( M + H )

+

( M + N H

4

)

+

( M + N a )

+

( 2 M + H )

+

( 2 M + N H

4

)

+

( 2 M + N a )

+

F r a g me n t s (

• r

c

• e

l u t i n g c

• mp
• u

n d s ) A d d u c t s M u l t i me r s / A d d u c t s

L C

• M

S

SLIDE 5

5

M e t a b

• l

i t e I d e n t i f i c a t i

• n

5

L C

• M

S M a s s s p e c t r u m ( m/ z ) C h e mi c a l f

• r

mu l a P u t a t i v e I D I D M S / M S A u t h e n t i c s t a n d a r d

SLIDE 6

6

M e t a b

• l

i t e I d e n t i f i c a t i

• n

L C

• M

S M a s s s p e c t r u m ( m/ z ) C h e mi c a l f

• r

mu l a P u t a t i v e I D I D M S / M S A u t h e n t i c s t a n d a r d M a s s s p e c t r u m ( m/ z ) C h e mi c a l f

• r

mu l a P u t a t i v e I D M a s s s p e c t r u m ( m/ z ) C h e mi c a l f

• r

mu l a M a s s s p e c t r u m ( m/ z )

SLIDE 7

7

M e t a b

• l

i t e I d e n t i f i c a t i

• n

L C

• M

S M a s s s p e c t r u m ( m/ z ) C h e mi c a l f

• r

mu l a P u t a t i v e I D I D M S / M S A u t h e n t i c s t a n d a r d M a s s s p e c t r u m ( m/ z ) C h e mi c a l f

• r

mu l a P u t a t i v e I D M a s s s p e c t r u m ( m/ z ) C h e mi c a l f

• r

mu l a M a s s s p e c t r u m ( m/ z ) Q u e r y ( d r a f t ) me t a b

• l

i c n e t w

• r

k s , M i c r

• b

e s O n l i n e , M e t a C y c , K E G G , . . .

SLIDE 8

8

P r e d i c t e d v s . M e a s u r e d M e t a b

• l

i t e s

? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

S y n e c h

• c
• c

c u s s p . P C C 7 2

SLIDE 9

9

U n i f

• r

m S t a b l e I s

• t
• p

e L a b e l i n g

C

• n

t r

• l

1 3

C

1 5

N

[ 1 5 N ] N a N O

3

[ 1 3 C ] N a H C O

3

H e g e ma n A D e t a l ( 2 7 ) A n a l C h e m 7 9 : 6 9 1 2

• 6

9 2 1 G i a v a l i s c

• P

e t a l ( 2 9 ) A n a l C h e m 8 1 : 6 5 4 6

• 6

5 5 1

SLIDE 10

1

B a r a n R e t a l ( 2 6 ) B M C B i

• i

n f

• r

ma t i c s 7 : 5 3 B a r a n R e t a l ( 2 7 ) B M C B i

• i

n f

• r

ma t i c s 8 : 7 2

SLIDE 11

1 1

M e t a b

• l

i t e P r

• f

i l i n g R e s u l t s

• ~

1 d i s t i n c t me t a b

• l

i t e s d e t e c t e d

• 8

2 a s s i g n e d c h e mi c a l f

• r

mu l a s

• 7

4 u n i q u e

• 4

5

• u

t s i d e

• f

S y n 7 2 C y c

• 2

4

• u

t s i d e

• f

M e t a C y c

• r

K E G G !

• 5

4 i d e n t i f i e d

• r

p u t a t i v e l y i d e n t i f i e d me t a b

• l

i t e s

• U

s i n g a u t h e n t i c s t a n d a r d s

• r

M S / M S

B a r a n R e t a l ( 2 1 ) A n a l C h e m 8 2 ( 2 1 ) : 9 3 4 – 9 4 2

N H N N O H O C H

3

C H

3

H

3

C N H N N O H O C H

3

C H

3

H

3

C H S

( E r g

• t

h i

• n

e i n e ? )

SLIDE 12

1 2

M e t a b

• l

i c F

• t

p r i n t i n g

• G

r

• w

i n g S y n e c h

• c
• c

c u s i n d i f f e r e n t c

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l e x me d i a

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n t a r g e t e d p r

• f

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• f

me t a b

• l

i t e u p t a k e / r e l e a s e

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• t
• h

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• t

r

• p

h i c r e p e r t

• i

r e

• f

c y a n

• b

a c t e r i a h a s n

• t

b e e n s t u d i e d s y s t e ma t i c a l l y

• C

u r r e n t k n

• w

l e d g e l i mi t e d t

• g

l y c e r

• l

, g l u c

• s

e , a mi n

• a

c i d s

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A l l e n J e t a l ( 2 3 ) N a t B i

• t

e c h n

• l

2 1 , 6 9 2

• 6

9 6 K e l l D B e t a l ( 2 5 ) N a t R e v M i c r

• b

i

• l

3 , 5 5 7

• 5

6 5

SLIDE 13

1 3

M e t a b

• l

i c F

• t

p r i n t i n g R e s u l t s

• 2

2 me t a b

• l

i t e s d e t e c t e d

• 9

5 i d e n t i f i e d

• r

p u t a t i v e l y i d e n t i f i e d

• 4

5 t a k e n u p

• 5

5 r e l e a s e d

• S

y n e c h

• c
• c

c u s s p . P C C 7 2 u p t a k e s mo s t

• f

i t s i n t r a c e l l u l a r me t a b

• l

i t e s – i n c l u d i n g t h e u n u s u a l

• n

e s !

