Difference between revisions of "Team:CPU CHINA/MathematicalModeling"

 
(19 intermediate revisions by 3 users not shown)
Line 14: Line 14:
 
     <link rel="stylesheet"
 
     <link rel="stylesheet"
 
         href="https://2021.igem.org/wiki/index.php?title= Template:CPU_CHINA/contentCommon_CSS &action=raw&ctype=text/css">
 
         href="https://2021.igem.org/wiki/index.php?title= Template:CPU_CHINA/contentCommon_CSS &action=raw&ctype=text/css">
 +
    <link rel="stylesheet"
 +
        href="https://2021.igem.org/wiki/index.php?title= Template:CPU_CHINA/function_CSS &action=raw&ctype=text/css">
 
     <style>
 
     <style>
 
         #header #title {
 
         #header #title {
Line 20: Line 22:
 
         }
 
         }
  
         #contain .left .catalogue{
+
         #contain .left .catalogue {
 
             top: 80px;
 
             top: 80px;
 
         }
 
         }
Line 27: Line 29:
 
             position: absolute;
 
             position: absolute;
 
             width: 70%;
 
             width: 70%;
             top: 180px;
+
             top: 190px;
 
             left: 25%;
 
             left: 25%;
 
             z-index: 1;
 
             z-index: 1;
 +
        }
 +
        #contain #detail .katex-display{
 +
            font-size: 14px;
 
         }
 
         }
 
     </style>
 
     </style>
Line 55: Line 60:
 
             </div>
 
             </div>
 
         </div>
 
         </div>
         <img class="background" src="https://static.igem.org/mediawiki/2021/2/22/T--CPU_CHINA--Mathmatical_Modeling--Background.png"
+
         <img class="background"
            alt="">
+
            src="https://static.igem.org/mediawiki/2021/2/22/T--CPU_CHINA--Mathmatical_Modeling--Background.png" alt="">
 
         <h1 id="title">MATHEMATICAL MODELING</h1>
 
         <h1 id="title">MATHEMATICAL MODELING</h1>
 
         <svg width="100%" height="100%" viewBox="0 0 1920 600" version="1.1"
 
         <svg width="100%" height="100%" viewBox="0 0 1920 600" version="1.1"
Line 98: Line 103:
 
                     </li>
 
                     </li>
 
                     <li class="num">
 
                     <li class="num">
                         <a href="#section2" title="MNP KINETICS">MNP KINETICS</a>
+
                         <a href="#section3" title="MNP KINETICS">MNP KINETICS</a>
 
                     </li>
 
                     </li>
 
                 </ul>
 
                 </ul>
Line 105: Line 110:
 
         </div>
 
         </div>
 
         <div id="detail" class="clearfix">
 
         <div id="detail" class="clearfix">
              
+
             <div class="section" id="section1">
 +
                <h2>SUMMARY</h2>
 +
                <p>In our mathematical modeling section, we mainly tryed to simulate the <em>in vivo</em> production of
 +
                    two essential
 +
                    parts, aryl alcohol oxidase (AAO) and manganese peroxidase (MnP) in our engineered yeast <em>Pichia
 +
                        pastoris</em>
 +
                    (<em>P. pastoris</em>). To provide solid coverage of their whole genetic process, we established a
 +
                    systemic
 +
                    dynamic model individually, including the stages of transcription and translation. Moreover, we also
 +
                    examine the
 +
                    production kinetics of two specific mutants modified from the wild-type MnP (wtMnP) protein (PDB entry:
 +
                    3M5Q).</p>
 +
            </div>
 +
            <div class="section" id="section2">
 +
                <h2 class="mume-header" id="aryl-alcohol-oxidase-aao-kinetics">ARYL ALCOHOL OXIDASE (AAO) KINETICS</h2>
 +
 
 +
                <h3 class="mume-header" id="i-instruction">INSTRUCTION</h3>
 +
 
 +
                <p><strong>Aryl alcohol oxidase (AAO)</strong> is an enzyme, containing FAD. It is originated from <em>Trametes
 +
                        versicolor</em>
 +
                    (<em>T. versicolor</em>). Meanwhile, AAO is categorized into Glucose-Methanol-Choline
 +
                    oxidase/dehydrogenase (GMC)
 +
                    superfamily. Generally speaking, AAO is regarded as an ectoenzyme except in <em>P.
 +
                        chrysosporium</em><sup>[1]</sup>.</p>
 +
                <p>One significant function of AAO in nature is to <strong>oxidize unsaturated alcohol</strong>, especially benzyl
 +
                    alcohol. According
 +
                    to documented studies before, after such oxidation hydrogen peroxide (H₂O₂)
 +
                    was
 +
                    produced to activate lignin peroxidase (e.g. LiP, VP, or MnP)<sup>[2]</sup>. The mechanism is
 +
                    concluded as a
 +
                    catalytic cycle<sup>[3]</sup>: with a FAD experiencing one oxidative (coupled to alcohol to aldehyde
 +
                    oxidation)
 +
                    half-reaction and one reductive (coupled to H₂O₂ to O₂ reduction) half-reaction, respectively.
 +
                </p>
 +
                <p>To facilitate the laboratorial, or even industrial production of AAO proteins, we design <strong>a
 +
                    single-cell circuit</strong>
 +
                    for the production process of AAO. Due to the fact that the production of a natural form of AAO in
 +
                    engineered
 +
                    strain was not carefully studied, we present an <strong>ordinary differential equation (ODE) model</strong> to
 +
                    simulate the
 +
                    secretion of AAO protein <em>in vivo</em>. Moreover, because there exists the potential of AAO mRNA
 +
                    degradation,
 +
                    we designed a term of its degradation in our formula as well.</p>
 +
                <p>Herein, <strong>SimBiology</strong>, an App of MATLAB, was employed as the platform of AAO expression simulation, and
 +
                    the solver
 +
                    was set as <code>ode23t</code>. We considered the degradation process of AAO mRNA and several
 +
                    scenarios of
 +
                    different AAO mRNA initial concentration. The results showed that the <em>in vivo</em> production of
 +
                    AAO proteins
 +
                    could satisfy our needs and there would be potentials to design a lag time (<span
 +
                        class="katex"><span class="katex-mathml"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
 +
                                <semantics>
 +
                                    <mrow>
 +
                                        <msub>
 +
                                            <mi>T</mi>
 +
                                            <mrow>
 +
                                                <mi>l</mi>
 +
                                                <mi>a</mi>
 +
                                                <mi>g</mi>
 +
                                            </mrow>
 +
                                        </msub>
 +
                                    </mrow>
 +
                                    <annotation encoding="application/x-tex">T_{lag}</annotation>
 +
                                </semantics>
 +
                            </math></span><span class="katex-html" aria-hidden="true"><span class="base"><span
 +
                                    class="strut" style="height:0.969438em;vertical-align:-0.286108em;"></span><span
 +
                                    class="mord"><span class="mord mathnormal"
 +
                                        style="margin-right:0.13889em;">T</span><span class="msupsub"><span
 +
                                            class="vlist-t vlist-t2"><span class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                    style="height:0.3361079999999999em;"><span
 +
                                                        style="top:-2.5500000000000003em;margin-left:-0.13889em;margin-right:0.05em;"><span
 +
                                                            class="pstrut" style="height:2.7em;"></span><span
 +
                                                            class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span
 +
                                                                class="mord mtight"><span class="mord mathnormal mtight"
 +
                                                                    style="margin-right:0.01968em;">l</span><span
 +
                                                                    class="mord mathnormal mtight">a</span><span
 +
                                                                    class="mord mathnormal mtight"
 +
                                                                    style="margin-right:0.03588em;">g</span></span></span></span></span><span
 +
                                                    class="vlist-s">&#x200B;</span></span><span class="vlist-r"><span
 +
                                                    class="vlist"
 +
                                                    style="height:0.286108em;"><span></span></span></span></span></span></span></span></span></span>)
 +
                    in our molecular design.</p>
 +
                <h3 class="mume-header" id="ii-model-preparation">Model Preparation</h3>
 +
 
 +
                <h4 class="mume-header" id="a-michaelis-menten-equation">Michaelis-Menten Equation</h4>
 +
 
 +
                <p><strong>Michaelis-Menten equation</strong> is one of the most classic mathematical descriptions of <strong>the rate of
 +
                    enzymatic reactions</strong>
 +
                    in enzymology. With the application of the maximum reaction rate <span class="katex"><span
 +
                            class="katex-mathml"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
 +
                                <semantics>
 +
                                    <mrow>
 +
                                        <msub>
 +
                                            <mi>V</mi>
 +
                                            <mrow>
 +
                                                <mi>m</mi>
 +
                                                <mi>a</mi>
 +
                                                <mi>x</mi>
 +
                                            </mrow>
 +
                                        </msub>
 +
                                    </mrow>
 +
                                    <annotation encoding="application/x-tex">V_{max}</annotation>
 +
                                </semantics>
 +
                            </math></span><span class="katex-html" aria-hidden="true"><span class="base"><span
 +
                                    class="strut" style="height:0.83333em;vertical-align:-0.15em;"></span><span
 +
                                    class="mord"><span class="mord mathnormal"
 +
                                        style="margin-right:0.22222em;">V</span><span class="msupsub"><span
 +
                                            class="vlist-t vlist-t2"><span class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                    style="height:0.151392em;"><span
 +
                                                        style="top:-2.5500000000000003em;margin-left:-0.22222em;margin-right:0.05em;"><span
 +
                                                            class="pstrut" style="height:2.7em;"></span><span
 +
                                                            class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span
 +
                                                                class="mord mtight"><span
 +
                                                                    class="mord mathnormal mtight">ma</span><span
 +
                                                                    class="mord mathnormal mtight">x</span></span></span></span></span><span
 +
                                                    class="vlist-s">&#x200B;</span></span><span class="vlist-r"><span
 +
                                                    class="vlist"
 +
                                                    style="height:0.15em;"><span></span></span></span></span></span></span></span></span></span>
 +
                    and
 +
                    Michaelis constant <span class="katex"><span class="katex-mathml"><math
 +
                                xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
 +
                                <semantics>
 +
                                    <mrow>
 +
                                        <msub>
 +
                                            <mi>K</mi>
 +
                                            <mi>M</mi>
 +
                                        </msub>
 +
                                    </mrow>
 +
                                    <annotation encoding="application/x-tex">K_M</annotation>
 +
                                </semantics>
 +
                            </math></span><span class="katex-html" aria-hidden="true"><span class="base"><span
 +
                                    class="strut" style="height:0.83333em;vertical-align:-0.15em;"></span><span
 +
                                    class="mord"><span class="mord mathnormal"
 +
                                        style="margin-right:0.07153em;">K</span><span class="msupsub"><span
 +
                                            class="vlist-t vlist-t2"><span class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                    style="height:0.32833099999999993em;"><span
 +
                                                        style="top:-2.5500000000000003em;margin-left:-0.07153em;margin-right:0.05em;"><span
 +
                                                            class="pstrut" style="height:2.7em;"></span><span
 +
                                                            class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span
 +
                                                                class="mord mathnormal mtight"
 +
                                                                style="margin-right:0.10903em;">M</span></span></span></span><span
 +
                                                    class="vlist-s">&#x200B;</span></span><span class="vlist-r"><span
 +
                                                    class="vlist"
 +
                                                    style="height:0.15em;"><span></span></span></span></span></span></span></span></span></span>,
 +
                    we
 +
                    can outline the change of product concentration depended on time.</p>
 +
                <p><span class="katex-display"><span class="katex"><span class="katex-mathml"><math
 +
                                    xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
 +
                                    <semantics>
 +
                                        <mrow>
 +
                                            <msub>
 +
                                                <mi>v</mi>
 +
                                                <mn>0</mn>
 +
                                            </msub>
 +
                                            <mo>=</mo>
 +
                                            <mfrac>
 +
                                                <mrow>
 +
                                                    <msub>
 +
                                                        <mi>V</mi>
 +
                                                        <mrow>
 +
                                                            <mi>m</mi>
 +
                                                            <mi>a</mi>
 +
                                                            <mi>x</mi>
 +
                                                        </mrow>
 +
                                                    </msub>
 +
                                                    <mo stretchy="false">[</mo>
 +
                                                    <mi>S</mi>
 +
                                                    <mo stretchy="false">]</mo>
 +
                                                </mrow>
 +
                                                <mrow>
 +
                                                    <msub>
 +
                                                        <mi>K</mi>
 +
                                                        <mi>M</mi>
 +
                                                    </msub>
 +
                                                    <mo>+</mo>
 +
                                                    <mo stretchy="false">[</mo>
 +
                                                    <mi>S</mi>
 +
                                                    <mo stretchy="false">]</mo>
 +
                                                </mrow>
 +
                                            </mfrac>
 +
                                        </mrow>
 +
                                        <annotation encoding="application/x-tex">v_0 = \frac{V_{max} [S]}{K_M + [S]}
 +
                                        </annotation>
 +
                                    </semantics>
 +
                                </math></span><span class="katex-html" aria-hidden="true"><span class="base"><span
 +
                                        class="strut" style="height:0.58056em;vertical-align:-0.15em;"></span><span
 +
                                        class="mord"><span class="mord mathnormal"
 +
                                            style="margin-right:0.03588em;">v</span><span class="msupsub"><span
 +
                                                class="vlist-t vlist-t2"><span class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                        style="height:0.30110799999999993em;"><span
 +
                                                            style="top:-2.5500000000000003em;margin-left:-0.03588em;margin-right:0.05em;"><span
 +
                                                                class="pstrut" style="height:2.7em;"></span><span
 +
                                                                class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span
 +
                                                                    class="mord mtight">0</span></span></span></span><span
 +
                                                        class="vlist-s">&#x200B;</span></span><span
 +
                                                    class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                        style="height:0.15em;"><span></span></span></span></span></span></span><span
 +
                                        class="mspace" style="margin-right:0.2777777777777778em;"></span><span
 +
                                        class="mrel">=</span><span class="mspace"
 +
                                        style="margin-right:0.2777777777777778em;"></span></span><span
 +
                                    class="base"><span class="strut"
 +
                                        style="height:2.363em;vertical-align:-0.936em;"></span><span class="mord"><span
 +
                                            class="mopen nulldelimiter"></span><span class="mfrac"><span
 +
                                                class="vlist-t vlist-t2"><span class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                        style="height:1.427em;"><span style="top:-2.314em;"><span
 +
                                                                class="pstrut" style="height:3em;"></span><span
 +
                                                                class="mord"><span class="mord"><span
 +
                                                                        class="mord mathnormal"
 +
                                                                        style="margin-right:0.07153em;">K</span><span
 +
                                                                        class="msupsub"><span
 +
                                                                            class="vlist-t vlist-t2"><span
 +
                                                                                class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                                                    style="height:0.32833099999999993em;"><span
 +
                                                                                        style="top:-2.5500000000000003em;margin-left:-0.07153em;margin-right:0.05em;"><span
 +
                                                                                            class="pstrut"
 +
                                                                                            style="height:2.7em;"></span><span
 +
                                                                                            class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span
 +
                                                                                                class="mord mathnormal mtight"
 +
                                                                                                style="margin-right:0.10903em;">M</span></span></span></span><span
 +
                                                                                    class="vlist-s">&#x200B;</span></span><span
 +
                                                                                class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                                                    style="height:0.15em;"><span></span></span></span></span></span></span><span
 +
                                                                    class="mspace"
 +
                                                                    style="margin-right:0.2222222222222222em;"></span><span
 +
                                                                    class="mbin">+</span><span class="mspace"
 +
                                                                    style="margin-right:0.2222222222222222em;"></span><span
 +
                                                                    class="mopen">[</span><span class="mord mathnormal"
 +
                                                                    style="margin-right:0.05764em;">S</span><span
 +
                                                                    class="mclose">]</span></span></span><span
 +
                                                            style="top:-3.23em;"><span class="pstrut"
 +
                                                                style="height:3em;"></span><span class="frac-line"
 +
                                                                style="border-bottom-width:0.04em;"></span></span><span
 +
                                                            style="top:-3.677em;"><span class="pstrut"
 +
                                                                style="height:3em;"></span><span class="mord"><span
 +
                                                                    class="mord"><span class="mord mathnormal"
 +
                                                                        style="margin-right:0.22222em;">V</span><span
 +
                                                                        class="msupsub"><span
 +
                                                                            class="vlist-t vlist-t2"><span
 +
                                                                                class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                                                    style="height:0.151392em;"><span
 +
                                                                                        style="top:-2.5500000000000003em;margin-left:-0.22222em;margin-right:0.05em;"><span
 +
                                                                                            class="pstrut"
 +
                                                                                            style="height:2.7em;"></span><span
 +
                                                                                            class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span
 +
                                                                                                class="mord mtight"><span
 +
                                                                                                    class="mord mathnormal mtight">ma</span><span
 +
                                                                                                    class="mord mathnormal mtight">x</span></span></span></span></span><span
 +
                                                                                    class="vlist-s">&#x200B;</span></span><span
 +
                                                                                class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                                                    style="height:0.15em;"><span></span></span></span></span></span></span><span
 +
                                                                    class="mopen">[</span><span class="mord mathnormal"
 +
                                                                    style="margin-right:0.05764em;">S</span><span
 +
                                                                    class="mclose">]</span></span></span></span><span
 +
                                                        class="vlist-s">&#x200B;</span></span><span
 +
                                                    class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                        style="height:0.936em;"><span></span></span></span></span></span><span
 +
                                            class="mclose nulldelimiter"></span></span></span></span></span></span></p>
 +
                <h4 class="mume-header" id="b-law-of-mass-action">Law of Mass Action</h4>
 +
 
 +
                <p>The rate of the chemical reaction is directly proportional to the activities of the product or
 +
                    concentrations of
 +
                    the reactants, and the proposition is called the law of mass action in chemistry. This law explains
 +
                    and predicts
 +
                    the <strong>behaviors of solutions in dynamic equilibrium</strong>. Specifically, it implies that for a chemical
 +
                    reaction mixture
 +
                    that is in equilibrium, the ratio between the concentration of reactants and products is constant.
 +
                </p>
 +
                <h4 class="mume-header" id="c-assumptions">Assumptions</h4>
 +
 
