LB
Lars Blank
Author with expertise in Metabolic Engineering and Synthetic Biology
RWTH Aachen University, Institute of Medical Microbiology and Hygiene, Software (Spain)
+ 14 more
Achievements
Cited Author
Open Access Advocate
Key Stats
Upvotes received:
0
Publications:
25
(72% Open Access)
Cited by:
377
h-index:
61
/
i10-index:
225
Reputation
Biology
< 1%
Chemistry
< 1%
Economics
< 1%
Show more
How is this calculated?
Publications
1

MEMOTE for standardized genome-scale metabolic model testing

Christian Lieven et al.Nov 13, 2023
+66
B
M
C
We acknowledge D. Dannaher and A. Lopez for their supporting work on the Angular parts of MEMOTE; resources and support from the DTU Computing Center; J. Cardoso, S. Gudmundsson, K. Jensen and D. Lappa for their feedback on conceptual details; and P. D. Karp and I. Thiele for critically reviewing the manuscript. We thank J. Daniel, T. Kristjansdottir, J. Saez-Saez, S. Sulheim, and P. Tubergen for being early adopters of MEMOTE and for providing written testimonials. J.O.V. received the Research Council of Norway grants 244164 (GenoSysFat), 248792 (DigiSal) and 248810 (Digital Life Norway); M.Z. received the Research Council of Norway grant 244164 (GenoSysFat); C.L. received funding from the Innovation Fund Denmark (project “Environmentally Friendly Protein Production (EFPro2)”); C.L., A.K., N. S., M.B., M.A., D.M., P.M, B.J.S., P.V., K.R.P. and M.H. received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under grant agreement 686070 (DD-DeCaF); B.G.O., F.T.B. and A.D. acknowledge funding from the US National Institutes of Health (NIH, grant number 2R01GM070923-13); A.D. was supported by infrastructural funding from the Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, German Research Foundation), Cluster of Excellence EXC 2124 Controlling Microbes to Fight Infections; N.E.L. received funding from NIGMS R35 GM119850, Novo Nordisk Foundation NNF10CC1016517 and the Keck Foundation; A.R. received a Lilly Innovation Fellowship Award; B.G.-J. and J. Nogales received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under grant agreement no 686585 for the project LIAR, and the Spanish Ministry of Economy and Competitivity through the RobDcode grant (BIO2014-59528-JIN); L.M.B. has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under grant agreement 633962 for project P4SB; R.F. received funding from the US Department of Energy, Offices of Advanced Scientific Computing Research and the Biological and Environmental Research as part of the Scientific Discovery Through Advanced Computing program, grant DE-SC0010429; A.M., C.Z., S.L. and J. Nielsen received funding from The Knut and Alice Wallenberg Foundation, Advanced Computing program, grant #DE-SC0010429; S.K.’s work was in part supported by the German Federal Ministry of Education and Research (de.NBI partner project “ModSim” (FKZ: 031L104B)); E.K. and J.A.H.W. were supported by the German Federal Ministry of Education and Research (project “SysToxChip”, FKZ 031A303A); M.K. is supported by the Federal Ministry of Education and Research (BMBF, Germany) within the research network Systems Medicine of the Liver (LiSyM, grant number 031L0054); J.A.P. and G.L.M. acknowledge funding from US National Institutes of Health (T32-LM012416, R01-AT010253, R01-GM108501) and the Wagner Foundation; G.L.M. acknowledges funding from a Grand Challenges Exploration Phase I grant (OPP1211869) from the Bill & Melinda Gates Foundation; H.H. and R.S.M.S. received funding from the Biotechnology and Biological Sciences Research Council MultiMod (BB/N019482/1); H.U.K. and S.Y.L. received funding from the Technology Development Program to Solve Climate Changes on Systems Metabolic Engineering for Biorefineries (grants NRF-2012M1A2A2026556 and NRF-2012M1A2A2026557) from the Ministry of Science and ICT through the National Research Foundation (NRF) of Korea; H.U.K. received funding from the Bio & Medical Technology Development Program of the NRF, the Ministry of Science and ICT (NRF-2018M3A9H3020459); P.B., B.J.S., Z.K., B.O.P., C.L., M.B., N.S., M.H. and A.F. received funding through Novo Nordisk Foundation through the Center for Biosustainability at the Technical University of Denmark (NNF10CC1016517); D.-Y.L. received funding from the Next-Generation BioGreen 21 Program (SSAC, PJ01334605), Rural Development Administration, Republic of Korea; G.F. was supported by the RobustYeast within ERA net project via SystemsX.ch; V.H. received funding from the ETH Domain and Swiss National Science Foundation; M.P. acknowledges Oxford Brookes University; J.C.X. received support via European Research Council (666053) to W.F. Martin; B.E.E. acknowledges funding through the CSIRO-UQ Synthetic Biology Alliance; C.D. is supported by a Washington Research Foundation Distinguished Investigator Award. I.N. received funding from National Institutes of Health (NIH)/National Institute of General Medical Sciences (NIGMS) (grant P20GM125503).
0

