Cellular processes often depend on stable physical associations between proteins. Despite recent progress, knowledge of the composition of human protein complexes remains limited. To close this gap, we applied an integrative global proteomic profiling approach, based on chromatographic separation of cultured human cell extracts into more than one thousand biochemical fractions that were subsequently analyzed by quantitative tandem mass spectrometry, to systematically identify a network of 13,993 high-confidence physical interactions among 3,006 stably associated soluble human proteins. Most of the 622 putative protein complexes we report are linked to core biological processes and encompass both candidate disease genes and unannotated proteins to inform on mechanism. Strikingly, whereas larger multiprotein assemblies tend to be more extensively annotated and evolutionarily conserved, human protein complexes with five or fewer subunits are far more likely to be functionally unannotated or restricted to vertebrates, suggesting more recent functional innovations.

Adaptation by natural selection depends on the rates, effects and interactions of many mutations, making it difficult to determine what proportion of mutations in an evolving lineage are beneficial. Here we analysed 264 complete genomes from 12 Escherichia coli populations to characterize their dynamics over 50,000 generations. The populations that retained the ancestral mutation rate support a model in which most fixed mutations are beneficial, the fraction of beneficial mutations declines as fitness rises, and neutral mutations accumulate at a constant rate. We also compared these populations to mutation-accumulation lines evolved under a bottlenecking regime that minimizes selection. Nonsynonymous mutations, intergenic mutations, insertions and deletions are overrepresented in the long-term populations, further supporting the inference that most mutations that reached high frequency were favoured by selection. These results illuminate the shifting balance of forces that govern genome evolution in populations adapting to a new environment.

Standard biological parts, such as BioBricks™ parts, provide the foundation for a new engineering discipline that enables the design and construction of synthetic biological systems with a variety of applications in bioenergy, new materials, therapeutics, and environmental remediation. Although the original BioBricks™ assembly standard has found widespread use, it has several shortcomings that limit its range of potential applications. In particular, the system is not suitable for the construction of protein fusions due to an unfavorable scar sequence that encodes an in-frame stop codon. Here, we present a similar but new composition standard, called BglBricks, that addresses the scar translation issue associated with the original standard. The new system employs BglII and BamHI restriction enzymes, robust cutters with an extensive history of use, and results in a 6-nucleotide scar sequence encoding glycine-serine, an innocuous peptide linker in most protein fusion applications. We demonstrate the utility of the new standard in three distinct applications, including the construction of constitutively active gene expression devices with a wide range of expression profiles, the construction of chimeric, multi-domain protein fusions, and the targeted integration of functional DNA sequences into specific loci of the E. coli genome. The BglBrick standard provides a new, more flexible platform from which to generate standard biological parts and automate DNA assembly. Work on BglBrick assembly reactions, as well as on the development of automation and bioinformatics tools, is currently underway. These tools will provide a foundation from which to transform genetic engineering from a technically intensive art into a purely design-based discipline.

Adaptation depends on the rates, effects, and interactions of many mutations. We analyzed 264 genomes from 12 Escherichia coli populations to characterize their dynamics over 50,000 generations. The trajectories for genome evolution in populations that retained the ancestral mutation rate fit a model where most fixed mutations are beneficial, the fraction of beneficial mutations declines as fitness rises, and neutral mutations accumulate at a constant rate. We also compared these populations to lines evolved under a mutation-accumulation regime that minimizes selection. Nonsynonymous mutations, intergenic mutations, insertions, and deletions are overrepresented in the long-term populations, supporting the inference that most fixed mutations are favored by selection. These results illuminate the shifting balance of forces that govern genome evolution in populations adapting to a new environment.

Plasma cells in human bone marrow (BM PCs) are thought to be intrinsically long-lived and to be responsible for sustaining lifelong immunity through the constitutive secretion of antibody--but the underlying basis for this serological memory remains controversial. Here, we analyzed the molecular persistence of serological immunity by an examination of BM PC immunoglobulin heavy-chain (IGH) transcripts derived from serial bone marrow specimens obtained during a span of several years. Using high-throughput sequence analysis of the same individual for 6.5 years, we show that the BM PC repertoire is remarkably stable over time. We find that the bias in IGH V, D, and J individual gene usage and also the combinatorial V-D, V-J, D-J, and V-D-J usage across time to be nearly static. When compared to a second donor with time points 2 years apart, these overall patterns are preserved, and surprisingly, we find high correlation of gene usage between the two donors. Lastly, we report the persistence of numerous BM PC clonal clusters (~2%) identifiable across 6.5 years at all time points assayed, supporting a model of serological memory based, at least in part, upon intrinsic longevity of human PCs. We anticipate that this longitudinal study will facilitate the ability to differentiate between healthy and diseased antibody repertoire states, by serving as a point of comparison with future deep-sequencing studies involving immune intervention.