 +
                <ol>
 +
                    <li>
 +
                        <p>.Assumptions of our model</p>
 +
                        <ul>
 +
                            <li>We assumed that the transcription rate was 0.066 mol/hour<sup>[4]</sup>, or 0.0011 M,
 +
                                constantly, and the
 +
                                translation rate of <em>P. pastoris</em> was set in a constant value of 0.024
 +
                                mol/second.</li>
 +
                            <li>In this <em>in vivo</em> single yeast model we assumed the concentration of AAO DNA was
 +
                                in a steady state,
 +
                                and its concentration was 1.0 M.</li>
 +
                            <li>According to the BioNumbers Database<sup>[5]</sup>, the volume of <em>P. pastoris</em>
 +
                                is approximately
 +
                                1.25 * 10<span class="katex"><span class="katex-mathml"><math
 +
                                            xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
 +
                                            <semantics>
 +
                                                <mrow>
 +
                                                    <msup>
 +
                                                        <mrow></mrow>
 +
                                                        <mrow>
 +
                                                            <mo>&#x2212;</mo>
 +
                                                            <mn>10</mn>
 +
                                                        </mrow>
 +
                                                    </msup>
 +
                                                </mrow>
 +
                                                <annotation encoding="application/x-tex">^{-10}</annotation>
 +
                                            </semantics>
 +
                                        </math></span><span class="katex-html" aria-hidden="true"><span
 +
                                            class="base"><span class="strut"
 +
                                                style="height:0.8141079999999999em;vertical-align:0em;"></span><span
 +
                                                class="mord"><span></span><span class="msupsub"><span
 +
                                                        class="vlist-t"><span class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                                style="height:0.8141079999999999em;"><span
 +
                                                                    style="top:-3.063em;margin-right:0.05em;"><span
 +
                                                                        class="pstrut"
 +
                                                                        style="height:2.7em;"></span><span
 +
                                                                        class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span
 +
                                                                            class="mord mtight"><span
 +
                                                                                class="mord mtight">&#x2212;</span><span
 +
                                                                                class="mord mtight">10</span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span>
 +
                                mL. In our model, we saw all the yeast cells as integration and the whole volume was 1.0
 +
                                L, so the number of
 +
                                <em>P. pastoris</em> was 8.0 * 10<span class="katex"><span class="katex-mathml"><math
 +
                                            xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
 +
                                            <semantics>
 +
                                                <mrow>
 +
                                                    <msup>
 +
                                                        <mrow></mrow>
 +
                                                        <mn>12</mn>
 +
                                                    </msup>
 +
                                                </mrow>
 +
                                                <annotation encoding="application/x-tex">^{12}</annotation>
 +
                                            </semantics>
 +
                                        </math></span><span class="katex-html" aria-hidden="true"><span
 +
                                            class="base"><span class="strut"
 +
                                                style="height:0.8141079999999999em;vertical-align:0em;"></span><span
 +
                                                class="mord"><span></span><span class="msupsub"><span
 +
                                                        class="vlist-t"><span class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                                style="height:0.8141079999999999em;"><span
 +
                                                                    style="top:-3.063em;margin-right:0.05em;"><span
 +
                                                                        class="pstrut"
 +
                                                                        style="height:2.7em;"></span><span
 +
                                                                        class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span
 +
                                                                            class="mord mtight"><span
 +
                                                                                class="mord mtight">12</span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span>.
 +
                            </li>
 +
                            <li>The total volume of our reaction environment was set as 1.0 L.</li>
 +
                        </ul>
 +
                    </li>
 +
                    <li>
 +
                        <p>Assumptions of Michaelis-Menten equation</p>
 +
                        <ul>
 +
                            <li>Due to the fact that in most conditions the process of RNA polymerase is a catalytic
 +
                                procedure of RNA
 +
                                polymerase II (Pol II), and its saturation state is worth considering. Therefore we
 +
                                chose Michaelis-Menten
 +
                                equation to simulate the <strong>whole mRNA synthesis process</strong>.</li>
 +
                            <li>In our <em>in vivo</em> single yeast model, we ignored the <span class="katex"><span
 +
                                        class="katex-mathml"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
 +
                                            <semantics>
 +
                                                <mrow>
 +
                                                    <msub>
 +
                                                        <mi>k</mi>
 +
                                                        <mrow>
 +
                                                            <mi>c</mi>
 +
                                                            <mi>a</mi>
 +
                                                            <mi>t</mi>
 +
                                                        </mrow>
 +
                                                    </msub>
 +
                                                </mrow>
 +
                                                <annotation encoding="application/x-tex">k_{cat}</annotation>
 +
                                            </semantics>
 +
                                        </math></span><span class="katex-html" aria-hidden="true"><span
 +
                                            class="base"><span class="strut"
 +
                                                style="height:0.84444em;vertical-align:-0.15em;"></span><span
 +
                                                class="mord"><span class="mord mathnormal"
 +
                                                    style="margin-right:0.03148em;">k</span><span class="msupsub"><span
 +
                                                        class="vlist-t vlist-t2"><span class="vlist-r"><span
 +
                                                                class="vlist" style="height:0.2805559999999999em;"><span
 +
                                                                    style="top:-2.5500000000000003em;margin-left:-0.03148em;margin-right:0.05em;"><span
 +
                                                                        class="pstrut"
 +
                                                                        style="height:2.7em;"></span><span
 +
                                                                        class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span
 +
                                                                            class="mord mtight"><span
 +
                                                                                class="mord mathnormal mtight">c</span><span
 +
                                                                                class="mord mathnormal mtight">a</span><span
 +
                                                                                class="mord mathnormal mtight">t</span></span></span></span></span><span
 +
                                                                class="vlist-s">&#x200B;</span></span><span
 +
                                                            class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                                style="height:0.15em;"><span></span></span></span></span></span></span></span></span></span>
 +
                                of the mRNA production reaction for a simplification.</li>
 +
                        </ul>
 +
                    </li>
 +
                    <li>
 +
                        <p>Assumption of law of mass action</p>
 +
                        <ul>
 +
                            <li>According to Schneider et al.<sup>[6]</sup>, the degradation rate of mRNA <em>in
 +
                                    vivo</em> is independent
 +
                                of neither ribosomes translational process. Therefore we utilized the half-life of mRNA
 +
                                in <em>P.
 +
                                    pastoris</em><sup>[7]</sup> to directly calculate the first-order degradation rate
 +
                                constant:<br>
 +
                                <span class="katex-display"><span class="katex"><span class="katex-mathml"><math
 +
                                                xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
 +
                                                <semantics>
 +
                                                    <mrow>
 +
                                                        <msub>
 +
                                                            <mi>k</mi>
 +
                                                            <mrow>
 +
                                                                <mi>a</mi>
 +
                                                                <mi>t</mi>
 +
                                                            </mrow>
 +
                                                        </msub>
 +
                                                        <mo>=</mo>
 +
                                                        <mfrac>
 +
                                                            <mrow>
 +
                                                                <mi>ln</mi>
 +
                                                                <mo>&#x2061;</mo>
 +
                                                                <mn>2</mn>
 +
                                                            </mrow>
 +
                                                            <msub>
 +
                                                                <mi>t</mi>
 +
                                                                <mfrac>
 +
                                                                    <mn>1</mn>
 +
                                                                    <mn>2</mn>
 +
                                                                </mfrac>
 +
                                                            </msub>
 +
                                                        </mfrac>
 +
                                                        <mo>=</mo>
 +
                                                        <mfrac>
 +
                                                            <mn>0.693</mn>
 +
                                                            <mrow>
 +
                                                                <mn>27</mn>
 +
                                                                <mtext>&#xA0;</mtext>
 +
                                                                <mi>m</mi>
 +
                                                                <mi>i</mi>
 +
                                                                <mi>n</mi>
 +
                                                            </mrow>
 +
                                                        </mfrac>
 +
                                                        <mo>=</mo>
 +
                                                        <mn>0.026</mn>
 +
                                                        <mtext>&#xA0;</mtext>
 +
                                                        <msup>
 +
                                                            <mrow>
 +
                                                                <mi>m</mi>
 +
                                                                <mi>i</mi>
 +
                                                                <mi>n</mi>
 +
                                                            </mrow>
 +
                                                            <mrow>
 +
                                                                <mo>&#x2212;</mo>
 +
                                                                <mn>1</mn>
 +
                                                            </mrow>
 +
                                                        </msup>
 +
                                                    </mrow>
 +
                                                    <annotation encoding="application/x-tex">k_{at} =
 +
                                                        \frac{\ln{2}}{t_{\frac{1}{2}}}=\frac{0.693}{27 \
 +
                                                        min} =0.026 \ {min}^{-1}</annotation>
 +
                                                </semantics>
 +
                                            </math></span><span class="katex-html" aria-hidden="true"><span
 +
                                                class="base"><span class="strut"
 +
                                                    style="height:0.84444em;vertical-align:-0.15em;"></span><span
 +
                                                    class="mord"><span class="mord mathnormal"
 +
                                                        style="margin-right:0.03148em;">k</span><span
 +
                                                        class="msupsub"><span class="vlist-t vlist-t2"><span
 +
                                                                class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                                    style="height:0.2805559999999999em;"><span
 +
                                                                        style="top:-2.5500000000000003em;margin-left:-0.03148em;margin-right:0.05em;"><span
 +
                                                                            class="pstrut"
 +
                                                                            style="height:2.7em;"></span><span
 +
                                                                            class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span
 +
                                                                                class="mord mtight"><span
 +
                                                                                    class="mord mathnormal mtight">a</span><span
 +
                                                                                    class="mord mathnormal mtight">t</span></span></span></span></span><span
 +
                                                                    class="vlist-s">&#x200B;</span></span><span
 +
                                                                class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                                    style="height:0.15em;"><span></span></span></span></span></span></span><span
 +
                                                    class="mspace"
 +
                                                    style="margin-right:0.2777777777777778em;"></span><span
 +
                                                    class="mrel">=</span><span class="mspace"
 +
                                                    style="margin-right:0.2777777777777778em;"></span></span><span
 +
                                                class="base"><span class="strut"
 +
                                                    style="height:2.54446em;vertical-align:-1.17302em;"></span><span
 +
                                                    class="mord"><span class="mopen nulldelimiter"></span><span
 +
                                                        class="mfrac"><span class="vlist-t vlist-t2"><span
 +
                                                                class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                                    style="height:1.37144em;"><span
 +
                                                                        style="top:-2.314em;"><span class="pstrut"
 +
                                                                            style="height:3em;"></span><span
 +
                                                                            class="mord"><span class="mord"><span
 +
                                                                                    class="mord mathnormal">t</span><span
 +
                                                                                    class="msupsub"><span
 +
                                                                                        class="vlist-t vlist-t2"><span
 +
                                                                                            class="vlist-r"><span
 +
                                                                                                class="vlist"
 +
                                                                                                style="height:0.34480000000000005em;"><span
 +
                                                                                                    style="top:-2.7537800000000003em;margin-left:0em;margin-right:0.05em;"><span
 +
                                                                                                        class="pstrut"
 +
                                                                                                        style="height:3em;"></span><span
 +
                                                                                                        class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span
 +
                                                                                                            class="mord mtight"><span
 +
                                                                                                                class="mord mtight"><span
 +
                                                                                                                    class="mopen nulldelimiter sizing reset-size3 size6"></span><span
 +
                                                                                                                    class="mfrac"><span
 +
                                                                                                                        class="vlist-t vlist-t2"><span
 +
                                                                                                                            class="vlist-r"><span
 +
                                                                                                                                class="vlist"
 +
                                                                                                                                style="height:0.8443142857142858em;"><span
 +
                                                                                                                                    style="top:-2.656em;"><span
 +
                                                                                                                                        class="pstrut"
 +
                                                                                                                                        style="height:3em;"></span><span
 +
                                                                                                                                        class="sizing reset-size3 size1 mtight"><span
 +
                                                                                                                                            class="mord mtight"><span
 +
                                                                                                                                                class="mord mtight">2</span></span></span></span><span
 +
                                                                                                                                    style="top:-3.2255000000000003em;"><span
 +
                                                                                                                                        class="pstrut"
 +
                                                                                                                                        style="height:3em;"></span><span
 +
                                                                                                                                        class="frac-line mtight"
 +
                                                                                                                                        style="border-bottom-width:0.049em;"></span></span><span
 +
                                                                                                                                    style="top:-3.384em;"><span
 +
                                                                                                                                        class="pstrut"
 +
                                                                                                                                        style="height:3em;"></span><span
 +
                                                                                                                                        class="sizing reset-size3 size1 mtight"><span
 +
                                                                                                                                            class="mord mtight"><span
 +
                                                                                                                                                class="mord mtight">1</span></span></span></span></span><span
 +
                                                                                                                                class="vlist-s">&#x200B;</span></span><span
 +
                                                                                                                            class="vlist-r"><span
 +
                                                                                                                                class="vlist"
 +
                                                                                                                                style="height:0.344em;"><span></span></span></span></span></span><span
 +
                                                                                                                    class="mclose nulldelimiter sizing reset-size3 size6"></span></span></span></span></span></span><span
 +
                                                                                                class="vlist-s">&#x200B;</span></span><span
 +
                                                                                            class="vlist-r"><span
 +
                                                                                                class="vlist"
 +
                                                                                                style="height:0.48701999999999995em;"><span></span></span></span></span></span></span></span></span><span
 +
                                                                        style="top:-3.23em;"><span class="pstrut"
 +
                                                                            style="height:3em;"></span><span
 +
                                                                            class="frac-line"
 +
                                                                            style="border-bottom-width:0.04em;"></span></span><span
 +
                                                                        style="top:-3.677em;"><span class="pstrut"
 +
                                                                            style="height:3em;"></span><span
 +
                                                                            class="mord"><span
 +
                                                                                class="mop">ln</span><span
 +
                                                                                class="mspace"
 +
                                                                                style="margin-right:0.16666666666666666em;"></span><span
 +
                                                                                class="mord"><span
 +
                                                                                    class="mord">2</span></span></span></span></span><span
 +
                                                                    class="vlist-s">&#x200B;</span></span><span
 +
                                                                class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                                    style="height:1.17302em;"><span></span></span></span></span></span><span
 +
                                                        class="mclose nulldelimiter"></span></span><span class="mspace"
 +
                                                    style="margin-right:0.2777777777777778em;"></span><span
 +
                                                    class="mrel">=</span><span class="mspace"
 +
                                                    style="margin-right:0.2777777777777778em;"></span></span><span
 +
                                                class="base"><span class="strut"
 +
                                                    style="height:2.00744em;vertical-align:-0.686em;"></span><span
 +
                                                    class="mord"><span class="mopen nulldelimiter"></span><span
 +
                                                        class="mfrac"><span class="vlist-t vlist-t2"><span
 +
                                                                class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                                    style="height:1.32144em;"><span
 +
                                                                        style="top:-2.314em;"><span class="pstrut"
 +
                                                                            style="height:3em;"></span><span
 +
                                                                            class="mord"><span
 +
                                                                                class="mord">27</span><span
 +
                                                                                class="mspace">&#xA0;</span><span
 +
                                                                                class="mord mathnormal">min</span></span></span><span
 +
                                                                        style="top:-3.23em;"><span class="pstrut"
 +
                                                                            style="height:3em;"></span><span
 +
                                                                            class="frac-line"
 +
                                                                            style="border-bottom-width:0.04em;"></span></span><span
 +
                                                                        style="top:-3.677em;"><span class="pstrut"
 +
                                                                            style="height:3em;"></span><span
 +
                                                                            class="mord"><span
 +
                                                                                class="mord">0.693</span></span></span></span><span
 +
                                                                    class="vlist-s">&#x200B;</span></span><span
 +
                                                                class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                                    style="height:0.686em;"><span></span></span></span></span></span><span
 +
                                                        class="mclose nulldelimiter"></span></span><span class="mspace"
 +
                                                    style="margin-right:0.2777777777777778em;"></span><span
 +
                                                    class="mrel">=</span><span class="mspace"
 +
                                                    style="margin-right:0.2777777777777778em;"></span></span><span
 +
                                                class="base"><span class="strut"
 +
                                                    style="height:0.864108em;vertical-align:0em;"></span><span
 +
                                                    class="mord">0.026</span><span class="mspace">&#xA0;</span><span
 +
                                                    class="mord"><span class="mord"><span
 +
                                                            class="mord mathnormal">min</span></span><span
 +
                                                        class="msupsub"><span class="vlist-t"><span
 +
                                                                class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                                    style="height:0.864108em;"><span
 +
                                                                        style="top:-3.113em;margin-right:0.05em;"><span
 +
                                                                            class="pstrut"
 +
                                                                            style="height:2.7em;"></span><span
 +
                                                                            class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span
 +
                                                                                class="mord mtight"><span
 +
                                                                                    class="mord mtight">&#x2212;</span><span
 +
                                                                                    class="mord mtight">1</span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span>
 +
                            </li>
 +
                        </ul>
 +
                    </li>
 +
                </ol>
 +
                <h3 class="mume-header" id="iii-model-establishment">Model Establishment</h3>
 +
 
 +
                <p>In this part we utilized the systems biology MATLAB tool, SimBiology, to construct this single yeast
 +
                    <em>in
 +
                        vivo</em> dynamic model.
 +
                </p>
 +
                <img src="https://static.igem.org/mediawiki/2021/4/49/T--CPU_CHINA--Mathematical_Modeling-1.png" alt="">
 +
                <p class="imgdescribe"><strong>Fig.  1 Diagram of AAO protein <em>in vivo</em> production.</strong></p>
 +
                <h3 class="mume-header" id="iv-equations">Equations</h3>
 +
 
 +
                <h4 class="mume-header" id="a-aao-mrna-production-degradation">AAO mRNA Production &amp; Degradation
 +
                </h4>
 +
 