Memote: A community driven effort towards a standardized genome-scale metabolic model test suite

Christian Lieven et al.May 6, 2020
+61
B
M
C
Abstract Several studies have shown that neither the formal representation nor the functional requirements of genome-scale metabolic models (GEMs) are precisely defined. Without a consistent standard, comparability, reproducibility, and interoperability of models across groups and software tools cannot be guaranteed. Here, we present memote ( https://github.com/opencobra/memote ) an open-source software containing a community-maintained, standardized set of me tabolic mo del te sts. The tests cover a range of aspects from annotations to conceptual integrity and can be extended to include experimental datasets for automatic model validation. In addition to testing a model once, memote can be configured to do so automatically, i.e., while building a GEM. A comprehensive report displays the model’s performance parameters, which supports informed model development and facilitates error detection. Memote provides a measure for model quality that is consistent across reconstruction platforms and analysis software and simplifies collaboration within the community by establishing workflows for publicly hosted and version controlled models.
1

Publisher Correction: MEMOTE for standardized genome-scale metabolic model testing

Christian Lieven et al.Nov 13, 2023
+66
B
M
C
An amendment to this paper has been published and can be accessed via a link at the top of the paper.
1

A concept for international societally relevant microbiology education and microbiology knowledge promulgation in society

Kenneth Timmis et al.Aug 26, 2024
+78
J
P
K
Executive summary Microbes are all pervasive in their distribution and influence on the functioning and well‐being of humans, life in general and the planet. Microbially‐based technologies contribute hugely to the supply of important goods and services we depend upon, such as the provision of food, medicines and clean water. They also offer mechanisms and strategies to mitigate and solve a wide range of problems and crises facing humanity at all levels, including those encapsulated in the sustainable development goals (SDGs) formulated by the United Nations. For example, microbial technologies can contribute in multiple ways to decarbonisation and hence confronting global warming, provide sanitation and clean water to the billions of people lacking them, improve soil fertility and hence food production and develop vaccines and other medicines to reduce and in some cases eliminate deadly infections. They are the foundation of biotechnology, an increasingly important and growing business sector and source of employment, and the centre of the bioeconomy , Green Deal , etc. But, because microbes are largely invisible, they are not familiar to most people, so opportunities they offer to effectively prevent and solve problems are often missed by decision‐makers, with the negative consequences this entrains. To correct this lack of vital knowledge, the International Microbiology Literacy Initiative–the IMiLI–is recruiting from the global microbiology community and making freely available, teaching resources for a curriculum in societally relevant microbiology that can be used at all levels of learning. Its goal is the development of a society that is literate in relevant microbiology and, as a consequence, able to take full advantage of the potential of microbes and minimise the consequences of their negative activities. In addition to teaching about microbes, almost every lesson discusses the influence they have on sustainability and the SDGs and their ability to solve pressing problems of societal inequalities. The curriculum thus teaches about sustainability, societal needs and global citizenship. The lessons also reveal the impacts microbes and their activities have on our daily lives at the personal, family, community, national and global levels and their relevance for decisions at all levels. And, because effective, evidence‐based decisions require not only relevant information but also critical and systems thinking, the resources also teach about these key generic aspects of deliberation. The IMiLI teaching resources are learner‐centric, not academic microbiology‐centric and deal with the microbiology of everyday issues. These span topics as diverse as owning and caring for a companion animal, the vast range of everyday foods that are produced via microbial processes, impressive geological formations created by microbes, childhood illnesses and how they are managed and how to reduce waste and pollution. They also leverage the exceptional excitement of exploration and discovery that typifies much progress in microbiology to capture the interest, inspire and motivate educators and learners alike. The IMiLI is establishing Regional Centres to translate the teaching resources into regional languages