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1 1 1 2 CADLIVE E-CELL

2 3 GEM CE/MS MGF WT MGF 4 2

3 WT E-Cell MASK 5 CE-MS, CE- TOFMS LC-MS 24,

4 CE-MS CE MS Soga, T. et al. (2002) Anal Chem. 74, CE-MS , 269,

5 LC-MS 9 CE-TOFMS CE-MS/MSMS/MS CE-MS 10 5

6 SGP 67 WB 26 2D-DIGE C GC-MSNMR CE-MS 12 6

7 Real time RT-PCR 85 rrna 2 ) 8 DNA 13 Escherichia coli BW25113 (WT) or Keio : 0.2 [hr -1 ] 2 = 3.5 [hr] 37 ph7.0 CE-TOFMS D-DIGE GC-MS, NMR CE-MS Real time RT-PCR 95 DNA 14 7

8 E. coli K , 0.2, 0.4, 0.5, 0.7 [hr -1 ] Keio 0.2 [hr -1 ] galm,glk,pgi,pfka,pfkb,fbp,fbab,gapc,gpma,gpmb, pyka,pykf,ppsa,pgm zwf,pgl,gnd,rpe,rpia,rpib,tkta,tktb,tala,talb / 16 8

9 17 (Shotgun Proteomics) 18 9

10 19 (PCR) rpiarpib 20 10

11 S K P K K P S E k v P m S m eq t cat + + =,, 1 CE/MS in vitro or Flux or Michaelis-Menten

12 E-Cell 3 0.1, 0.2, 0.5 [hr -1 ] 0.4[hr -1 ] 23 zwf Zwf (G6PDH) = R5P 24 12

13 pgi WT / Acetyl CoA KO Case 1 KO Case 2 25 rpe WT / Case 1 Case 2 KO KO 26 13

14 pfka PfkA (Km for F6P) G6P 27 Chassagnole(2002) G6P F6P FDP GAP PEP PYR 6PG D = 0.1 [hr -1 ] 3 XTime [sec] YNormalized concentration [-] PYRactivate 28 14

15 Hoque et al. (2005) PGactivate XTime [sec] YNormalized concentration [-] 29 Crabtree effect NH 4 P i PTS kcat 30 15

16 HDS MASK 50% DNA 31 Escherichia coli K12 MG1665 Metabolites 940 Enzymes 1178 Reactions 1179 Genome Sequence attgaacgct tgcttcgctg gataactact caccaaggcg GEM SYSTEM Set of Reactions = Metabolic Pathways SWISS-PROT KEGG The GEM system automatically builds static cell models from genomic sequences using various databases. Arakawa, K. et al (2006) BMC Bioinformatics 7,

17 / Dynamic model X 2 v 1 X 4 X n X 1 X 3 X 12 X 11 v 9 v 8 Stoichiometric model v 2 X 5 v 3 X 6 X 10 X 8 v 7 X 9 v 6 v 4 X 7 v 5 dx 5 /dt = V 2 + V 3 dx 11 /dt = V 8 + V 9 Yugi, K. et al. (2005) Theor. Biol. Med. Model. 2, MASK Delay 1 min 6 A a R R x x =2 A =3R x x Regulated gene R B =R 2 x Regulator gene 4 B b Delay 5 min l Kb [ RNAP ] i Vsyn = Ka Kc 1 + Kb [ RNAP ] j m = 0 [ A ] h [ R ] = 0 i g j R Yugi, Y. et al (2005) BMC Bioinformatics 6, 299 S. Cerevisiae (Spellman et al. (1998) Mol. Biol. Cell 9, ) 34 17

18 18 35 MOMA FBA ECF ECF 36 MOMA FBA ECF 4 CADLIVE CADLIVE

19 37 Nucleoc acods Res Bioinformatics 2005 Genome informatics,

20 σ 32 mrna FF sensor FB sensor Computer σ 32 σ 32 DnaK Heat Shock Plant PNAS, 2005 RNAP Actuator RNAP σ 32 σ 32 DnaK FtsH σ 32 FtsH DnaK HSP(DnaK, FtsH, Lon) genes () Genome Res

21 WTW3110 MGF-01 MGF MGF MGFMGF-01 W

22 CE-TOFMS WT (W3110) MGF

23 23 45 S/N<3, Area<1000, 46 CE-MS Glycolate Trp Tyr Phe PRPP His Glc G6P F6P F1,6BP DHAP G3P PEP Pyruvate AcCOA OAA Malate Fumarate Succinate SucCoA akg IsoCit Citrate GOX GLcn6P Ribo5P Ribu5P 1,3BPG SH7P F6P X5P GA3P E4P GA3P Glconate Glu Gln Arg Pro Lac Asp Asn Thr Ser Gly Cys Met Ile Val Leu Lys G2P Ala AcOH Glycerophosphate Glycogen G1P 2,3BPG cis-aco camp AMP ADP ATP NAD NADH NADP NADPH PA PS CMP-DG CMP 2,3BPG

24 MGF MGF,,, W3110 MGF 47 CE-MS

25 Human Metabolome Technologies Inc. Since 2003 Keio invested HMT

26 Control (Cy5) NaCl (Cy3) (Cy5+Cy3) (kda) pi 3 10

27 SOM SOMAICDNA SOM GPD1 3-2 NaClENA1CUP1 3-3 TRP1TRP

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™·”õ/sec3_p63_84/fiü“eflÅ Section3 64 1 65 Section 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1 Babara E. Ainsworth et al. Med. Sci. Sports. Exevc.1993 66 67 Section 3 1 10 9 8 1 2 3 4 7 6 5 6 7 5 1 2 3 4 68 69 Section 3 2 70 Section 3

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