 +
                <p><span class="katex-display"><span class="katex"><span class="katex-mathml"><math
 +
                                    xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
 +
                                    <semantics>
 +
                                        <mrow>
 +
                                            <mfrac>
 +
                                                <mrow>
 +
                                                    <mi>d</mi>
 +
                                                    <mo stretchy="false">[</mo>
 +
                                                    <mi>A</mi>
 +
                                                    <mi>A</mi>
 +
                                                    <mi>O</mi>
 +
                                                    <mtext>&#xA0;</mtext>
 +
                                                    <mi>m</mi>
 +
                                                    <mi>R</mi>
 +
                                                    <mi>N</mi>
 +
                                                    <mi>A</mi>
 +
                                                    <mo stretchy="false">]</mo>
 +
                                                </mrow>
 +
                                                <mrow>
 +
                                                    <mi>d</mi>
 +
                                                    <mi>t</mi>
 +
                                                </mrow>
 +
                                            </mfrac>
 +
                                            <mo>=</mo>
 +
                                            <mfrac>
 +
                                                <mrow>
 +
                                                    <msub>
 +
                                                        <mi>V</mi>
 +
                                                        <mrow>
 +
                                                            <mi>a</mi>
 +
                                                            <mi>m</mi>
 +
                                                        </mrow>
 +
                                                    </msub>
 +
                                                    <mo stretchy="false">[</mo>
 +
                                                    <mi>A</mi>
 +
                                                    <mi>A</mi>
 +
                                                    <mi>O</mi>
 +
                                                    <mtext>&#xA0;</mtext>
 +
                                                    <mi>D</mi>
 +
                                                    <mi>N</mi>
 +
                                                    <mi>A</mi>
 +
                                                    <mo stretchy="false">]</mo>
 +
                                                </mrow>
 +
                                                <mrow>
 +
                                                    <msub>
 +
                                                        <mi>K</mi>
 +
                                                        <mrow>
 +
                                                            <mi>a</mi>
 +
                                                            <mi>m</mi>
 +
                                                        </mrow>
 +
                                                    </msub>
 +
                                                    <mtext>&#xA0;</mtext>
 +
                                                    <mo>+</mo>
 +
                                                    <mtext>&#xA0;</mtext>
 +
                                                    <mo stretchy="false">[</mo>
 +
                                                    <mi>A</mi>
 +
                                                    <mi>A</mi>
 +
                                                    <mi>O</mi>
 +
                                                    <mtext>&#xA0;</mtext>
 +
                                                    <mi>D</mi>
 +
                                                    <mi>N</mi>
 +
                                                    <mi>A</mi>
 +
                                                    <mo stretchy="false">]</mo>
 +
                                                </mrow>
 +
                                            </mfrac>
 +
                                            <mtext>&#xA0;</mtext>
 +
                                            <mo>&#x2212;</mo>
 +
                                            <mtext>&#xA0;</mtext>
 +
                                            <msub>
 +
                                                <mi>&#x3B1;</mi>
 +
                                                <mrow>
 +
                                                    <mi>c</mi>
 +
                                                    <mi>a</mi>
 +
                                                    <mi>d</mi>
 +
                                                </mrow>
 +
                                            </msub>
 +
                                            <mo stretchy="false">[</mo>
 +
                                            <mi>A</mi>
 +
                                            <mi>A</mi>
 +
                                            <mi>O</mi>
 +
                                            <mtext>&#xA0;</mtext>
 +
                                            <mi>D</mi>
 +
                                            <mi>N</mi>
 +
                                            <mi>A</mi>
 +
                                            <mo stretchy="false">]</mo>
 +
                                        </mrow>
 +
                                        <annotation encoding="application/x-tex">\frac{d[AAO \ mRNA]}{dt} =
 +
                                            \frac{V_{am}[AAO \ DNA]}{K_{am} \ +
 +
                                            \ [AAO \ DNA]} \ - \ {\alpha}_{cad}[AAO \ DNA]</annotation>
 +
                                    </semantics>
 +
                                </math></span><span class="katex-html" aria-hidden="true"><span class="base"><span
 +
                                        class="strut" style="height:2.113em;vertical-align:-0.686em;"></span><span
 +
                                        class="mord"><span class="mopen nulldelimiter"></span><span class="mfrac"><span
 +
                                                class="vlist-t vlist-t2"><span class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                        style="height:1.427em;"><span style="top:-2.314em;"><span
 +
                                                                class="pstrut" style="height:3em;"></span><span
 +
                                                                class="mord"><span class="mord mathnormal">d</span><span
 +
                                                                    class="mord mathnormal">t</span></span></span><span
 +
                                                            style="top:-3.23em;"><span class="pstrut"
 +
                                                                style="height:3em;"></span><span class="frac-line"
 +
                                                                style="border-bottom-width:0.04em;"></span></span><span
 +
                                                            style="top:-3.677em;"><span class="pstrut"
 +
                                                                style="height:3em;"></span><span class="mord"><span
 +
                                                                    class="mord mathnormal">d</span><span
 +
                                                                    class="mopen">[</span><span
 +
                                                                    class="mord mathnormal">AA</span><span
 +
                                                                    class="mord mathnormal"
 +
                                                                    style="margin-right:0.02778em;">O</span><span
 +
                                                                    class="mspace">&#xA0;</span><span
 +
                                                                    class="mord mathnormal">m</span><span
 +
                                                                    class="mord mathnormal"
 +
                                                                    style="margin-right:0.10903em;">RN</span><span
 +
                                                                    class="mord mathnormal">A</span><span
 +
                                                                    class="mclose">]</span></span></span></span><span
 +
                                                        class="vlist-s">&#x200B;</span></span><span
 +
                                                    class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                        style="height:0.686em;"><span></span></span></span></span></span><span
 +
                                            class="mclose nulldelimiter"></span></span><span class="mspace"
 +
                                        style="margin-right:0.2777777777777778em;"></span><span
 +
                                        class="mrel">=</span><span class="mspace"
 +
                                        style="margin-right:0.2777777777777778em;"></span></span><span
 +
                                    class="base"><span class="strut"
 +
                                        style="height:2.363em;vertical-align:-0.936em;"></span><span class="mord"><span
 +
                                            class="mopen nulldelimiter"></span><span class="mfrac"><span
 +
                                                class="vlist-t vlist-t2"><span class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                        style="height:1.427em;"><span style="top:-2.314em;"><span
 +
                                                                class="pstrut" style="height:3em;"></span><span
 +
                                                                class="mord"><span class="mord"><span
 +
                                                                        class="mord mathnormal"
 +
                                                                        style="margin-right:0.07153em;">K</span><span
 +
                                                                        class="msupsub"><span
 +
                                                                            class="vlist-t vlist-t2"><span
 +
                                                                                class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                                                    style="height:0.151392em;"><span
 +
                                                                                        style="top:-2.5500000000000003em;margin-left:-0.07153em;margin-right:0.05em;"><span
 +
                                                                                            class="pstrut"
 +
                                                                                            style="height:2.7em;"></span><span
 +
                                                                                            class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span
 +
                                                                                                class="mord mtight"><span
 +
                                                                                                    class="mord mathnormal mtight">am</span></span></span></span></span><span
 +
                                                                                    class="vlist-s">&#x200B;</span></span><span
 +
                                                                                class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                                                    style="height:0.15em;"><span></span></span></span></span></span></span><span
 +
                                                                    class="mspace">&#xA0;</span><span class="mspace"
 +
                                                                    style="margin-right:0.2222222222222222em;"></span><span
 +
                                                                    class="mbin">+</span><span
 +
                                                                    class="mspace">&#xA0;</span><span class="mspace"
 +
                                                                    style="margin-right:0.2222222222222222em;"></span><span
 +
                                                                    class="mopen">[</span><span
 +
                                                                    class="mord mathnormal">AA</span><span
 +
                                                                    class="mord mathnormal"
 +
                                                                    style="margin-right:0.02778em;">O</span><span
 +
                                                                    class="mspace">&#xA0;</span><span
 +
                                                                    class="mord mathnormal"
 +
                                                                    style="margin-right:0.02778em;">D</span><span
 +
                                                                    class="mord mathnormal"
 +
                                                                    style="margin-right:0.10903em;">N</span><span
 +
                                                                    class="mord mathnormal">A</span><span
 +
                                                                    class="mclose">]</span></span></span><span
 +
                                                            style="top:-3.23em;"><span class="pstrut"
 +
                                                                style="height:3em;"></span><span class="frac-line"
 +
                                                                style="border-bottom-width:0.04em;"></span></span><span
 +
                                                            style="top:-3.677em;"><span class="pstrut"
 +
                                                                style="height:3em;"></span><span class="mord"><span
 +
                                                                    class="mord"><span class="mord mathnormal"
 +
                                                                        style="margin-right:0.22222em;">V</span><span
 +
                                                                        class="msupsub"><span
 +
                                                                            class="vlist-t vlist-t2"><span
 +
                                                                                class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                                                    style="height:0.151392em;"><span
 +
                                                                                        style="top:-2.5500000000000003em;margin-left:-0.22222em;margin-right:0.05em;"><span
 +
                                                                                            class="pstrut"
 +
                                                                                            style="height:2.7em;"></span><span
 +
                                                                                            class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span
 +
                                                                                                class="mord mtight"><span
 +
                                                                                                    class="mord mathnormal mtight">am</span></span></span></span></span><span
 +
                                                                                    class="vlist-s">&#x200B;</span></span><span
 +
                                                                                class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                                                    style="height:0.15em;"><span></span></span></span></span></span></span><span
 +
                                                                    class="mopen">[</span><span
 +
                                                                    class="mord mathnormal">AA</span><span
 +
                                                                    class="mord mathnormal"
 +
                                                                    style="margin-right:0.02778em;">O</span><span
 +
                                                                    class="mspace">&#xA0;</span><span
 +
                                                                    class="mord mathnormal"
 +
                                                                    style="margin-right:0.02778em;">D</span><span
 +
                                                                    class="mord mathnormal"
 +
                                                                    style="margin-right:0.10903em;">N</span><span
 +
                                                                    class="mord mathnormal">A</span><span
 +
                                                                    class="mclose">]</span></span></span></span><span
 +
                                                        class="vlist-s">&#x200B;</span></span><span
 +
                                                    class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                        style="height:0.936em;"><span></span></span></span></span></span><span
 +
                                            class="mclose nulldelimiter"></span></span><span
 +
                                        class="mspace">&#xA0;</span><span class="mspace"
 +
                                        style="margin-right:0.2222222222222222em;"></span><span
 +
                                        class="mbin">&#x2212;</span><span class="mspace">&#xA0;</span><span
 +
                                        class="mspace" style="margin-right:0.2222222222222222em;"></span></span><span
 +
                                    class="base"><span class="strut"
 +
                                        style="height:1em;vertical-align:-0.25em;"></span><span class="mord"><span
 +
                                            class="mord"><span class="mord mathnormal"
 +
                                                style="margin-right:0.0037em;">&#x3B1;</span></span><span
 +
                                            class="msupsub"><span class="vlist-t vlist-t2"><span class="vlist-r"><span
 +
                                                        class="vlist" style="height:0.33610799999999996em;"><span
 +
                                                            style="top:-2.5500000000000003em;margin-right:0.05em;"><span
 +
                                                                class="pstrut" style="height:2.7em;"></span><span
 +
                                                                class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span
 +
                                                                    class="mord mtight"><span
 +
                                                                        class="mord mathnormal mtight">c</span><span
 +
                                                                        class="mord mathnormal mtight">a</span><span
 +
                                                                        class="mord mathnormal mtight">d</span></span></span></span></span><span
 +
                                                        class="vlist-s">&#x200B;</span></span><span
 +
                                                    class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                        style="height:0.15em;"><span></span></span></span></span></span></span><span
 +
                                        class="mopen">[</span><span class="mord mathnormal">AA</span><span
 +
                                        class="mord mathnormal" style="margin-right:0.02778em;">O</span><span
 +
                                        class="mspace">&#xA0;</span><span class="mord mathnormal"
 +
                                        style="margin-right:0.02778em;">D</span><span class="mord mathnormal"
 +
                                        style="margin-right:0.10903em;">N</span><span
 +
                                        class="mord mathnormal">A</span><span
 +
                                        class="mclose">]</span></span></span></span></span></p>
 +
                <p>A formula describing the production of AAO mRNA using Michaelis-Menten equation and and degradation
 +
                    of AAO mRNA
 +
                    in the cytosol with law of mass action.</p>
 +
                <h4 class="mume-header" id="b-aao-mrna-translation">AAO mRNA Translation</h4>
 +
 
 +
                <p><span class="katex-display"><span class="katex"><span class="katex-mathml"><math
 +
                                    xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
 +
                                    <semantics>
 +
                                        <mrow>
 +
                                            <mfrac>
 +
                                                <mrow>
 +
                                                    <mi>d</mi>
 +
                                                    <mo stretchy="false">[</mo>
 +
                                                    <mi>A</mi>
 +
                                                    <mi>A</mi>
 +
                                                    <mi>O</mi>
 +
                                                    <mo stretchy="false">]</mo>
 +
                                                </mrow>
 +
                                                <mrow>
 +
                                                    <mi>d</mi>
 +
                                                    <mi>t</mi>
 +
                                                </mrow>
 +
                                            </mfrac>
 +
                                            <mo>=</mo>
 +
                                            <msub>
 +
                                                <mi>d</mi>
 +
                                                <mrow>
 +
                                                    <mi>a</mi>
 +
                                                    <mi>t</mi>
 +
                                                </mrow>
 +
                                            </msub>
 +
                                            <mo stretchy="false">[</mo>
 +
                                            <mi>A</mi>
 +
                                            <mi>A</mi>
 +
                                            <mi>O</mi>
 +
                                            <mtext>&#xA0;</mtext>
 +
                                            <mi>m</mi>
 +
                                            <mi>R</mi>
 +
                                            <mi>N</mi>
 +
                                            <mi>A</mi>
 +
                                            <mo stretchy="false">]</mo>
 +
                                        </mrow>
 +
                                        <annotation encoding="application/x-tex">\frac{d[AAO]}{dt} = d_{at}[AAO \ mRNA]
 +
                                        </annotation>
 +
                                    </semantics>
 +
                                </math></span><span class="katex-html" aria-hidden="true"><span class="base"><span
 +
                                        class="strut" style="height:2.113em;vertical-align:-0.686em;"></span><span
 +
                                        class="mord"><span class="mopen nulldelimiter"></span><span class="mfrac"><span
 +
                                                class="vlist-t vlist-t2"><span class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                        style="height:1.427em;"><span style="top:-2.314em;"><span
 +
                                                                class="pstrut" style="height:3em;"></span><span
 +
                                                                class="mord"><span class="mord mathnormal">d</span><span
 +
                                                                    class="mord mathnormal">t</span></span></span><span
 +
                                                            style="top:-3.23em;"><span class="pstrut"
 +
                                                                style="height:3em;"></span><span class="frac-line"
 +
                                                                style="border-bottom-width:0.04em;"></span></span><span
 +
                                                            style="top:-3.677em;"><span class="pstrut"
 +
                                                                style="height:3em;"></span><span class="mord"><span
 +
                                                                    class="mord mathnormal">d</span><span
 +
                                                                    class="mopen">[</span><span
 +
                                                                    class="mord mathnormal">AA</span><span
 +
                                                                    class="mord mathnormal"
 +
                                                                    style="margin-right:0.02778em;">O</span><span
 +
                                                                    class="mclose">]</span></span></span></span><span
 +
                                                        class="vlist-s">&#x200B;</span></span><span
 +
                                                    class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                        style="height:0.686em;"><span></span></span></span></span></span><span
 +
                                            class="mclose nulldelimiter"></span></span><span class="mspace"
 +
                                        style="margin-right:0.2777777777777778em;"></span><span
 +
                                        class="mrel">=</span><span class="mspace"
 +
                                        style="margin-right:0.2777777777777778em;"></span></span><span
 +
                                    class="base"><span class="strut"
 +
                                        style="height:1em;vertical-align:-0.25em;"></span><span class="mord"><span
 +
                                            class="mord mathnormal">d</span><span class="msupsub"><span
 +
                                                class="vlist-t vlist-t2"><span class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                        style="height:0.2805559999999999em;"><span
 +
                                                            style="top:-2.5500000000000003em;margin-left:0em;margin-right:0.05em;"><span
 +
                                                                class="pstrut" style="height:2.7em;"></span><span
 +
                                                                class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span
 +
                                                                    class="mord mtight"><span
 +
                                                                        class="mord mathnormal mtight">a</span><span
 +
                                                                        class="mord mathnormal mtight">t</span></span></span></span></span><span
 +
                                                        class="vlist-s">&#x200B;</span></span><span
 +
                                                    class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                        style="height:0.15em;"><span></span></span></span></span></span></span><span
 +
                                        class="mopen">[</span><span class="mord mathnormal">AA</span><span
 +
                                        class="mord mathnormal" style="margin-right:0.02778em;">O</span><span
 +
                                        class="mspace">&#xA0;</span><span class="mord mathnormal">m</span><span
 +
                                        class="mord mathnormal" style="margin-right:0.10903em;">RN</span><span
 +
                                        class="mord mathnormal">A</span><span
 +
                                        class="mclose">]</span></span></span></span></span></p>
 +
                <p>First-order kinetics was applied to simulate the protein translation stage.</p>
 +
                <h3 class="mume-header" id="v-parameters">Parameters</h3>
 +
 