and adapt them to regional cultures, and to promote their use and assist educators employing them. Two of these are now operational. The Regional Centres constitute the interface between resource creators and educators–learners. As such, they will collect and analyse feedback from the end‐users and transmit this to the resource creators so that teaching materials can be improved and refined, and new resources added in response to demand: educators and learners will thereby be directly involved in evolution of the teaching resources. The interactions between educators–learners and resource creators mediated by the Regional Centres will establish dynamic and synergistic relationships–a global societally relevant microbiology education ecosystem–in which creators also become learners, teaching resources are optimised and all players/stakeholders are empowered and their motivation increased. The IMiLI concept thus embraces the principle of teaching societally relevant microbiology embedded in the wider context of societal, biosphere and planetary needs, inequalities, the range of crises that confront us and the need for improved decisioning, which should ultimately lead to better citizenship and a humanity that is more sustainable and resilient. Abstract The biosphere of planet Earth is a microbial world: a vast reactor of countless microbially driven chemical transformations and energy transfers that push and pull many planetary geochemical processes, including the cycling of the elements of life, mitigate or amplify climate change (e.g., Nature Reviews Microbiology, 2019, 17, 569) and impact the well‐being and activities of all organisms, including humans. Microbes are both our ancestors and creators of the planetary chemistry that allowed us to evolve (e.g., Life's engines: How microbes made earth habitable, 2023). To understand how the biosphere functions, how humans can influence its development and live more sustainably with the other organisms sharing it, we need to understand the microbes. In a recent editorial (Environmental Microbiology, 2019, 21, 1513), we advocated for improved microbiology literacy in society. Our concept of microbiology literacy is not based on knowledge of the academic subject of microbiology, with its multitude of component topics, plus the growing number of additional topics from other disciplines that become vitally important elements of current microbiology. Rather it is focused on microbial activities that impact us–individuals/communities/nations/the human world–and the biosphere and that are key to reaching informed decisions on a multitude of issues that regularly confront us, ranging from personal issues to crises of global importance. In other words, it is knowledge and understanding essential for adulthood and the transition to it, knowledge and understanding that must be acquired early in life in school. The 2019 Editorial marked the launch of the International Microbiology Literacy Initiative, the IMiLI. Here, we present our concept of how microbiology literacy may be achieved and the rationale underpinning it; the type of teaching resources being created to realise the concept and the framing of microbial activities treated in these resources in the context of sustainability, societal needs and responsibilities and decision‐making; and the key role of Regional Centres that will translate the teaching resources into local languages, adapt them according to local cultural needs, interface with regional educators and develop and serve as hubs of microbiology literacy education networks. The topics featuring in teaching resources are learner‐centric and have been selected for their inherent relevance, interest and ability to excite and engage. Importantly, the resources coherently integrate and emphasise the overarching issues of sustainability, stewardship and critical thinking and the pervasive interdependencies of processes. More broadly, the concept emphasises how the multifarious applications of microbial activities can be leveraged to promote human/animal, plant, environmental and planetary health, improve social equity, alleviate humanitarian deficits and causes of conflicts among peoples and increase understanding between peoples (Microbial Biotechnology, 2023, 16(6), 1091–1111). Importantly, although the primary target of the freely available (CC BY‐NC 4.0) IMiLI teaching resources is schoolchildren and their educators, they and the teaching philosophy are intended for all ages, abilities and cultural spectra of learners worldwide: in university education, lifelong learning, curiosity‐driven, web‐based knowledge acquisition and public outreach. The IMiLI teaching resources aim to promote development of a global microbiology education ecosystem that democratises microbiology knowledge.
1
Citation4
0
Save
0

Reliable Genomic Integration Sites in Pseudomonas putida Identified by Two-Dimensional Transcriptome Analysis