8 2 6 5 2 5 1 1 2 8 C

• n

s u me d

• r

r e l e a s e d me t a b

• l

i t e s D e t e c t e d i n S y n e c h

• c
• c

c u s D e t e c t e d i n Y E

• r

M E B M

B a r a n R e t a l ( 2 1 1 ) M

• l

B i

• S

y s t 7 , 3 2

• 3

2 6

SLIDE 14

1 4

E n z y me a n d T r a n s p

• r

t e r D i s c

• v

e r y

WT c e l l s U t i l i z e d me t a b

• l

i t e s C

• mp

l e x me d i a S p e n t me d i a L C

• M

S L C

• M

S s u b t r a c t . . . .

1 . I d e n t i f y u t i l i z e d me t a b

• l

i t e s

SLIDE 15

1 5

E n z y me a n d T r a n s p

• r

t e r D i s c

• v

e r y

WT c e l l s U t i l i z e d me t a b

• l

i t e s C

• mp

l e x me d i a S p e n t me d i a L C

• M

S L C

• M

S s u b t r a c t . . . .

1 . I d e n t i f y u t i l i z e d me t a b

• l

i t e s

+

T a r g e t e d s c r e e n i n g me d i a L i b r a r y

• f

8 4 2 mu t a n t s S p e n t me d i a a n a l y z e d b y h i g h

• t

h r

• u

g h p u t M S

2 . S c r e e n mu t a n t s f

• r

d e f e c t s i n u t i l i z a t i

• n

O D P e a k A r e a P f s

SLIDE 16

1 6

E n z y me a n d T r a n s p

• r

t e r D i s c

• v

e r y

O r g a n i s m G e n e ( s ) A f f e c t e d me t a b

• l

i t e N

• t

e E . c

• l

i p f s M T A 5 '

• me

t h y l t h i

• a

d e n

• s

i n e / S

• a

d e n

• s

y l h

• mo

c y s t e i n e n u c l e

• s

i d a s e E . c

• l

i p n c A N i c

• t

i n a mi d e p y r a z i n a mi d a s e / n i c

• t

i n a mi d a s e E . c

• l

i ma n X , ma n Y , ma n Z G l u c

• s

a mi n e s u b u n i t s

• f

ma n n

• s

e P T S p e r me a s e E . c

• l

i n a g B G l u c

• s

a mi n e g l u c

• s

a mi n e

• 6
• p

h

• s

p h a t e d e a mi n a s e E . c

• l

i a n mK ( y d h H ) a h M u r N A c a n h y d r

• N
• a

c e t y l mu r a mi c a c i d k i n a s e E . c

• l

i a r g E C i t r u l l i n e a c e t y l

• r

n i t h i n e d e a c e t y l a s e S .

• n

e i d e n s i sS O 3 7 4 9 C i t r u l l i n e N

• n
• h
• mo

l

• g
• u

s f u n c t i

• n

a l a n a l

• g
• f

a r g E S .

• n

e i d e n s i sS O 1 4 3 , S O 1 4 4 C i t r u l l i n e s u b u n i t s

• f

a n A B C t r a n s p

• r

t e r S .

• n

e i d e n s i sS O 3 5 7 E r g

• t

h i

• n

e i n eP r e d i c t e d P a l / H i s t i d a s e S .

• n

e i d e n s i sS O 1 3 1 3 , S O 1 3 1 4 a h M u r N A c

B a r a n R e t a l ( 2 1 3 ) A C S C h e mi c a l B i

• l
• g

y 8 ( 1 ) : 1 8 9 – 1 9 9

SLIDE 17

1 7

S .

• n

e i d e n s i s H i s t i d a s e s

• P

a l / H i s t i d a s e S O 9 8 r e q u i r e d f

• r

t h e u t i l i z a t i

• n
• f

h i s t i d i n e a s a n i t r

• g

e n s

• u

r c e ( D e u t s c h b a u e r a t a l , 2 1 1 )

• M

u t a n t i n

• r

t h

• l
• g
• u

s S O 3 5 7 u n a b l e t

• u

t i l i z e e r g

• t

h i

• n

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n v i t r

• a

s s a y s v a l i d a t e a c t i v i t y a n d s h

• w

s t r i c t s u b s t r a t e s p e c i f i c i t y

N H N N H

2

O O H N H N O O H + N H

3

S O 9 8 N H N O O H H S N C H

3

C H

3

H

3

C N H N O O H H S + +H

+

N C H

3

C H

3

H

3

C S O 3 5 7

B a r a n R e t a l ( 2 1 3 ) A C S C h e mi c a l B i

• l
• g

y 8 ( 1 ) : 1 8 9 – 1 9 9

SLIDE 18

E N I G M A “ E c

• s

y s t e ms a n d N e t w

• r

k s I n t e g r a t e d w i t h G e n e s a n d M

• l

e c u l a r A s s e mb l i e s ” i s s u p p

• r

t e d b y t h e O f f i c e

• f

S c i e n c e , O f f i c e

• f

B i

• l
• g

i c a l a n d E n v i r

• n

me n t a l R e s e a r c h ,

• f

t h e U . S . D e p a r t me n t

• f

E n e r g y u n d e r C

• n

t r a c t N

• .

D E

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C 2

• 5

C H 1 1 2 3 1 .

T r e n t N

• r

t h e n B e n B

• w

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• l

i a n g C h e n g K a t h e r i n e L

• u

i e N i c h

• l

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• u

s k i l l E

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n B r

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i e S t e v e Y a n n

• n

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A d a m D e u t s c h b a u e r M

• r

g a n P r i c e K e l l y We t mo r e J e n n i f e r K u e h l J a y a s h r e e R a y P a u l A d a ms A d a m A r k i n M u r i e l G u g g e r ( P C C )

T h a n k y

• u

!