 +
                <p class="tabledescribe"><strong>Table.1 Parameters used in the AAO model.</strong></p>
 +
                <figure>
 +
                    <table>
 +
                      <thead>
 +
                        <tr>
 +
                          <th style='text-align:center;'><span>Parameters</span></th>
 +
                          <th style='text-align:center;'><span>Value</span></th>
 +
                          <th style='text-align:center;'><span>Description</span></th>
 +
                        </tr>
 +
                      </thead>
 +
                      <tbody>
 +
                        <tr>
 +
                          <td style='text-align:center;'>
 +
                            <mjx-container class="MathJax" jax="SVG" style="position: relative;"><svg
 +
                                xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" width="4.36ex" height="1.902ex" role="img" focusable="false"
 +
                                viewBox="0 -683 1926.9 840.8" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" aria-hidden="true"
 +
                                style="vertical-align: -0.357ex;">
 +
                                <defs>
 +
                                  <path id="MJX-1-TEX-I-1D43E"
 +
                                    d="M285 628Q285 635 228 637Q205 637 198 638T191 647Q191 649 193 661Q199 681 203 682Q205 683 214 683H219Q260 681 355 681Q389 681 418 681T463 682T483 682Q500 682 500 674Q500 669 497 660Q496 658 496 654T495 648T493 644T490 641T486 639T479 638T470 637T456 637Q416 636 405 634T387 623L306 305Q307 305 490 449T678 597Q692 611 692 620Q692 635 667 637Q651 637 651 648Q651 650 654 662T659 677Q662 682 676 682Q680 682 711 681T791 680Q814 680 839 681T869 682Q889 682 889 672Q889 650 881 642Q878 637 862 637Q787 632 726 586Q710 576 656 534T556 455L509 418L518 396Q527 374 546 329T581 244Q656 67 661 61Q663 59 666 57Q680 47 717 46H738Q744 38 744 37T741 19Q737 6 731 0H720Q680 3 625 3Q503 3 488 0H478Q472 6 472 9T474 27Q478 40 480 43T491 46H494Q544 46 544 71Q544 75 517 141T485 216L427 354L359 301L291 248L268 155Q245 63 245 58Q245 51 253 49T303 46H334Q340 37 340 35Q340 19 333 5Q328 0 317 0Q314 0 280 1T180 2Q118 2 85 2T49 1Q31 1 31 11Q31 13 34 25Q38 41 42 43T65 46Q92 46 125 49Q139 52 144 61Q147 65 216 339T285 628Z">
 +
                                  </path>
 +
                                  <path id="MJX-1-TEX-I-1D44E"
 +
                                    d="M33 157Q33 258 109 349T280 441Q331 441 370 392Q386 422 416 422Q429 422 439 414T449 394Q449 381 412 234T374 68Q374 43 381 35T402 26Q411 27 422 35Q443 55 463 131Q469 151 473 152Q475 153 483 153H487Q506 153 506 144Q506 138 501 117T481 63T449 13Q436 0 417 -8Q409 -10 393 -10Q359 -10 336 5T306 36L300 51Q299 52 296 50Q294 48 292 46Q233 -10 172 -10Q117 -10 75 30T33 157ZM351 328Q351 334 346 350T323 385T277 405Q242 405 210 374T160 293Q131 214 119 129Q119 126 119 118T118 106Q118 61 136 44T179 26Q217 26 254 59T298 110Q300 114 325 217T351 328Z">
 +
                                  </path>
 +
                                  <path id="MJX-1-TEX-I-1D45A"
 +
                                    d="M21 287Q22 293 24 303T36 341T56 388T88 425T132 442T175 435T205 417T221 395T229 376L231 369Q231 367 232 367L243 378Q303 442 384 442Q401 442 415 440T441 433T460 423T475 411T485 398T493 385T497 373T500 364T502 357L510 367Q573 442 659 442Q713 442 746 415T780 336Q780 285 742 178T704 50Q705 36 709 31T724 26Q752 26 776 56T815 138Q818 149 821 151T837 153Q857 153 857 145Q857 144 853 130Q845 101 831 73T785 17T716 -10Q669 -10 648 17T627 73Q627 92 663 193T700 345Q700 404 656 404H651Q565 404 506 303L499 291L466 157Q433 26 428 16Q415 -11 385 -11Q372 -11 364 -4T353 8T350 18Q350 29 384 161L420 307Q423 322 423 345Q423 404 379 404H374Q288 404 229 303L222 291L189 157Q156 26 151 16Q138 -11 108 -11Q95 -11 87 -5T76 7T74 17Q74 30 112 181Q151 335 151 342Q154 357 154 369Q154 405 129 405Q107 405 92 377T69 316T57 280Q55 278 41 278H27Q21 284 21 287Z">
 +
                                  </path>
 +
                                </defs>
 +
                                <g stroke="currentColor" fill="currentColor" stroke-width="0" transform="scale(1,-1)">
 +
                                  <g data-mml-node="math">
 +
                                    <g data-mml-node="msub">
 +
                                      <g data-mml-node="mi">
 +
                                        <use data-c="1D43E" xlink:href="#MJX-1-TEX-I-1D43E"></use>
 +
                                      </g>
 +
                                      <g data-mml-node="TeXAtom" transform="translate(882,-150) scale(0.707)"
 +
                                        data-mjx-texclass="ORD">
 +
                                        <g data-mml-node="mi">
 +
                                          <use data-c="1D44E" xlink:href="#MJX-1-TEX-I-1D44E"></use>
 +
                                        </g>
 +
                                        <g data-mml-node="mi" transform="translate(529,0)">
 +
                                          <use data-c="1D45A" xlink:href="#MJX-1-TEX-I-1D45A"></use>
 +
                                        </g>
 +
                                      </g>
 +
                                    </g>
 +
                                  </g>
 +
                                </g>
 +
                              </svg>
 +
                            </mjx-container>
 +
                            <script type="math/tex">K_{am}</script>
 +
                          </td>
 +
                          <td style='text-align:center;'><span>0.0011 molarity</span></td>
 +
                          <td style='text-align:center;'><span>Michaelis constant (</span>
 +
                            <mjx-container class="MathJax" jax="SVG" style="position: relative;"><svg
 +
                                xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" width="3.79ex" height="1.885ex" role="img" focusable="false"
 +
                                viewBox="0 -683 1675.2 833" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" aria-hidden="true"
 +
                                style="vertical-align: -0.339ex;">
 +
                                <defs>
 +
                                  <path id="MJX-2-TEX-I-1D43E"
 +
                                    d="M285 628Q285 635 228 637Q205 637 198 638T191 647Q191 649 193 661Q199 681 203 682Q205 683 214 683H219Q260 681 355 681Q389 681 418 681T463 682T483 682Q500 682 500 674Q500 669 497 660Q496 658 496 654T495 648T493 644T490 641T486 639T479 638T470 637T456 637Q416 636 405 634T387 623L306 305Q307 305 490 449T678 597Q692 611 692 620Q692 635 667 637Q651 637 651 648Q651 650 654 662T659 677Q662 682 676 682Q680 682 711 681T791 680Q814 680 839 681T869 682Q889 682 889 672Q889 650 881 642Q878 637 862 637Q787 632 726 586Q710 576 656 534T556 455L509 418L518 396Q527 374 546 329T581 244Q656 67 661 61Q663 59 666 57Q680 47 717 46H738Q744 38 744 37T741 19Q737 6 731 0H720Q680 3 625 3Q503 3 488 0H478Q472 6 472 9T474 27Q478 40 480 43T491 46H494Q544 46 544 71Q544 75 517 141T485 216L427 354L359 301L291 248L268 155Q245 63 245 58Q245 51 253 49T303 46H334Q340 37 340 35Q340 19 333 5Q328 0 317 0Q314 0 280 1T180 2Q118 2 85 2T49 1Q31 1 31 11Q31 13 34 25Q38 41 42 43T65 46Q92 46 125 49Q139 52 144 61Q147 65 216 339T285 628Z">
 +
                                  </path>
 +
                                  <path id="MJX-2-TEX-I-1D440"
 +
                                    d="M289 629Q289 635 232 637Q208 637 201 638T194 648Q194 649 196 659Q197 662 198 666T199 671T201 676T203 679T207 681T212 683T220 683T232 684Q238 684 262 684T307 683Q386 683 398 683T414 678Q415 674 451 396L487 117L510 154Q534 190 574 254T662 394Q837 673 839 675Q840 676 842 678T846 681L852 683H948Q965 683 988 683T1017 684Q1051 684 1051 673Q1051 668 1048 656T1045 643Q1041 637 1008 637Q968 636 957 634T939 623Q936 618 867 340T797 59Q797 55 798 54T805 50T822 48T855 46H886Q892 37 892 35Q892 19 885 5Q880 0 869 0Q864 0 828 1T736 2Q675 2 644 2T609 1Q592 1 592 11Q592 13 594 25Q598 41 602 43T625 46Q652 46 685 49Q699 52 704 61Q706 65 742 207T813 490T848 631L654 322Q458 10 453 5Q451 4 449 3Q444 0 433 0Q418 0 415 7Q413 11 374 317L335 624L267 354Q200 88 200 79Q206 46 272 46H282Q288 41 289 37T286 19Q282 3 278 1Q274 0 267 0Q265 0 255 0T221 1T157 2Q127 2 95 1T58 0Q43 0 39 2T35 11Q35 13 38 25T43 40Q45 46 65 46Q135 46 154 86Q158 92 223 354T289 629Z">
 +
                                  </path>
 +
                                </defs>
 +
                                <g stroke="currentColor" fill="currentColor" stroke-width="0" transform="scale(1,-1)">
 +
                                  <g data-mml-node="math">
 +
                                    <g data-mml-node="msub">
 +
                                      <g data-mml-node="mi">
 +
                                        <use data-c="1D43E" xlink:href="#MJX-2-TEX-I-1D43E"></use>
 +
                                      </g>
 +
                                      <g data-mml-node="mi" transform="translate(882,-150) scale(0.707)">
 +
                                        <use data-c="1D440" xlink:href="#MJX-2-TEX-I-1D440"></use>
 +
                                      </g>
 +
                                    </g>
 +
                                  </g>
 +
                                </g>
 +
                              </svg>
 +
                            </mjx-container>
 +
                            <script type="math/tex">K_M</script><span>) of AAO DNA transcription from BRENDA database.</span>
 +
                          </td>
 +
                        </tr>
 +
                        <tr>
 +
                          <td style='text-align:center;'>
 +
                            <mjx-container class="MathJax" jax="SVG" style="position: relative;"><svg
 +
                                xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" width="3.758ex" height="1.902ex" role="img" focusable="false"
 +
                                viewBox="0 -683 1660.9 840.8" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" aria-hidden="true"
 +
                                style="vertical-align: -0.357ex;">
 +
                                <defs>
 +
                                  <path id="MJX-3-TEX-I-1D449"
 +
                                    d="M52 648Q52 670 65 683H76Q118 680 181 680Q299 680 320 683H330Q336 677 336 674T334 656Q329 641 325 637H304Q282 635 274 635Q245 630 242 620Q242 618 271 369T301 118L374 235Q447 352 520 471T595 594Q599 601 599 609Q599 633 555 637Q537 637 537 648Q537 649 539 661Q542 675 545 679T558 683Q560 683 570 683T604 682T668 681Q737 681 755 683H762Q769 676 769 672Q769 655 760 640Q757 637 743 637Q730 636 719 635T698 630T682 623T670 615T660 608T652 599T645 592L452 282Q272 -9 266 -16Q263 -18 259 -21L241 -22H234Q216 -22 216 -15Q213 -9 177 305Q139 623 138 626Q133 637 76 637H59Q52 642 52 648Z">
 +
                                  </path>
 +
                                  <path id="MJX-3-TEX-I-1D44E"
 +
                                    d="M33 157Q33 258 109 349T280 441Q331 441 370 392Q386 422 416 422Q429 422 439 414T449 394Q449 381 412 234T374 68Q374 43 381 35T402 26Q411 27 422 35Q443 55 463 131Q469 151 473 152Q475 153 483 153H487Q506 153 506 144Q506 138 501 117T481 63T449 13Q436 0 417 -8Q409 -10 393 -10Q359 -10 336 5T306 36L300 51Q299 52 296 50Q294 48 292 46Q233 -10 172 -10Q117 -10 75 30T33 157ZM351 328Q351 334 346 350T323 385T277 405Q242 405 210 374T160 293Q131 214 119 129Q119 126 119 118T118 106Q118 61 136 44T179 26Q217 26 254 59T298 110Q300 114 325 217T351 328Z">
 +
                                  </path>
 +
                                  <path id="MJX-3-TEX-I-1D45A"
 +
                                    d="M21 287Q22 293 24 303T36 341T56 388T88 425T132 442T175 435T205 417T221 395T229 376L231 369Q231 367 232 367L243 378Q303 442 384 442Q401 442 415 440T441 433T460 423T475 411T485 398T493 385T497 373T500 364T502 357L510 367Q573 442 659 442Q713 442 746 415T780 336Q780 285 742 178T704 50Q705 36 709 31T724 26Q752 26 776 56T815 138Q818 149 821 151T837 153Q857 153 857 145Q857 144 853 130Q845 101 831 73T785 17T716 -10Q669 -10 648 17T627 73Q627 92 663 193T700 345Q700 404 656 404H651Q565 404 506 303L499 291L466 157Q433 26 428 16Q415 -11 385 -11Q372 -11 364 -4T353 8T350 18Q350 29 384 161L420 307Q423 322 423 345Q423 404 379 404H374Q288 404 229 303L222 291L189 157Q156 26 151 16Q138 -11 108 -11Q95 -11 87 -5T76 7T74 17Q74 30 112 181Q151 335 151 342Q154 357 154 369Q154 405 129 405Q107 405 92 377T69 316T57 280Q55 278 41 278H27Q21 284 21 287Z">
 +
                                  </path>
 +
                                </defs>
 +
                                <g stroke="currentColor" fill="currentColor" stroke-width="0" transform="scale(1,-1)">
 +
                                  <g data-mml-node="math">
 +
                                    <g data-mml-node="msub">
 +
                                      <g data-mml-node="mi">
 +
                                        <use data-c="1D449" xlink:href="#MJX-3-TEX-I-1D449"></use>
 +
                                      </g>
 +
                                      <g data-mml-node="TeXAtom" transform="translate(616,-150) scale(0.707)"
 +
                                        data-mjx-texclass="ORD">
 +
                                        <g data-mml-node="mi">
 +
                                          <use data-c="1D44E" xlink:href="#MJX-3-TEX-I-1D44E"></use>
 +
                                        </g>
 +
                                        <g data-mml-node="mi" transform="translate(529,0)">
 +
                                          <use data-c="1D45A" xlink:href="#MJX-3-TEX-I-1D45A"></use>
 +
                                        </g>
 +
                                      </g>
 +
                                    </g>
 +
                                  </g>
 +
                                </g>
 +
                              </svg>
 +
                            </mjx-container>
 +
                            <script type="math/tex">V_{am}</script>
 +
                          </td>
 +
                          <td style='text-align:center;'><span>0.05 molarity/second</span></td>
 +
                          <td style='text-align:center;'><span>The estimated maximum reaction rate of AAO DNA transcription.</span>
 +
                          </td>
 +
                        </tr>
 +
                        <tr>
 +
                          <td style='text-align:center;'>
 +
                            <mjx-container class="MathJax" jax="SVG" style="position: relative;"><svg
 +
                                xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" width="4.007ex" height="1.357ex" role="img" focusable="false"
 +
                                viewBox="0 -442 1770.9 599.8" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" aria-hidden="true"
 +
                                style="vertical-align: -0.357ex;">
 +
                                <defs>
 +
                                  <path id="MJX-4-TEX-I-1D6FC"
 +
                                    d="M34 156Q34 270 120 356T309 442Q379 442 421 402T478 304Q484 275 485 237V208Q534 282 560 374Q564 388 566 390T582 393Q603 393 603 385Q603 376 594 346T558 261T497 161L486 147L487 123Q489 67 495 47T514 26Q528 28 540 37T557 60Q559 67 562 68T577 70Q597 70 597 62Q597 56 591 43Q579 19 556 5T512 -10H505Q438 -10 414 62L411 69L400 61Q390 53 370 41T325 18T267 -2T203 -11Q124 -11 79 39T34 156ZM208 26Q257 26 306 47T379 90L403 112Q401 255 396 290Q382 405 304 405Q235 405 183 332Q156 292 139 224T121 120Q121 71 146 49T208 26Z">
 +
                                  </path>
 +
                                  <path id="MJX-4-TEX-I-1D450"
 +
                                    d="M34 159Q34 268 120 355T306 442Q362 442 394 418T427 355Q427 326 408 306T360 285Q341 285 330 295T319 325T330 359T352 380T366 386H367Q367 388 361 392T340 400T306 404Q276 404 249 390Q228 381 206 359Q162 315 142 235T121 119Q121 73 147 50Q169 26 205 26H209Q321 26 394 111Q403 121 406 121Q410 121 419 112T429 98T420 83T391 55T346 25T282 0T202 -11Q127 -11 81 37T34 159Z">
 +
                                  </path>
 +
                                  <path id="MJX-4-TEX-I-1D44E"
 +
                                    d="M33 157Q33 258 109 349T280 441Q331 441 370 392Q386 422 416 422Q429 422 439 414T449 394Q449 381 412 234T374 68Q374 43 381 35T402 26Q411 27 422 35Q443 55 463 131Q469 151 473 152Q475 153 483 153H487Q506 153 506 144Q506 138 501 117T481 63T449 13Q436 0 417 -8Q409 -10 393 -10Q359 -10 336 5T306 36L300 51Q299 52 296 50Q294 48 292 46Q233 -10 172 -10Q117 -10 75 30T33 157ZM351 328Q351 334 346 350T323 385T277 405Q242 405 210 374T160 293Q131 214 119 129Q119 126 119 118T118 106Q118 61 136 44T179 26Q217 26 254 59T298 110Q300 114 325 217T351 328Z">
 +
                                  </path>
 +
                                  <path id="MJX-4-TEX-I-1D451"
 +
                                    d="M366 683Q367 683 438 688T511 694Q523 694 523 686Q523 679 450 384T375 83T374 68Q374 26 402 26Q411 27 422 35Q443 55 463 131Q469 151 473 152Q475 153 483 153H487H491Q506 153 506 145Q506 140 503 129Q490 79 473 48T445 8T417 -8Q409 -10 393 -10Q359 -10 336 5T306 36L300 51Q299 52 296 50Q294 48 292 46Q233 -10 172 -10Q117 -10 75 30T33 157Q33 205 53 255T101 341Q148 398 195 420T280 442Q336 442 364 400Q369 394 369 396Q370 400 396 505T424 616Q424 629 417 632T378 637H357Q351 643 351 645T353 664Q358 683 366 683ZM352 326Q329 405 277 405Q242 405 210 374T160 293Q131 214 119 129Q119 126 119 118T118 106Q118 61 136 44T179 26Q233 26 290 98L298 109L352 326Z">
 +
                                  </path>
 +
                                </defs>
 +
                                <g stroke="currentColor" fill="currentColor" stroke-width="0" transform="scale(1,-1)">
 +
                                  <g data-mml-node="math">
 +
                                    <g data-mml-node="msub">
 +
                                      <g data-mml-node="TeXAtom" data-mjx-texclass="ORD">
 +
                                        <g data-mml-node="mi">
 +
                                          <use data-c="1D6FC" xlink:href="#MJX-4-TEX-I-1D6FC"></use>
 +
                                        </g>
 +
                                      </g>
 +
                                      <g data-mml-node="TeXAtom" transform="translate(673,-150) scale(0.707)"
 +
                                        data-mjx-texclass="ORD">
 +
                                        <g data-mml-node="mi">
 +
                                          <use data-c="1D450" xlink:href="#MJX-4-TEX-I-1D450"></use>
 +
                                        </g>
 +
                                        <g data-mml-node="mi" transform="translate(433,0)">
 +
                                          <use data-c="1D44E" xlink:href="#MJX-4-TEX-I-1D44E"></use>
 +
                                        </g>
 +
                                        <g data-mml-node="mi" transform="translate(962,0)">
 +
                                          <use data-c="1D451" xlink:href="#MJX-4-TEX-I-1D451"></use>
 +
                                        </g>
 +
                                      </g>
 +
                                    </g>
 +
                                  </g>
 +
                                </g>
 +
                              </svg>
 +
                            </mjx-container>
 +
                            <script type="math/tex">{\alpha}_{cad}</script>
 +
                          </td>
 +
                          <td style='text-align:center;'><span>0.024 second</span><sup><span>-1</span></sup></td>
 +
                          <td style='text-align:center;'><span>The estimated value of AAO protein translation rate.</span></td>
 +
                        </tr>
 +
                        <tr>
 +
                          <td style='text-align:center;'>
 +
                            <mjx-container class="MathJax" jax="SVG" style="position: relative;"><svg
 +
                                xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" width="2.79ex" height="1.927ex" role="img" focusable="false"
 +
                                viewBox="0 -694 1233.3 851.8" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" aria-hidden="true"
 +
                                style="vertical-align: -0.357ex;">
 +
                                <defs>
 +
                                  <path id="MJX-5-TEX-I-1D458"
 +
                                    d="M121 647Q121 657 125 670T137 683Q138 683 209 688T282 694Q294 694 294 686Q294 679 244 477Q194 279 194 272Q213 282 223 291Q247 309 292 354T362 415Q402 442 438 442Q468 442 485 423T503 369Q503 344 496 327T477 302T456 291T438 288Q418 288 406 299T394 328Q394 353 410 369T442 390L458 393Q446 405 434 405H430Q398 402 367 380T294 316T228 255Q230 254 243 252T267 246T293 238T320 224T342 206T359 180T365 147Q365 130 360 106T354 66Q354 26 381 26Q429 26 459 145Q461 153 479 153H483Q499 153 499 144Q499 139 496 130Q455 -11 378 -11Q333 -11 305 15T277 90Q277 108 280 121T283 145Q283 167 269 183T234 206T200 217T182 220H180Q168 178 159 139T145 81T136 44T129 20T122 7T111 -2Q98 -11 83 -11Q66 -11 57 -1T48 16Q48 26 85 176T158 471L195 616Q196 629 188 632T149 637H144Q134 637 131 637T124 640T121 647Z">
 +
                                  </path>
 +
                                  <path id="MJX-5-TEX-I-1D44E"
 +
                                    d="M33 157Q33 258 109 349T280 441Q331 441 370 392Q386 422 416 422Q429 422 439 414T449 394Q449 381 412 234T374 68Q374 43 381 35T402 26Q411 27 422 35Q443 55 463 131Q469 151 473 152Q475 153 483 153H487Q506 153 506 144Q506 138 501 117T481 63T449 13Q436 0 417 -8Q409 -10 393 -10Q359 -10 336 5T306 36L300 51Q299 52 296 50Q294 48 292 46Q233 -10 172 -10Q117 -10 75 30T33 157ZM351 328Q351 334 346 350T323 385T277 405Q242 405 210 374T160 293Q131 214 119 129Q119 126 119 118T118 106Q118 61 136 44T179 26Q217 26 254 59T298 110Q300 114 325 217T351 328Z">
 +
                                  </path>
 +
                                  <path id="MJX-5-TEX-I-1D461"
 +
                                    d="M26 385Q19 392 19 395Q19 399 22 411T27 425Q29 430 36 430T87 431H140L159 511Q162 522 166 540T173 566T179 586T187 603T197 615T211 624T229 626Q247 625 254 615T261 596Q261 589 252 549T232 470L222 433Q222 431 272 431H323Q330 424 330 420Q330 398 317 385H210L174 240Q135 80 135 68Q135 26 162 26Q197 26 230 60T283 144Q285 150 288 151T303 153H307Q322 153 322 145Q322 142 319 133Q314 117 301 95T267 48T216 6T155 -11Q125 -11 98 4T59 56Q57 64 57 83V101L92 241Q127 382 128 383Q128 385 77 385H26Z">
 +
                                  </path>
 +
                                </defs>
 +
                                <g stroke="currentColor" fill="currentColor" stroke-width="0" transform="scale(1,-1)">
 +
                                  <g data-mml-node="math">
 +
                                    <g data-mml-node="msub">
 +
                                      <g data-mml-node="mi">
 +
                                        <use data-c="1D458" xlink:href="#MJX-5-TEX-I-1D458"></use>
 +
                                      </g>
 +
                                      <g data-mml-node="TeXAtom" transform="translate(554,-150) scale(0.707)"
 +
                                        data-mjx-texclass="ORD">
 +
                                        <g data-mml-node="mi">
 +
                                          <use data-c="1D44E" xlink:href="#MJX-5-TEX-I-1D44E"></use>
 +
                                        </g>
 +
                                        <g data-mml-node="mi" transform="translate(529,0)">
 +
                                          <use data-c="1D461" xlink:href="#MJX-5-TEX-I-1D461"></use>
 +
                                        </g>
 +
                                      </g>
 +
                                    </g>
 +
                                  </g>
 +
                                </g>
 +
                              </svg>
 +
                            </mjx-container>
 +
                            <script type="math/tex">k_{at}</script>
 +
                          </td>
 +
                          <td style='text-align:center;'><span>0.026 minute</span><sup><span>-1</span></sup></td>
 +
                          <td style='text-align:center;'><span>mRNA degradation rate inferred from its half-life in
 +
                            </span><em><span>P. pastoris</span></em><span>.</span></td>
 +
                        </tr>
 +
                      </tbody>
 +
                    </table>
 +
                  </figure>
 +
                <h3 class="mume-header" id="vi-results">Results</h3>
 +
 