Sebastian Köbbing et al.Sep 12, 2024
+2
B
T
S
Genomic integration is commonly used to engineer stable production hosts. However, so far, for many microbial workhorses, only a few integration sites have been characterized, thereby restraining advanced strain engineering that requires multiple insertions. Here, we report on the identification of novel genomic integration sites, so-called landing pads, for Pseudomonas putida KT2440. We identified genomic regions with constant expression patterns under diverse experimental conditions by using RNA-Seq data. Homologous recombination constructs were designed to insert heterologous genes into intergenic sites in these regions, allowing condition-independent gene expression. Ten potential landing pads were characterized using four different msfGFP expression cassettes. An insulated probe sensor was used to study locus-dependent effects on recombinant gene expression, excluding genomic read-through of flanking promoters under changing cultivation conditions. While the reproducibility of expression in the landing pads was very high, the msfGFP signals varied strongly between the different landing pads, confirming a strong influence of the genomic context. To showcase that the identified landing pads are also suitable candidates for heterologous gene expression in other Pseudomonads, four equivalent landing pads were identified and characterized in Pseudomonas taiwanensis VLB120. This study shows that genomic "hot" and "cold" spots exist, causing strong promoter-independent variations in gene expression. This highlights that the genomic context is an additional parameter to consider when designing integrable genomic cassettes for tailored heterologous expression. The set of characterized genomic landing pads presented here further increases the genetic toolbox for deep metabolic engineering in Pseudomonads.
2

A Genome-Scale Metabolic Model for the Smut-FungusUstilago maydis

Ulf Liebal et al.Oct 24, 2023
+4
C
L
U
Abstract Ustilago maydis is an important plant pathogen causing corn-smut disease and an effective biotechnological production host. The lack of a comprehensive metabolic overview hinders a full understanding of environmental adaptation and a full use of the organism’s metabolic potential. Here, we report the first genome scale metabolic model (GSMM) of Ustilago maydis (iUma22) for the simulation of metabolic activities. iUma22 was reconstructed from sequencing and annotation using PathwayTools, the biomass equation was derived from literature values and from the codon composition. The final model contains over 25% of annotated genes in the sequenced genome. Substrate utilization was corrected by Biolog-Phenotype arrays and exponential batch cultivations were used to test growth predictions. A pan-genome of four different U. maydis strains revealed missing metabolic pathways in iUma22. The majority of metabolic differences between iUma22 and the pangenome occurs in the inositol, purine and starch metabolic pathways. The new model allows studies of metabolic adaptations to different environmental niches as well as for biotechnological applications.
2
Citation1
0
Save
1

Genomic and metabolic plasticity drive alternative scenarios for adaptingPseudomonas putidato non-native substrate D-xylose

Pavel Dvořák et al.Oct 24, 2023
+9
B
B
P
Abstract D-Xylose, a major constituent of plant biomass and second most abundant sugar on Earth, holds a considerable potential as a substrate for sustainable bio-production. Pseudomonas putida KT2440 is an attractive bacterial host for valorizing biogenic feedstocks but lacks a xylose utilization pathway. While several attempts to engineer P. putida for growth on xylose have been reported, a comprehensive understanding of xylose metabolism in this bacterium is lacking, hindering its further improvement and rational tailoring for specific biotechnological purposes. In this study, we elucidated the xylose metabolism in the genome-reduced P. putida strain, EM42, endowed with xylose isomerase pathway (xylAB) and transporter (xylE) from Escherichia coli and used the obtained knowledge in combination with adaptive laboratory evolution to accelerate the bacterium’s growth on the pentose sugar. Carbon flux analyses, targeted gene knock-outs, and in vitro enzyme assays portrayed xylose assimilation in P. putida and confirmed a partially cyclic upper xylose metabolism. Deletion of the local transcriptional regulator gene hexR de-repressed genes of several key catabolic enzymes and reduced the lag phase on xylose. Guided by metabolic modeling, we augmented P. putida with additional heterologous pentose phosphate pathway genes and subjected rationally prepared strains to adaptive laboratory evolution (ALE) on xylose. The descendants showed accelerated growth and reduced growth lag. Genomic and proteomic analysis of engineered and evolved mutants revealed the importance of a large genomic re-arrangement, transaldolase overexpression, and balancing gene expression in the synthetic xylABE operon. Importantly, omics analyses found that similar growth characteristics of two superior mutants were achieved through distinct evolutionary paths. This work provides a unique insight into how cell metabolism adjusts to a non-native substrate; it highlights the remarkable genomic and metabolic plasticity of P. putida and demonstrates the power of combining knowledge-driven engineering with ALE in generating desirable microbial phenotypes. Highlights Elucidated xylose catabolism via exogenous isomerase pathway in P. putida EM42. Deletion of transcriptional regulator HexR improved growth on xylose. Knowledge-guided interventions and adaptive evolution accelerated growth. Omics analyses of selected mutants highlighted the genomic and metabolic plasticity of P. putida . Two mutants with superior characteristics emerged from distinct evolutionary paths.
1