 +
                <p>Based on our assumptions above, we simulated the production of AAO productions under different
 +
                    conditions with
 +
                    different initial <span class="katex"><span class="katex-mathml"><math
 +
                                xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
 +
                                <semantics>
 +
                                    <mrow>
 +
                                        <mo stretchy="false">[</mo>
 +
                                        <mi>A</mi>
 +
                                        <mi>A</mi>
 +
                                        <mi>O</mi>
 +
                                        <mtext>&#xA0;</mtext>
 +
                                        <mi>m</mi>
 +
                                        <mi>R</mi>
 +
                                        <mi>N</mi>
 +
                                        <mi>A</mi>
 +
                                        <mo stretchy="false">]</mo>
 +
                                    </mrow>
 +
                                    <annotation encoding="application/x-tex">[AAO \ mRNA]</annotation>
 +
                                </semantics>
 +
                            </math></span><span class="katex-html" aria-hidden="true"><span class="base"><span
 +
                                    class="strut" style="height:1em;vertical-align:-0.25em;"></span><span
 +
                                    class="mopen">[</span><span class="mord mathnormal">AA</span><span
 +
                                    class="mord mathnormal" style="margin-right:0.02778em;">O</span><span
 +
                                    class="mspace">&#xA0;</span><span class="mord mathnormal">m</span><span
 +
                                    class="mord mathnormal" style="margin-right:0.10903em;">RN</span><span
 +
                                    class="mord mathnormal">A</span><span class="mclose">]</span></span></span></span>
 +
                    values.</p>
 +
                <h4 class="mume-header" id="a-aao-mrna_in-0-m">A. <span class="katex"><span class="katex-mathml"><math
 +
                                xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
 +
                                <semantics>
 +
                                    <mrow>
 +
                                        <msub>
 +
                                            <mrow>
 +
                                                <mo stretchy="false">[</mo>
 +
                                                <mi>A</mi>
 +
                                                <mi>A</mi>
 +
                                                <mi>O</mi>
 +
                                                <mtext>&#xA0;</mtext>
 +
                                                <mi>m</mi>
 +
                                                <mi>R</mi>
 +
                                                <mi>N</mi>
 +
                                                <mi>A</mi>
 +
                                                <mo stretchy="false">]</mo>
 +
                                            </mrow>
 +
                                            <mrow>
 +
                                                <mi>i</mi>
 +
                                                <mi>n</mi>
 +
                                            </mrow>
 +
                                        </msub>
 +
                                    </mrow>
 +
                                    <annotation encoding="application/x-tex">{[AAO \ mRNA]}_{in}</annotation>
 +
                                </semantics>
 +
                            </math></span><span class="katex-html" aria-hidden="true"><span class="base"><span
 +
                                    class="strut"
 +
                                    style="height:1.0497em;vertical-align:-0.29969999999999997em;"></span><span
 +
                                    class="mord"><span class="mord"><span class="mopen">[</span><span
 +
                                            class="mord mathnormal">AA</span><span class="mord mathnormal"
 +
                                            style="margin-right:0.02778em;">O</span><span
 +
                                            class="mspace">&#xA0;</span><span class="mord mathnormal">m</span><span
 +
                                            class="mord mathnormal" style="margin-right:0.10903em;">RN</span><span
 +
                                            class="mord mathnormal">A</span><span class="mclose">]</span></span><span
 +
                                        class="msupsub"><span class="vlist-t vlist-t2"><span class="vlist-r"><span
 +
                                                    class="vlist" style="height:0.161964em;"><span
 +
                                                        style="top:-2.4003em;margin-right:0.05em;"><span class="pstrut"
 +
                                                            style="height:2.7em;"></span><span
 +
                                                            class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span
 +
                                                                class="mord mtight"><span
 +
                                                                    class="mord mathnormal mtight">in</span></span></span></span></span><span
 +
                                                    class="vlist-s">&#x200B;</span></span><span class="vlist-r"><span
 +
                                                    class="vlist"
 +
                                                    style="height:0.29969999999999997em;"><span></span></span></span></span></span></span></span></span></span>
 +
                    = 0 M</h4>
 +
 
 +
                <p>In 10 min the molarity of AAO protein was 0.06 M, and the [AAO] curve was in a hyperbolic shape
 +
                    (<strong>Fig. 
 +
                        2</strong>).</p>
 +
                <img src="https://static.igem.org/mediawiki/2021/3/3f/T--CPU_CHINA--Mathematical_Modeling-2.png" alt="">
 +
                <p class="imgdescribe"><strong>Fig.  2 Result of AAO protein production when <span class="katex"><span
 +
                                class="katex-mathml"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
 +
                                    <semantics>
 +
                                        <mrow>
 +
                                            <msub>
 +
                                                <mrow>
 +
                                                    <mo stretchy="false">[</mo>
 +
                                                    <mi>A</mi>
 +
                                                    <mi>A</mi>
 +
                                                    <mi>O</mi>
 +
                                                    <mtext>&#xA0;</mtext>
 +
                                                    <mi>m</mi>
 +
                                                    <mi>R</mi>
 +
                                                    <mi>N</mi>
 +
                                                    <mi>A</mi>
 +
                                                    <mo stretchy="false">]</mo>
 +
                                                </mrow>
 +
                                                <mrow>
 +
                                                    <mi>i</mi>
 +
                                                    <mi>n</mi>
 +
                                                </mrow>
 +
                                            </msub>
 +
                                        </mrow>
 +
                                        <annotation encoding="application/x-tex">{[AAO \ mRNA]}_{in}</annotation>
 +
                                    </semantics>
 +
                                </math></span><span class="katex-html" aria-hidden="true"><span class="base"><span
 +
                                        class="strut"
 +
                                        style="height:1.0497em;vertical-align:-0.29969999999999997em;"></span><span
 +
                                        class="mord"><span class="mord"><span class="mopen">[</span><span
 +
                                                class="mord mathnormal">AA</span><span class="mord mathnormal"
 +
                                                style="margin-right:0.02778em;">O</span><span
 +
                                                class="mspace">&#xA0;</span><span class="mord mathnormal">m</span><span
 +
                                                class="mord mathnormal" style="margin-right:0.10903em;">RN</span><span
 +
                                                class="mord mathnormal">A</span><span
 +
                                                class="mclose">]</span></span><span class="msupsub"><span
 +
                                                class="vlist-t vlist-t2"><span class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                        style="height:0.161964em;"><span
 +
                                                            style="top:-2.4003em;margin-right:0.05em;"><span
 +
                                                                class="pstrut" style="height:2.7em;"></span><span
 +
                                                                class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span
 +
                                                                    class="mord mtight"><span
 +
                                                                        class="mord mathnormal mtight">in</span></span></span></span></span><span
 +
                                                        class="vlist-s">&#x200B;</span></span><span
 +
                                                    class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                        style="height:0.29969999999999997em;"><span></span></span></span></span></span></span></span></span></span>
 +
                        = 0 M.</strong></p>
 +
                <h4 class="mume-header" id="b-aao-mrna_in-01-m-or-10-m">B. <span class="katex"><span
 +
                            class="katex-mathml"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
 +
                                <semantics>
 +
                                    <mrow>
 +
                                        <msub>
 +
                                            <mrow>
 +
                                                <mo stretchy="false">[</mo>
 +
                                                <mi>A</mi>
 +
                                                <mi>A</mi>
 +
                                                <mi>O</mi>
 +
                                                <mtext>&#xA0;</mtext>
 +
                                                <mi>m</mi>
 +
                                                <mi>R</mi>
 +
                                                <mi>N</mi>
 +
                                                <mi>A</mi>
 +
                                                <mo stretchy="false">]</mo>
 +
                                            </mrow>
 +
                                            <mrow>
 +
                                                <mi>i</mi>
 +
                                                <mi>n</mi>
 +
                                            </mrow>
 +
                                        </msub>
 +
                                    </mrow>
 +
                                    <annotation encoding="application/x-tex">{[AAO \ mRNA]}_{in}</annotation>
 +
                                </semantics>
 +
                            </math></span><span class="katex-html" aria-hidden="true"><span class="base"><span
 +
                                    class="strut"
 +
                                    style="height:1.0497em;vertical-align:-0.29969999999999997em;"></span><span
 +
                                    class="mord"><span class="mord"><span class="mopen">[</span><span
 +
                                            class="mord mathnormal">AA</span><span class="mord mathnormal"
 +
                                            style="margin-right:0.02778em;">O</span><span
 +
                                            class="mspace">&#xA0;</span><span class="mord mathnormal">m</span><span
 +
                                            class="mord mathnormal" style="margin-right:0.10903em;">RN</span><span
 +
                                            class="mord mathnormal">A</span><span class="mclose">]</span></span><span
 +
                                        class="msupsub"><span class="vlist-t vlist-t2"><span class="vlist-r"><span
 +
                                                    class="vlist" style="height:0.161964em;"><span
 +
                                                        style="top:-2.4003em;margin-right:0.05em;"><span class="pstrut"
 +
                                                            style="height:2.7em;"></span><span
 +
                                                            class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span
 +
                                                                class="mord mtight"><span
 +
                                                                    class="mord mathnormal mtight">in</span></span></span></span></span><span
 +
                                                    class="vlist-s">&#x200B;</span></span><span class="vlist-r"><span
 +
                                                    class="vlist"
 +
                                                    style="height:0.29969999999999997em;"><span></span></span></span></span></span></span></span></span></span>
 +
                    = 0.1 M or 1.0 M</h4>
 +
 
 +
                <p>We altered the initial concentration of AAO mRNA to 0.1 M and 1.0 M respectively, and the
 +
                    corresponding AAO
 +
                    protein concentration curves showed fewer hyperbolic characteristics and <span class="katex"><span
 +
                            class="katex-mathml"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
 +
                                <semantics>
 +
                                    <mrow>
 +
                                        <mo stretchy="false">[</mo>
 +
                                        <mi>A</mi>
 +
                                        <mi>A</mi>
 +
                                        <mi>O</mi>
 +
                                        <mo stretchy="false">]</mo>
 +
                                    </mrow>
 +
                                    <annotation encoding="application/x-tex">[AAO]</annotation>
 +
                                </semantics>
 +
                            </math></span><span class="katex-html" aria-hidden="true"><span class="base"><span
 +
                                    class="strut" style="height:1em;vertical-align:-0.25em;"></span><span
 +
                                    class="mopen">[</span><span class="mord mathnormal">AA</span><span
 +
                                    class="mord mathnormal" style="margin-right:0.02778em;">O</span><span
 +
                                    class="mclose">]</span></span></span></span> at 10 min after
 +
                    initial reaction start was 0.84 M (<strong>Fig.  3</strong>) and 0.30 M (<strong>Fig.  4</strong>).
 +
                </p>
 +
                <img src="https://static.igem.org/mediawiki/2021/6/63/T--CPU_CHINA--Mathematical_Modeling-3.png" alt="">
 +
                <p class="imgdescribe"><strong>Fig.  3 Result of AAO protein production when <span class="katex"><span
 +
                                class="katex-mathml"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
 +
                                    <semantics>
 +
                                        <mrow>
 +
                                            <msub>
 +
                                                <mrow>
 +
                                                    <mo stretchy="false">[</mo>
 +
                                                    <mi>A</mi>
 +
                                                    <mi>A</mi>
 +
                                                    <mi>O</mi>
 +
                                                    <mtext>&#xA0;</mtext>
 +
                                                    <mi>m</mi>
 +
                                                    <mi>R</mi>
 +
                                                    <mi>N</mi>
 +
                                                    <mi>A</mi>
 +
                                                    <mo stretchy="false">]</mo>
 +
                                                </mrow>
 +
                                                <mrow>
 +
                                                    <mi>i</mi>
 +
                                                    <mi>n</mi>
 +
                                                </mrow>
 +
                                            </msub>
 +
                                        </mrow>
 +
                                        <annotation encoding="application/x-tex">{[AAO \ mRNA]}_{in}</annotation>
 +
                                    </semantics>
 +
                                </math></span><span class="katex-html" aria-hidden="true"><span class="base"><span
 +
                                        class="strut"
 +
                                        style="height:1.0497em;vertical-align:-0.29969999999999997em;"></span><span
 +
                                        class="mord"><span class="mord"><span class="mopen">[</span><span
 +
                                                class="mord mathnormal">AA</span><span class="mord mathnormal"
 +
                                                style="margin-right:0.02778em;">O</span><span
 +
                                                class="mspace">&#xA0;</span><span class="mord mathnormal">m</span><span
 +
                                                class="mord mathnormal" style="margin-right:0.10903em;">RN</span><span
 +
                                                class="mord mathnormal">A</span><span
 +
                                                class="mclose">]</span></span><span class="msupsub"><span
 +
                                                class="vlist-t vlist-t2"><span class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                        style="height:0.161964em;"><span
 +
                                                            style="top:-2.4003em;margin-right:0.05em;"><span
 +
                                                                class="pstrut" style="height:2.7em;"></span><span
 +
                                                                class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span
 +
                                                                    class="mord mtight"><span
 +
                                                                        class="mord mathnormal mtight">in</span></span></span></span></span><span
 +
                                                        class="vlist-s">&#x200B;</span></span><span
 +
                                                    class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                        style="height:0.29969999999999997em;"><span></span></span></span></span></span></span></span></span></span>
 +
                        = 0.1 M.</strong></p>
 +
                <img src="https://static.igem.org/mediawiki/2021/1/12/T--CPU_CHINA--Mathematical_Modeling-4.png" alt="">
 +
                <p class="imgdescribe"><strong>Fig.  4 Result of AAO protein production when <span class="katex"><span
 +
                                class="katex-mathml"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
 +
                                    <semantics>
 +
                                        <mrow>
 +
                                            <msub>
 +
                                                <mrow>
 +
                                                    <mo stretchy="false">[</mo>
 +
                                                    <mi>A</mi>
 +
                                                    <mi>A</mi>
 +
                                                    <mi>O</mi>
 +
                                                    <mtext>&#xA0;</mtext>
 +
                                                    <mi>m</mi>
 +
                                                    <mi>R</mi>
 +
                                                    <mi>N</mi>
 +
                                                    <mi>A</mi>
 +
                                                    <mo stretchy="false">]</mo>
 +
                                                </mrow>
 +
                                                <mrow>
 +
                                                    <mi>i</mi>
 +
                                                    <mi>n</mi>
 +
                                                </mrow>
 +
                                            </msub>
 +
                                        </mrow>
 +
                                        <annotation encoding="application/x-tex">{[AAO \ mRNA]}_{in}</annotation>
 +
                                    </semantics>
 +
                                </math></span><span class="katex-html" aria-hidden="true"><span class="base"><span
 +
                                        class="strut"
 +
                                        style="height:1.0497em;vertical-align:-0.29969999999999997em;"></span><span
 +
                                        class="mord"><span class="mord"><span class="mopen">[</span><span
 +
                                                class="mord mathnormal">AA</span><span class="mord mathnormal"
 +
                                                style="margin-right:0.02778em;">O</span><span
 +
                                                class="mspace">&#xA0;</span><span class="mord mathnormal">m</span><span
 +
                                                class="mord mathnormal" style="margin-right:0.10903em;">RN</span><span
 +
                                                class="mord mathnormal">A</span><span
 +
                                                class="mclose">]</span></span><span class="msupsub"><span
 +
                                                class="vlist-t vlist-t2"><span class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                        style="height:0.161964em;"><span
 +
                                                            style="top:-2.4003em;margin-right:0.05em;"><span
 +
                                                                class="pstrut" style="height:2.7em;"></span><span
 +
                                                                class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span
 +
                                                                    class="mord mtight"><span
 +
                                                                        class="mord mathnormal mtight">in</span></span></span></span></span><span
 +
                                                        class="vlist-s">&#x200B;</span></span><span
 +
                                                    class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                        style="height:0.29969999999999997em;"><span></span></span></span></span></span></span></span></span></span>
 +
                        = 1.0 M.</strong></p>
 +
                <h4 class="mume-header" id="c-summary">Summary</h4>
 +
 
 +
                <p>From the two curves, we found that different initial concentrations of AAO mRNA in the single yeast
 +
                    cell <em>in
 +
                        vivo</em> system could result in widely divergent results, and the AAO protein concentration
 +
                    curve gradually
 +
                    lost its hyperbolic characteristics with the increasing of AAO mRNA initial concentration.</p>
 +
                <p>Due to such findings, we compared the simulation results of three scenarios and could get the
 +
                    conclusion that the
 +
                    production efficacy (0.30 ~ 0.84 M with <span class="katex"><span class="katex-mathml"><math
 +
                                xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
 +
                                <semantics>
 +
                                    <mrow>
 +
                                        <msub>
 +
                                            <mrow>
 +
                                                <mo stretchy="false">[</mo>
 +
                                                <mi>A</mi>
 +
                                                <mi>A</mi>
 +
                                                <mi>O</mi>
 +
                                                <mtext>&#xA0;</mtext>
 +
                                                <mi>m</mi>
 +
                                                <mi>R</mi>
 +
                                                <mi>N</mi>
 +
                                                <mi>A</mi>
 +
                                                <mo stretchy="false">]</mo>
 +
                                            </mrow>
 +
                                            <mrow>
 +
                                                <mi>i</mi>
 +
                                                <mi>n</mi>
 +
                                            </mrow>
 +
                                        </msub>
 +
                                    </mrow>
 +
                                    <annotation encoding="application/x-tex">{[AAO \ mRNA]}_{in}</annotation>
 +
                                </semantics>
 +
                            </math></span><span class="katex-html" aria-hidden="true"><span class="base"><span
 +
                                    class="strut"
 +
                                    style="height:1.0497em;vertical-align:-0.29969999999999997em;"></span><span
 +
                                    class="mord"><span class="mord"><span class="mopen">[</span><span
 +
                                            class="mord mathnormal">AA</span><span class="mord mathnormal"
 +
                                            style="margin-right:0.02778em;">O</span><span
 +
                                            class="mspace">&#xA0;</span><span class="mord mathnormal">m</span><span
 +
                                            class="mord mathnormal" style="margin-right:0.10903em;">RN</span><span
 +
                                            class="mord mathnormal">A</span><span class="mclose">]</span></span><span
 +
                                        class="msupsub"><span class="vlist-t vlist-t2"><span class="vlist-r"><span
 +
                                                    class="vlist" style="height:0.161964em;"><span
 +
                                                        style="top:-2.4003em;margin-right:0.05em;"><span class="pstrut"
 +
                                                            style="height:2.7em;"></span><span
 +
                                                            class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span
 +
                                                                class="mord mtight"><span
 +
                                                                    class="mord mathnormal mtight">in</span></span></span></span></span><span
 +
                                                    class="vlist-s">&#x200B;</span></span><span class="vlist-r"><span
 +
                                                    class="vlist"
 +
                                                    style="height:0.29969999999999997em;"><span></span></span></span></span></span></span></span></span></span>
 +
                    in the range of 0 ~ 1.0 M) was totally acceptable in <em>P. pastoris</em> in practical industry
 +
                    production.</p>
 +
                <h3 class="mume-header" id="vii-model-promotion">Model Promotion</h3>
 +
 
 +
                <h4 class="mume-header" id="a-protein-production-rate">Protein Production Rate</h4>
 +
 