LC-UV/RI-MS2as the analytical platform for bioconversion of sustainable carbon sources: a showcase of 1,4-butanediol plastic monomer degradation usingUstilago trichophora

An Phan et al.Oct 24, 2023
L
L
A
ABSTRACT Plastic usage by microbes as a carbon source is a promising strategy to increase the recycling quota. 1,4-butanediol (BDO) is a common monomer derived from polyesters and polyurethanes. It presents in the complex mixture from the plastic degradation process. In this study, Ustilago trichophora was found to be an efficient cell-factory to valorize BDO. To investigate product formation by U. trichophora , we refined the traditional ion exclusion liquid chromatography method by examining eluent, eluent concentrations, oven temperatures, and organic modifiers to make the chromatography compatible with mass spectrometry. An LC-UV/RI-MS 2 method is presented here to identify and quantify extracellular metabolites in the cell cultures. With this method, we successfully identified that U. trichophora secreted malic acid, succinic acid, erythritol, and mannitol into the culture medium. Adaptive laboratory evolution followed by medium optimization significantly improved U. trichophora growth on BDO and especially malic acid production. Overall, the carbon yield on the BDO substrate was approximately 33% malic acid. This is the first report on a Ustilaginaceae fungus that was able to convert BDO into versatile chemical building blocks. Since U. trichophora is not genetically engineered, it is a promising microbial host to produce malic acid from BDO, thereby contributing to the development of the envisaged sustainable bioeconomy.
1

Itaconic acid production by co-feeding of Ustilago maydis: a combined approach of experimental data, design of experiments and metabolic modeling

Anita Ziegler et al.Oct 24, 2023
+4
M
L
A
Itaconic acid is a platform chemical with a range of applications in polymer synthesis and is also discussed for biofuel production. While produced in industry from glucose or sucrose, co-feeding of glucose and acetate was recently discussed to increase itaconic acid production by the smut fungus Ustilago maydis . In this study, we investigate the optimal co-feeding conditions by interlocking experimental and computational methods. Flux balance analysis indicates that acetate improves the itaconic acid yield up to a share of 40 % acetate on a carbon molar basis. A design of experiment results in the maximum yield of 0.14 itaconic acid per carbon source from 100 g L −1 glucose and 12 g L −1 acetate. The yield is improved by around 22 % when compared to feeding of glucose as sole carbon source. To further improve the yield, gene deletion targets are discussed that were identified using the metabolic optimization tool OptKnock. The study contributes ideas to reduce land use for biotechnology, by incorporating acetate as co-substrate, a C2-carbon source that is potentially derived from carbon dioxide.
0

Yeast9: A Consensus Yeast Metabolic Model Enables Quantitative Analysis of Cellular Metabolism By Incorporating Big Data

Chengyu Zhang et al.Jun 3, 2024
+12
F
B
C
Abstract Genome-scale metabolic models (GEMs) can facilitate metabolism-focused multi-omics integrative analysis. Since Yeast8, the yeast-GEM of Saccharomyces cerevisiae , published in 2019, has been continuously updated by the community. This have increased the quality and scope of this model, culminating now in Yeast9. To evaluate its predictive performance, we generated 163 condition-specific GEMs constrained by single-cell transcriptomics from osmotic pressure or normal conditions. Comparative flux analysis showed that yeast adapting to high osmotic pressure benefits from upregulating fluxes through the central carbon metabolism. Furthermore, combining Yeast9 with proteomics revealed metabolic rewiring underlying its preference in nitrogen sources. Lastly, we created strain-specific GEMs (ssGEMs) constrained by transcriptomics for 1229 mutant strains. Well able to predict the strains’ growth rates, fluxomics from those large-scale ssGEMs outperformed transcriptomics in predicting functional categories for all studied genes in machine-learning models. Based on those findings we anticipate that Yeast9 will empower systems biology studies of yeast metabolism.
Load More