 +
                <p>Here we used the simulated rate of 0.024 molarity/second as the overall translation rate of all the
 +
                    mRNA in
 +
                    <em>P. pastoris</em>. Such estimation might be relatively biased.
 +
                </p>
 +
                <p>However, previous research of <em>Shah et al.</em><sup>[8]</sup> presented an algorithm in a Linux
 +
                    environment to
 +
                    calculate <strong>the protein production in yeast cells</strong> (in this case <em>Saccharomyces cerevisiae</em>,
 +
                    <em>S.
 +
                        cerevisiae</em>) that is typically limited by the availability of free ribosomes.
 +
                </p>
 +
                <p>Based on numerous parameters (<strong>Table. 2</strong>) from <em>P. pastoris</em>
 +
                    <strong>genome</strong><sup>[9]</sup> , and the
 +
                    following algorithm below (<strong>Fig.  5</strong>), we will try to work out the exact estimated
 +
                    value of the
 +
                    protein production rate in <em>P. pastoris</em> after measuring some of these parameters and
 +
                    transforming the
 +
                    genome data into <strong>an acceptable data format</strong>.</p>
 +
                <p class="tabledescribe"><strong>Table.2 Summary of parameters in this algorithm.</strong></p>
 +
                <figure>
 +
                    <table>
 +
                      <thead>
 +
                        <tr>
 +
                          <th style='text-align:center;'><span>Parameter</span></th>
 +
                          <th style='text-align:center;'><span>Description</span></th>
 +
                        </tr>
 +
                      </thead>
 +
                      <tbody>
 +
                        <tr>
 +
                          <td style='text-align:center;'>
 +
                            <mjx-container class="MathJax" jax="SVG" style="position: relative;"><svg
 +
                                xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" width="2.483ex" height="1.87ex" role="img" focusable="false"
 +
                                viewBox="0 -805.6 1097.3 826.6" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" aria-hidden="true"
 +
                                style="vertical-align: -0.048ex;">
 +
                                <defs>
 +
                                  <path id="MJX-6-TEX-I-1D445"
 +
                                    d="M230 637Q203 637 198 638T193 649Q193 676 204 682Q206 683 378 683Q550 682 564 680Q620 672 658 652T712 606T733 563T739 529Q739 484 710 445T643 385T576 351T538 338L545 333Q612 295 612 223Q612 212 607 162T602 80V71Q602 53 603 43T614 25T640 16Q668 16 686 38T712 85Q717 99 720 102T735 105Q755 105 755 93Q755 75 731 36Q693 -21 641 -21H632Q571 -21 531 4T487 82Q487 109 502 166T517 239Q517 290 474 313Q459 320 449 321T378 323H309L277 193Q244 61 244 59Q244 55 245 54T252 50T269 48T302 46H333Q339 38 339 37T336 19Q332 6 326 0H311Q275 2 180 2Q146 2 117 2T71 2T50 1Q33 1 33 10Q33 12 36 24Q41 43 46 45Q50 46 61 46H67Q94 46 127 49Q141 52 146 61Q149 65 218 339T287 628Q287 635 230 637ZM630 554Q630 586 609 608T523 636Q521 636 500 636T462 637H440Q393 637 386 627Q385 624 352 494T319 361Q319 360 388 360Q466 361 492 367Q556 377 592 426Q608 449 619 486T630 554Z">
 +
                                  </path>
 +
                                  <path id="MJX-6-TEX-I-1D461"
 +
                                    d="M26 385Q19 392 19 395Q19 399 22 411T27 425Q29 430 36 430T87 431H140L159 511Q162 522 166 540T173 566T179 586T187 603T197 615T211 624T229 626Q247 625 254 615T261 596Q261 589 252 549T232 470L222 433Q222 431 272 431H323Q330 424 330 420Q330 398 317 385H210L174 240Q135 80 135 68Q135 26 162 26Q197 26 230 60T283 144Q285 150 288 151T303 153H307Q322 153 322 145Q322 142 319 133Q314 117 301 95T267 48T216 6T155 -11Q125 -11 98 4T59 56Q57 64 57 83V101L92 241Q127 382 128 383Q128 385 77 385H26Z">
 +
                                  </path>
 +
                                </defs>
 +
                                <g stroke="currentColor" fill="currentColor" stroke-width="0" transform="scale(1,-1)">
 +
                                  <g data-mml-node="math">
 +
                                    <g data-mml-node="msup">
 +
                                      <g data-mml-node="mi">
 +
                                        <use data-c="1D445" xlink:href="#MJX-6-TEX-I-1D445"></use>
 +
                                      </g>
 +
                                      <g data-mml-node="mi" transform="translate(792,363) scale(0.707)">
 +
                                        <use data-c="1D461" xlink:href="#MJX-6-TEX-I-1D461"></use>
 +
                                      </g>
 +
                                    </g>
 +
                                  </g>
 +
                                </g>
 +
                              </svg>
 +
                            </mjx-container>
 +
                            <script type="math/tex">R^t</script>
 +
                          </td>
 +
                          <td style='text-align:center;'><span>number of ribosomes</span></td>
 +
                        </tr>
 +
                        <tr>
 +
                          <td style='text-align:center;'>
 +
                            <mjx-container class="MathJax" jax="SVG" style="position: relative;"><svg
 +
                                xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" width="2.462ex" height="1.823ex" role="img" focusable="false"
 +
                                viewBox="0 -805.6 1088.3 805.6" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" aria-hidden="true"
 +
                                style="vertical-align: 0px;">
 +
                                <defs>
 +
                                  <path id="MJX-7-TEX-I-1D434"
 +
                                    d="M208 74Q208 50 254 46Q272 46 272 35Q272 34 270 22Q267 8 264 4T251 0Q249 0 239 0T205 1T141 2Q70 2 50 0H42Q35 7 35 11Q37 38 48 46H62Q132 49 164 96Q170 102 345 401T523 704Q530 716 547 716H555H572Q578 707 578 706L606 383Q634 60 636 57Q641 46 701 46Q726 46 726 36Q726 34 723 22Q720 7 718 4T704 0Q701 0 690 0T651 1T578 2Q484 2 455 0H443Q437 6 437 9T439 27Q443 40 445 43L449 46H469Q523 49 533 63L521 213H283L249 155Q208 86 208 74ZM516 260Q516 271 504 416T490 562L463 519Q447 492 400 412L310 260L413 259Q516 259 516 260Z">
 +
                                  </path>
 +
                                  <path id="MJX-7-TEX-I-1D461"
 +
                                    d="M26 385Q19 392 19 395Q19 399 22 411T27 425Q29 430 36 430T87 431H140L159 511Q162 522 166 540T173 566T179 586T187 603T197 615T211 624T229 626Q247 625 254 615T261 596Q261 589 252 549T232 470L222 433Q222 431 272 431H323Q330 424 330 420Q330 398 317 385H210L174 240Q135 80 135 68Q135 26 162 26Q197 26 230 60T283 144Q285 150 288 151T303 153H307Q322 153 322 145Q322 142 319 133Q314 117 301 95T267 48T216 6T155 -11Q125 -11 98 4T59 56Q57 64 57 83V101L92 241Q127 382 128 383Q128 385 77 385H26Z">
 +
                                  </path>
 +
                                </defs>
 +
                                <g stroke="currentColor" fill="currentColor" stroke-width="0" transform="scale(1,-1)">
 +
                                  <g data-mml-node="math">
 +
                                    <g data-mml-node="msup">
 +
                                      <g data-mml-node="mi">
 +
                                        <use data-c="1D434" xlink:href="#MJX-7-TEX-I-1D434"></use>
 +
                                      </g>
 +
                                      <g data-mml-node="mi" transform="translate(783,363) scale(0.707)">
 +
                                        <use data-c="1D461" xlink:href="#MJX-7-TEX-I-1D461"></use>
 +
                                      </g>
 +
                                    </g>
 +
                                  </g>
 +
                                </g>
 +
                              </svg>
 +
                            </mjx-container>
 +
                            <script type="math/tex">A^t</script>
 +
                          </td>
 +
                          <td style='text-align:center;'><span>number of mRNAs</span></td>
 +
                        </tr>
 +
                        <tr>
 +
                          <td style='text-align:center;'>
 +
                            <mjx-container class="MathJax" jax="SVG" style="position: relative;"><svg
 +
                                xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" width="2.485ex" height="1.823ex" role="img" focusable="false"
 +
                                viewBox="0 -805.6 1098.3 805.6" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" aria-hidden="true"
 +
                                style="vertical-align: 0px;">
 +
                                <defs>
 +
                                  <path id="MJX-8-TEX-I-1D447"
 +
                                    d="M40 437Q21 437 21 445Q21 450 37 501T71 602L88 651Q93 669 101 677H569H659Q691 677 697 676T704 667Q704 661 687 553T668 444Q668 437 649 437Q640 437 637 437T631 442L629 445Q629 451 635 490T641 551Q641 586 628 604T573 629Q568 630 515 631Q469 631 457 630T439 622Q438 621 368 343T298 60Q298 48 386 46Q418 46 427 45T436 36Q436 31 433 22Q429 4 424 1L422 0Q419 0 415 0Q410 0 363 1T228 2Q99 2 64 0H49Q43 6 43 9T45 27Q49 40 55 46H83H94Q174 46 189 55Q190 56 191 56Q196 59 201 76T241 233Q258 301 269 344Q339 619 339 625Q339 630 310 630H279Q212 630 191 624Q146 614 121 583T67 467Q60 445 57 441T43 437H40Z">
 +
                                  </path>
 +
                                  <path id="MJX-8-TEX-I-1D461"
 +
                                    d="M26 385Q19 392 19 395Q19 399 22 411T27 425Q29 430 36 430T87 431H140L159 511Q162 522 166 540T173 566T179 586T187 603T197 615T211 624T229 626Q247 625 254 615T261 596Q261 589 252 549T232 470L222 433Q222 431 272 431H323Q330 424 330 420Q330 398 317 385H210L174 240Q135 80 135 68Q135 26 162 26Q197 26 230 60T283 144Q285 150 288 151T303 153H307Q322 153 322 145Q322 142 319 133Q314 117 301 95T267 48T216 6T155 -11Q125 -11 98 4T59 56Q57 64 57 83V101L92 241Q127 382 128 383Q128 385 77 385H26Z">
 +
                                  </path>
 +
                                </defs>
 +
                                <g stroke="currentColor" fill="currentColor" stroke-width="0" transform="scale(1,-1)">
 +
                                  <g data-mml-node="math">
 +
                                    <g data-mml-node="msup">
 +
                                      <g data-mml-node="mi">
 +
                                        <use data-c="1D447" xlink:href="#MJX-8-TEX-I-1D447"></use>
 +
                                      </g>
 +
                                      <g data-mml-node="mi" transform="translate(793,363) scale(0.707)">
 +
                                        <use data-c="1D461" xlink:href="#MJX-8-TEX-I-1D461"></use>
 +
                                      </g>
 +
                                    </g>
 +
                                  </g>
 +
                                </g>
 +
                              </svg>
 +
                            </mjx-container>
 +
                            <script type="math/tex">T^t</script>
 +
                          </td>
 +
                          <td style='text-align:center;'><span>number of tRNAs</span></td>
 +
                        </tr>
 +
                        <tr>
 +
                          <td style='text-align:center;'>
 +
                            <mjx-container class="MathJax" jax="SVG" style="position: relative;"><svg
 +
                                xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" width="2.469ex" height="1.889ex" role="img" focusable="false"
 +
                                viewBox="0 -677 1091.3 834.8" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" aria-hidden="true"
 +
                                style="vertical-align: -0.357ex;">
 +
                                <defs>
 +
                                  <path id="MJX-9-TEX-I-1D447"
 +
                                    d="M40 437Q21 437 21 445Q21 450 37 501T71 602L88 651Q93 669 101 677H569H659Q691 677 697 676T704 667Q704 661 687 553T668 444Q668 437 649 437Q640 437 637 437T631 442L629 445Q629 451 635 490T641 551Q641 586 628 604T573 629Q568 630 515 631Q469 631 457 630T439 622Q438 621 368 343T298 60Q298 48 386 46Q418 46 427 45T436 36Q436 31 433 22Q429 4 424 1L422 0Q419 0 415 0Q410 0 363 1T228 2Q99 2 64 0H49Q43 6 43 9T45 27Q49 40 55 46H83H94Q174 46 189 55Q190 56 191 56Q196 59 201 76T241 233Q258 301 269 344Q339 619 339 625Q339 630 310 630H279Q212 630 191 624Q146 614 121 583T67 467Q60 445 57 441T43 437H40Z">
 +
                                  </path>
 +
                                  <path id="MJX-9-TEX-I-1D45B"
 +
                                    d="M21 287Q22 293 24 303T36 341T56 388T89 425T135 442Q171 442 195 424T225 390T231 369Q231 367 232 367L243 378Q304 442 382 442Q436 442 469 415T503 336T465 179T427 52Q427 26 444 26Q450 26 453 27Q482 32 505 65T540 145Q542 153 560 153Q580 153 580 145Q580 144 576 130Q568 101 554 73T508 17T439 -10Q392 -10 371 17T350 73Q350 92 386 193T423 345Q423 404 379 404H374Q288 404 229 303L222 291L189 157Q156 26 151 16Q138 -11 108 -11Q95 -11 87 -5T76 7T74 17Q74 30 112 180T152 343Q153 348 153 366Q153 405 129 405Q91 405 66 305Q60 285 60 284Q58 278 41 278H27Q21 284 21 287Z">
 +
                                  </path>
 +
                                </defs>
 +
                                <g stroke="currentColor" fill="currentColor" stroke-width="0" transform="scale(1,-1)">
 +
                                  <g data-mml-node="math">
 +
                                    <g data-mml-node="msub">
 +
                                      <g data-mml-node="mi">
 +
                                        <use data-c="1D447" xlink:href="#MJX-9-TEX-I-1D447"></use>
 +
                                      </g>
 +
                                      <g data-mml-node="mi" transform="translate(617,-150) scale(0.707)">
 +
                                        <use data-c="1D45B" xlink:href="#MJX-9-TEX-I-1D45B"></use>
 +
                                      </g>
 +
                                    </g>
 +
                                  </g>
 +
                                </g>
 +
                              </svg>
 +
                            </mjx-container>
 +
                            <script type="math/tex">T_n</script>
 +
                          </td>
 +
                          <td style='text-align:center;'><span>number of types of tRNAs</span></td>
 +
                        </tr>
 +
                        <tr>
 +
                          <td style='text-align:center;'>
 +
                            <mjx-container class="MathJax" jax="SVG" style="position: relative;"><svg
 +
                                xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" width="2.485ex" height="2.81ex" role="img" focusable="false"
 +
                                viewBox="0 -805.6 1098.3 1242.1" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" aria-hidden="true"
 +
                                style="vertical-align: -0.987ex;">
 +
                                <defs>
 +
                                  <path id="MJX-10-TEX-I-1D447"
 +
                                    d="M40 437Q21 437 21 445Q21 450 37 501T71 602L88 651Q93 669 101 677H569H659Q691 677 697 676T704 667Q704 661 687 553T668 444Q668 437 649 437Q640 437 637 437T631 442L629 445Q629 451 635 490T641 551Q641 586 628 604T573 629Q568 630 515 631Q469 631 457 630T439 622Q438 621 368 343T298 60Q298 48 386 46Q418 46 427 45T436 36Q436 31 433 22Q429 4 424 1L422 0Q419 0 415 0Q410 0 363 1T228 2Q99 2 64 0H49Q43 6 43 9T45 27Q49 40 55 46H83H94Q174 46 189 55Q190 56 191 56Q196 59 201 76T241 233Q258 301 269 344Q339 619 339 625Q339 630 310 630H279Q212 630 191 624Q146 614 121 583T67 467Q60 445 57 441T43 437H40Z">
 +
                                  </path>
 +
                                  <path id="MJX-10-TEX-I-1D461"
 +
                                    d="M26 385Q19 392 19 395Q19 399 22 411T27 425Q29 430 36 430T87 431H140L159 511Q162 522 166 540T173 566T179 586T187 603T197 615T211 624T229 626Q247 625 254 615T261 596Q261 589 252 549T232 470L222 433Q222 431 272 431H323Q330 424 330 420Q330 398 317 385H210L174 240Q135 80 135 68Q135 26 162 26Q197 26 230 60T283 144Q285 150 288 151T303 153H307Q322 153 322 145Q322 142 319 133Q314 117 301 95T267 48T216 6T155 -11Q125 -11 98 4T59 56Q57 64 57 83V101L92 241Q127 382 128 383Q128 385 77 385H26Z">
 +
                                  </path>
 +
                                  <path id="MJX-10-TEX-I-1D457"
 +
                                    d="M297 596Q297 627 318 644T361 661Q378 661 389 651T403 623Q403 595 384 576T340 557Q322 557 310 567T297 596ZM288 376Q288 405 262 405Q240 405 220 393T185 362T161 325T144 293L137 279Q135 278 121 278H107Q101 284 101 286T105 299Q126 348 164 391T252 441Q253 441 260 441T272 442Q296 441 316 432Q341 418 354 401T367 348V332L318 133Q267 -67 264 -75Q246 -125 194 -164T75 -204Q25 -204 7 -183T-12 -137Q-12 -110 7 -91T53 -71Q70 -71 82 -81T95 -112Q95 -148 63 -167Q69 -168 77 -168Q111 -168 139 -140T182 -74L193 -32Q204 11 219 72T251 197T278 308T289 365Q289 372 288 376Z">
 +
                                  </path>
 +
                                </defs>
 +
                                <g stroke="currentColor" fill="currentColor" stroke-width="0" transform="scale(1,-1)">
 +
                                  <g data-mml-node="math">
 +
                                    <g data-mml-node="msubsup">
 +
                                      <g data-mml-node="mi">
 +
                                        <use data-c="1D447" xlink:href="#MJX-10-TEX-I-1D447"></use>
 +
                                      </g>
 +
                                      <g data-mml-node="mi" transform="translate(793,363) scale(0.707)">
 +
                                        <use data-c="1D461" xlink:href="#MJX-10-TEX-I-1D461"></use>
 +
                                      </g>
 +
                                      <g data-mml-node="mi" transform="translate(617,-292.2) scale(0.707)">
 +
                                        <use data-c="1D457" xlink:href="#MJX-10-TEX-I-1D457"></use>
 +
                                      </g>
 +
                                    </g>
 +
                                  </g>
 +
                                </g>
 +
                              </svg>
 +
                            </mjx-container>
 +
                            <script type="math/tex">T_j^t</script>
 +
                          </td>
 +
                          <td style='text-align:center;'><span>number of tRNAs of type </span>
 +
                            <mjx-container class="MathJax" jax="SVG" style="position: relative;"><svg
 +
                                xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" width="0.932ex" height="1.957ex" role="img" focusable="false"
 +
                                viewBox="0 -661 412 865" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" aria-hidden="true"
 +
                                style="vertical-align: -0.462ex;">
 +
                                <defs>
 +
                                  <path id="MJX-11-TEX-I-1D457"
 +
                                    d="M297 596Q297 627 318 644T361 661Q378 661 389 651T403 623Q403 595 384 576T340 557Q322 557 310 567T297 596ZM288 376Q288 405 262 405Q240 405 220 393T185 362T161 325T144 293L137 279Q135 278 121 278H107Q101 284 101 286T105 299Q126 348 164 391T252 441Q253 441 260 441T272 442Q296 441 316 432Q341 418 354 401T367 348V332L318 133Q267 -67 264 -75Q246 -125 194 -164T75 -204Q25 -204 7 -183T-12 -137Q-12 -110 7 -91T53 -71Q70 -71 82 -81T95 -112Q95 -148 63 -167Q69 -168 77 -168Q111 -168 139 -140T182 -74L193 -32Q204 11 219 72T251 197T278 308T289 365Q289 372 288 376Z">
 +
                                  </path>
 +
                                </defs>
 +
                                <g stroke="currentColor" fill="currentColor" stroke-width="0" transform="scale(1,-1)">
 +
                                  <g data-mml-node="math">
 +
                                    <g data-mml-node="mi">
 +
                                      <use data-c="1D457" xlink:href="#MJX-11-TEX-I-1D457"></use>
 +
                                    </g>
 +
                                  </g>
 +
                                </g>
 +
                              </svg>
 +
                            </mjx-container>
 +
                            <script type="math/tex">j</script>
 +
                          </td>
 +
                        </tr>
 +
                        <tr>
 +
                          <td style='text-align:center;'>
 +
                            <mjx-container class="MathJax" jax="SVG" style="position: relative;"><svg
 +
                                xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" width="2.437ex" height="1.977ex" role="img" focusable="false"
 +
                                viewBox="0 -716 1077 873.8" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" aria-hidden="true"
 +
                                style="vertical-align: -0.357ex;">
 +
                                <defs>
 +
                                  <path id="MJX-12-TEX-I-1D434"
 +
                                    d="M208 74Q208 50 254 46Q272 46 272 35Q272 34 270 22Q267 8 264 4T251 0Q249 0 239 0T205 1T141 2Q70 2 50 0H42Q35 7 35 11Q37 38 48 46H62Q132 49 164 96Q170 102 345 401T523 704Q530 716 547 716H555H572Q578 707 578 706L606 383Q634 60 636 57Q641 46 701 46Q726 46 726 36Q726 34 723 22Q720 7 718 4T704 0Q701 0 690 0T651 1T578 2Q484 2 455 0H443Q437 6 437 9T439 27Q443 40 445 43L449 46H469Q523 49 533 63L521 213H283L249 155Q208 86 208 74ZM516 260Q516 271 504 416T490 562L463 519Q447 492 400 412L310 260L413 259Q516 259 516 260Z">
 +
                                  </path>
 +
                                  <path id="MJX-12-TEX-I-1D456"
 +
                                    d="M184 600Q184 624 203 642T247 661Q265 661 277 649T290 619Q290 596 270 577T226 557Q211 557 198 567T184 600ZM21 287Q21 295 30 318T54 369T98 420T158 442Q197 442 223 419T250 357Q250 340 236 301T196 196T154 83Q149 61 149 51Q149 26 166 26Q175 26 185 29T208 43T235 78T260 137Q263 149 265 151T282 153Q302 153 302 143Q302 135 293 112T268 61T223 11T161 -11Q129 -11 102 10T74 74Q74 91 79 106T122 220Q160 321 166 341T173 380Q173 404 156 404H154Q124 404 99 371T61 287Q60 286 59 284T58 281T56 279T53 278T49 278T41 278H27Q21 284 21 287Z">
 +
                                  </path>
 +
                                </defs>
 +
                                <g stroke="currentColor" fill="currentColor" stroke-width="0" transform="scale(1,-1)">
 +
                                  <g data-mml-node="math">
 +
                                    <g data-mml-node="msub">
 +
                                      <g data-mml-node="mi">
 +
                                        <use data-c="1D434" xlink:href="#MJX-12-TEX-I-1D434"></use>
 +
                                      </g>
 +
                                      <g data-mml-node="mi" transform="translate(783,-150) scale(0.707)">
 +
                                        <use data-c="1D456" xlink:href="#MJX-12-TEX-I-1D456"></use>
 +
                                      </g>
 +
                                    </g>
 +
                                  </g>
 +
                                </g>
 +
                              </svg>
 +
                            </mjx-container>
 +
                            <script type="math/tex">A_i</script>
 +
                          </td>
 +
                          <td style='text-align:center;'><span>number of mRNAs of type </span>
 +
                            <mjx-container class="MathJax" jax="SVG" style="position: relative;"><svg
 +
                                xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" width="0.781ex" height="1.52ex" role="img" focusable="false"
 +
                                viewBox="0 -661 345 672" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" aria-hidden="true"
 +
                                style="vertical-align: -0.025ex;">
 +
                                <defs>
 +
                                  <path id="MJX-13-TEX-I-1D456"
 +
                                    d="M184 600Q184 624 203 642T247 661Q265 661 277 649T290 619Q290 596 270 577T226 557Q211 557 198 567T184 600ZM21 287Q21 295 30 318T54 369T98 420T158 442Q197 442 223 419T250 357Q250 340 236 301T196 196T154 83Q149 61 149 51Q149 26 166 26Q175 26 185 29T208 43T235 78T260 137Q263 149 265 151T282 153Q302 153 302 143Q302 135 293 112T268 61T223 11T161 -11Q129 -11 102 10T74 74Q74 91 79 106T122 220Q160 321 166 341T173 380Q173 404 156 404H154Q124 404 99 371T61 287Q60 286 59 284T58 281T56 279T53 278T49 278T41 278H27Q21 284 21 287Z">
 +
                                  </path>
 +
                                </defs>
 +
                                <g stroke="currentColor" fill="currentColor" stroke-width="0" transform="scale(1,-1)">
 +
                                  <g data-mml-node="math">
 +
                                    <g data-mml-node="mi">
 +
                                      <use data-c="1D456" xlink:href="#MJX-13-TEX-I-1D456"></use>
 +
                                    </g>
 +
                                  </g>
 +
                                </g>
 +
                              </svg>
 +
                            </mjx-container>
 +
                            <script type="math/tex">i</script>
 +
                          </td>
 +
                        </tr>
 +
                        <tr>
 +
                          <td style='text-align:center;'>
 +
                            <mjx-container class="MathJax" jax="SVG" style="position: relative;"><svg
 +
                                xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" width="1.878ex" height="1.439ex" role="img" focusable="false"
 +
                                viewBox="0 -442 830 636" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" aria-hidden="true"
 +
                                style="vertical-align: -0.439ex;">
 +
                                <defs>
 +
                                  <path id="MJX-14-TEX-I-1D45D"
 +
                                    d="M23 287Q24 290 25 295T30 317T40 348T55 381T75 411T101 433T134 442Q209 442 230 378L240 387Q302 442 358 442Q423 442 460 395T497 281Q497 173 421 82T249 -10Q227 -10 210 -4Q199 1 187 11T168 28L161 36Q160 35 139 -51T118 -138Q118 -144 126 -145T163 -148H188Q194 -155 194 -157T191 -175Q188 -187 185 -190T172 -194Q170 -194 161 -194T127 -193T65 -192Q-5 -192 -24 -194H-32Q-39 -187 -39 -183Q-37 -156 -26 -148H-6Q28 -147 33 -136Q36 -130 94 103T155 350Q156 355 156 364Q156 405 131 405Q109 405 94 377T71 316T59 280Q57 278 43 278H29Q23 284 23 287ZM178 102Q200 26 252 26Q282 26 310 49T356 107Q374 141 392 215T411 325V331Q411 405 350 405Q339 405 328 402T306 393T286 380T269 365T254 350T243 336T235 326L232 322Q232 321 229 308T218 264T204 212Q178 106 178 102Z">
 +
                                  </path>
 +
                                  <path id="MJX-14-TEX-I-1D456"
 +
                                    d="M184 600Q184 624 203 642T247 661Q265 661 277 649T290 619Q290 596 270 577T226 557Q211 557 198 567T184 600ZM21 287Q21 295 30 318T54 369T98 420T158 442Q197 442 223 419T250 357Q250 340 236 301T196 196T154 83Q149 61 149 51Q149 26 166 26Q175 26 185 29T208 43T235 78T260 137Q263 149 265 151T282 153Q302 153 302 143Q302 135 293 112T268 61T223 11T161 -11Q129 -11 102 10T74 74Q74 91 79 106T122 220Q160 321 166 341T173 380Q173 404 156 404H154Q124 404 99 371T61 287Q60 286 59 284T58 281T56 279T53 278T49 278T41 278H27Q21 284 21 287Z">
 +
                                  </path>
 +
                                </defs>
 +
                                <g stroke="currentColor" fill="currentColor" stroke-width="0" transform="scale(1,-1)">
 +
                                  <g data-mml-node="math">
 +
                                    <g data-mml-node="msub">
 +
                                      <g data-mml-node="mi">
 +
                                        <use data-c="1D45D" xlink:href="#MJX-14-TEX-I-1D45D"></use>
 +
                                      </g>
 +
                                      <g data-mml-node="mi" transform="translate(536,-150) scale(0.707)">
 +
                                        <use data-c="1D456" xlink:href="#MJX-14-TEX-I-1D456"></use>
 +
                                      </g>
 +
                                    </g>
 +
                                  </g>
 +
                                </g>
 +
                              </svg>
 +
                            </mjx-container>
 +
                            <script type="math/tex">p_i</script>
 +
                          </td>
 +
                          <td style='text-align:center;'><span>gene-specific initiation probability</span></td>
 +
                        </tr>
 +
                        <tr>
 +
                          <td style='text-align:center;'>
 +
                            <mjx-container class="MathJax" jax="SVG" style="position: relative;"><svg
 +
                                xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" width="1.357ex" height="1.025ex" role="img" focusable="false"
 +
                                viewBox="0 -442 600 453" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" aria-hidden="true"
 +
                                style="vertical-align: -0.025ex;">
 +
                                <defs>
 +
                                  <path id="MJX-15-TEX-I-1D45B"
 +
                                    d="M21 287Q22 293 24 303T36 341T56 388T89 425T135 442Q171 442 195 424T225 390T231 369Q231 367 232 367L243 378Q304 442 382 442Q436 442 469 415T503 336T465 179T427 52Q427 26 444 26Q450 26 453 27Q482 32 505 65T540 145Q542 153 560 153Q580 153 580 145Q580 144 576 130Q568 101 554 73T508 17T439 -10Q392 -10 371 17T350 73Q350 92 386 193T423 345Q423 404 379 404H374Q288 404 229 303L222 291L189 157Q156 26 151 16Q138 -11 108 -11Q95 -11 87 -5T76 7T74 17Q74 30 112 180T152 343Q153 348 153 366Q153 405 129 405Q91 405 66 305Q60 285 60 284Q58 278 41 278H27Q21 284 21 287Z">
 +
                                  </path>
 +
                                </defs>
 +
                                <g stroke="currentColor" fill="currentColor" stroke-width="0" transform="scale(1,-1)">
 +
                                  <g data-mml-node="math">
 +
                                    <g data-mml-node="mi">
 +
                                      <use data-c="1D45B" xlink:href="#MJX-15-TEX-I-1D45B"></use>
 +
                                    </g>
 +
                                  </g>
 +
                                </g>
 +
                              </svg>
 +
                            </mjx-container>
 +
                            <script type="math/tex">n</script>
 +
                          </td>
 +
                          <td style='text-align:center;'><span>number of genes</span></td>
 +
                        </tr>
 +
                        <tr>
 +
                          <td style='text-align:center;'>
 +
                            <mjx-container class="MathJax" jax="SVG" style="position: relative;"><svg
 +
                                xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" width="2.783ex" height="1.902ex" role="img" focusable="false"
 +
                                viewBox="0 -683 1229.9 840.8" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" aria-hidden="true"
 +
                                style="vertical-align: -0.357ex;">
 +
                                <defs>
 +
                                  <path id="MJX-16-TEX-I-1D437"
 +
                                    d="M287 628Q287 635 230 637Q207 637 200 638T193 647Q193 655 197 667T204 682Q206 683 403 683Q570 682 590 682T630 676Q702 659 752 597T803 431Q803 275 696 151T444 3L430 1L236 0H125H72Q48 0 41 2T33 11Q33 13 36 25Q40 41 44 43T67 46Q94 46 127 49Q141 52 146 61Q149 65 218 339T287 628ZM703 469Q703 507 692 537T666 584T629 613T590 629T555 636Q553 636 541 636T512 636T479 637H436Q392 637 386 627Q384 623 313 339T242 52Q242 48 253 48T330 47Q335 47 349 47T373 46Q499 46 581 128Q617 164 640 212T683 339T703 469Z">
 +
                                  </path>
 +
                                  <path id="MJX-16-TEX-I-1D45F"
 +
                                    d="M21 287Q22 290 23 295T28 317T38 348T53 381T73 411T99 433T132 442Q161 442 183 430T214 408T225 388Q227 382 228 382T236 389Q284 441 347 441H350Q398 441 422 400Q430 381 430 363Q430 333 417 315T391 292T366 288Q346 288 334 299T322 328Q322 376 378 392Q356 405 342 405Q286 405 239 331Q229 315 224 298T190 165Q156 25 151 16Q138 -11 108 -11Q95 -11 87 -5T76 7T74 17Q74 30 114 189T154 366Q154 405 128 405Q107 405 92 377T68 316T57 280Q55 278 41 278H27Q21 284 21 287Z">
 +
                                  </path>
 +
                                </defs>
 +
                                <g stroke="currentColor" fill="currentColor" stroke-width="0" transform="scale(1,-1)">
 +
                                  <g data-mml-node="math">
 +
                                    <g data-mml-node="msub">
 +
                                      <g data-mml-node="mi">
 +
                                        <use data-c="1D437" xlink:href="#MJX-16-TEX-I-1D437"></use>
 +
                                      </g>
 +
                                      <g data-mml-node="mi" transform="translate(861,-150) scale(0.707)">
 +
                                        <use data-c="1D45F" xlink:href="#MJX-16-TEX-I-1D45F"></use>
 +
                                      </g>
 +
                                    </g>
 +
                                  </g>
 +
                                </g>
 +
                              </svg>
 +
                            </mjx-container>
 +
                            <script type="math/tex">D_r</script>
 +
                          </td>
 +
                          <td style='text-align:center;'><span>diffusion coefficient of ribosomes</span></td>
 +
                        </tr>
 +
                        <tr>
 +
                          <td style='text-align:center;'>
 +
                            <mjx-container class="MathJax" jax="SVG" style="position: relative;"><svg
 +
                                xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" width="2.639ex" height="1.902ex" role="img" focusable="false"
 +
                                viewBox="0 -683 1166.3 840.8" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" aria-hidden="true"
 +
                                style="vertical-align: -0.357ex;">
 +
                                <defs>
 +
                                  <path id="MJX-17-TEX-I-1D437"
 +
                                    d="M287 628Q287 635 230 637Q207 637 200 638T193 647Q193 655 197 667T204 682Q206 683 403 683Q570 682 590 682T630 676Q702 659 752 597T803 431Q803 275 696 151T444 3L430 1L236 0H125H72Q48 0 41 2T33 11Q33 13 36 25Q40 41 44 43T67 46Q94 46 127 49Q141 52 146 61Q149 65 218 339T287 628ZM703 469Q703 507 692 537T666 584T629 613T590 629T555 636Q553 636 541 636T512 636T479 637H436Q392 637 386 627Q384 623 313 339T242 52Q242 48 253 48T330 47Q335 47 349 47T373 46Q499 46 581 128Q617 164 640 212T683 339T703 469Z">
 +
                                  </path>
 +
                                  <path id="MJX-17-TEX-I-1D461"
 +
                                    d="M26 385Q19 392 19 395Q19 399 22 411T27 425Q29 430 36 430T87 431H140L159 511Q162 522 166 540T173 566T179 586T187 603T197 615T211 624T229 626Q247 625 254 615T261 596Q261 589 252 549T232 470L222 433Q222 431 272 431H323Q330 424 330 420Q330 398 317 385H210L174 240Q135 80 135 68Q135 26 162 26Q197 26 230 60T283 144Q285 150 288 151T303 153H307Q322 153 322 145Q322 142 319 133Q314 117 301 95T267 48T216 6T155 -11Q125 -11 98 4T59 56Q57 64 57 83V101L92 241Q127 382 128 383Q128 385 77 385H26Z">
 +
                                  </path>
 +
                                </defs>
 +
                                <g stroke="currentColor" fill="currentColor" stroke-width="0" transform="scale(1,-1)">
 +
                                  <g data-mml-node="math">
 +
                                    <g data-mml-node="msub">
 +
                                      <g data-mml-node="mi">
 +
                                        <use data-c="1D437" xlink:href="#MJX-17-TEX-I-1D437"></use>
 +
                                      </g>
 +
                                      <g data-mml-node="mi" transform="translate(861,-150) scale(0.707)">
 +
                                        <use data-c="1D461" xlink:href="#MJX-17-TEX-I-1D461"></use>
 +
                                      </g>
 +
                                    </g>
 +
                                  </g>
 +
                                </g>
 +
                              </svg>
 +
                            </mjx-container>
 +
                            <script type="math/tex">D_t</script>
 +
                          </td>
 +
                          <td style='text-align:center;'><span>diffusion coefficient of tRNAs</span></td>
 +
                        </tr>
 +
                        <tr>
 +
                          <td style='text-align:center;'>
 +
                            <mjx-container class="MathJax" jax="SVG" style="position: relative;"><svg
 +
                                xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" width="2.527ex" height="1.952ex" role="img" focusable="false"
 +
                                viewBox="0 -705 1116.9 862.8" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" aria-hidden="true"
 +
                                style="vertical-align: -0.357ex;">
 +
                                <defs>
 +
                                  <path id="MJX-18-TEX-I-1D436"
 +
                                    d="M50 252Q50 367 117 473T286 641T490 704Q580 704 633 653Q642 643 648 636T656 626L657 623Q660 623 684 649Q691 655 699 663T715 679T725 690L740 705H746Q760 705 760 698Q760 694 728 561Q692 422 692 421Q690 416 687 415T669 413H653Q647 419 647 422Q647 423 648 429T650 449T651 481Q651 552 619 605T510 659Q484 659 454 652T382 628T299 572T226 479Q194 422 175 346T156 222Q156 108 232 58Q280 24 350 24Q441 24 512 92T606 240Q610 253 612 255T628 257Q648 257 648 248Q648 243 647 239Q618 132 523 55T319 -22Q206 -22 128 53T50 252Z">
 +
                                  </path>
 +
                                  <path id="MJX-18-TEX-I-1D45F"
 +
                                    d="M21 287Q22 290 23 295T28 317T38 348T53 381T73 411T99 433T132 442Q161 442 183 430T214 408T225 388Q227 382 228 382T236 389Q284 441 347 441H350Q398 441 422 400Q430 381 430 363Q430 333 417 315T391 292T366 288Q346 288 334 299T322 328Q322 376 378 392Q356 405 342 405Q286 405 239 331Q229 315 224 298T190 165Q156 25 151 16Q138 -11 108 -11Q95 -11 87 -5T76 7T74 17Q74 30 114 189T154 366Q154 405 128 405Q107 405 92 377T68 316T57 280Q55 278 41 278H27Q21 284 21 287Z">
 +
                                  </path>
 +
                                </defs>
 +
                                <g stroke="currentColor" fill="currentColor" stroke-width="0" transform="scale(1,-1)">
 +
                                  <g data-mml-node="math">
 +
                                    <g data-mml-node="msub">
 +
                                      <g data-mml-node="mi">
 +
                                        <use data-c="1D436" xlink:href="#MJX-18-TEX-I-1D436"></use>
 +
                                      </g>
 +
                                      <g data-mml-node="mi" transform="translate(748,-150) scale(0.707)">
 +
                                        <use data-c="1D45F" xlink:href="#MJX-18-TEX-I-1D45F"></use>
 +
                                      </g>
 +
                                    </g>
 +
                                  </g>
 +
                                </g>
 +
                              </svg>
 +
                            </mjx-container>
 +
                            <script type="math/tex">C_r</script>
 +
                          </td>
 +
                          <td style='text-align:center;'><span>size of ribosome footprint in codons</span></td>
 +
                        </tr>
 +
                        <tr>
 +
                          <td style='text-align:center;'>
 +
                            <mjx-container class="MathJax" jax="SVG" style="position: relative;"><svg
 +
                                xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" width="1.061ex" height="1.023ex" role="img" focusable="false"
 +
                                viewBox="0 -442 469 452" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" aria-hidden="true"
 +
                                style="vertical-align: -0.023ex;">
 +
                                <defs>
 +
                                  <path id="MJX-19-TEX-I-1D460"
 +
                                    d="M131 289Q131 321 147 354T203 415T300 442Q362 442 390 415T419 355Q419 323 402 308T364 292Q351 292 340 300T328 326Q328 342 337 354T354 372T367 378Q368 378 368 379Q368 382 361 388T336 399T297 405Q249 405 227 379T204 326Q204 301 223 291T278 274T330 259Q396 230 396 163Q396 135 385 107T352 51T289 7T195 -10Q118 -10 86 19T53 87Q53 126 74 143T118 160Q133 160 146 151T160 120Q160 94 142 76T111 58Q109 57 108 57T107 55Q108 52 115 47T146 34T201 27Q237 27 263 38T301 66T318 97T323 122Q323 150 302 164T254 181T195 196T148 231Q131 256 131 289Z">
 +
                                  </path>
 +
                                </defs>
 +
                                <g stroke="currentColor" fill="currentColor" stroke-width="0" transform="scale(1,-1)">
 +
                                  <g data-mml-node="math">
 +
                                    <g data-mml-node="mi">
 +
                                      <use data-c="1D460" xlink:href="#MJX-19-TEX-I-1D460"></use>
 +
                                    </g>
 +
                                  </g>
 +
                                </g>
 +
                              </svg>
 +
                            </mjx-container>
 +
                            <script type="math/tex">s</script>
 +
                          </td>
 +
                          <td style='text-align:center;'><span>tRNA competition coefficient</span></td>
 +
                        </tr>
 +
                        <tr>
 +
                          <td style='text-align:center;'>
 +
                            <mjx-container class="MathJax" jax="SVG" style="position: relative;"><svg
 +
                                xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" width="1.74ex" height="1.595ex" role="img" focusable="false"
 +
                                viewBox="0 -683 769 705" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" aria-hidden="true"
 +
                                style="vertical-align: -0.05ex;">
 +
                                <defs>
 +
                                  <path id="MJX-20-TEX-I-1D449"
 +
                                    d="M52 648Q52 670 65 683H76Q118 680 181 680Q299 680 320 683H330Q336 677 336 674T334 656Q329 641 325 637H304Q282 635 274 635Q245 630 242 620Q242 618 271 369T301 118L374 235Q447 352 520 471T595 594Q599 601 599 609Q599 633 555 637Q537 637 537 648Q537 649 539 661Q542 675 545 679T558 683Q560 683 570 683T604 682T668 681Q737 681 755 683H762Q769 676 769 672Q769 655 760 640Q757 637 743 637Q730 636 719 635T698 630T682 623T670 615T660 608T652 599T645 592L452 282Q272 -9 266 -16Q263 -18 259 -21L241 -22H234Q216 -22 216 -15Q213 -9 177 305Q139 623 138 626Q133 637 76 637H59Q52 642 52 648Z">
 +
                                  </path>
 +
                                </defs>
 +
                                <g stroke="currentColor" fill="currentColor" stroke-width="0" transform="scale(1,-1)">
 +
                                  <g data-mml-node="math">
 +
                                    <g data-mml-node="mi">
 +
                                      <use data-c="1D449" xlink:href="#MJX-20-TEX-I-1D449"></use>
 +
                                    </g>
 +
                                  </g>
 +
                                </g>
 +
                              </svg>
 +
                            </mjx-container>
 +
                            <script type="math/tex">V</script>
 +
                          </td>
 +
                          <td style='text-align:center;'><span>volume of the cell</span></td>
 +
                        </tr>
 +
                      </tbody>
 +
                    </table>
 +
                  </figure>
 +
                <img src="https://static.igem.org/mediawiki/2021/1/1b/T--CPU_CHINA--Mathematical_Modeling-5.png" alt="">
 +
                <p class="imgdescribe"><strong>Fig.  5 Pseudocode of this algorithm.</strong></p>
 +
                <h4 class="mume-header" id="b-lag-time-between-transcription-translation">Lag Time between
 +
                    Transcription &amp;
 +
                    Translation</h4>
 +
 
 +
                <p>In the <strong>Summary</strong> part in <strong>Results</strong> section, we could see that in
 +
                    different
 +
                    conditions with different AAO mRNA initial concentrations, the corresponding production
 +
                    concentrations were
 +
                    distinct. Moreover, the production concentration didn&apos;t increase accordingly with the raise of
 +
                    <span class="katex"><span class="katex-mathml"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
 +
                                <semantics>
 +
                                    <mrow>
 +
                                        <msub>
 +
                                            <mrow>
 +
                                                <mo stretchy="false">[</mo>
 +
                                                <mi>A</mi>
 +
                                                <mi>A</mi>
 +
                                                <mi>O</mi>
 +
                                                <mtext>&#xA0;</mtext>
 +
                                                <mi>m</mi>
 +
                                                <mi>R</mi>
 +
                                                <mi>N</mi>
 +
                                                <mi>A</mi>
 +
                                                <mo stretchy="false">]</mo>
 +
                                            </mrow>
 +
                                            <mrow>
 +
                                                <mi>i</mi>
 +
                                                <mi>n</mi>
 +
                                            </mrow>
 +
                                        </msub>
 +
                                    </mrow>
 +
                                    <annotation encoding="application/x-tex">{[AAO \ mRNA]}_{in}</annotation>
 +
                                </semantics>
 +
                            </math></span><span class="katex-html" aria-hidden="true"><span class="base"><span
 +
                                    class="strut"
 +
                                    style="height:1.0497em;vertical-align:-0.29969999999999997em;"></span><span
 +
                                    class="mord"><span class="mord"><span class="mopen">[</span><span
 +
                                            class="mord mathnormal">AA</span><span class="mord mathnormal"
 +
                                            style="margin-right:0.02778em;">O</span><span
 +
                                            class="mspace">&#xA0;</span><span class="mord mathnormal">m</span><span
 +
                                            class="mord mathnormal" style="margin-right:0.10903em;">RN</span><span
 +
                                            class="mord mathnormal">A</span><span class="mclose">]</span></span><span
 +
                                        class="msupsub"><span class="vlist-t vlist-t2"><span class="vlist-r"><span
 +
                                                    class="vlist" style="height:0.161964em;"><span
 +
                                                        style="top:-2.4003em;margin-right:0.05em;"><span class="pstrut"
 +
                                                            style="height:2.7em;"></span><span
 +
                                                            class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span
 +
                                                                class="mord mtight"><span
 +
                                                                    class="mord mathnormal mtight">in</span></span></span></span></span><span
 +
                                                    class="vlist-s">&#x200B;</span></span><span class="vlist-r"><span
 +
                                                    class="vlist"
 +
                                                    style="height:0.29969999999999997em;"><span></span></span></span></span></span></span></span></span></span>.
 +
                </p>
 +
                <p>Therefore, it is necessary for us to modify the vectors we utilized and try to add a period called
 +
                    <strong>lag time</strong>
 +
                    (<span class="katex"><span class="katex-mathml"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
 +
                                <semantics>
 +
                                    <mrow>
 +
                                        <msub>
 +
                                            <mi>T</mi>
 +
                                            <mrow>
 +
                                                <mi>l</mi>
 +
                                                <mi>a</mi>
 +
                                                <mi>g</mi>
 +
                                            </mrow>
 +
                                        </msub>
 +
                                    </mrow>
 +
                                    <annotation encoding="application/x-tex">T_{lag}</annotation>
 +
                                </semantics>
 +
                            </math></span><span class="katex-html" aria-hidden="true"><span class="base"><span
 +
                                    class="strut" style="height:0.969438em;vertical-align:-0.286108em;"></span><span
 +
                                    class="mord"><span class="mord mathnormal"
 +
                                        style="margin-right:0.13889em;">T</span><span class="msupsub"><span
 +
                                            class="vlist-t vlist-t2"><span class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                    style="height:0.3361079999999999em;"><span
 +
                                                        style="top:-2.5500000000000003em;margin-left:-0.13889em;margin-right:0.05em;"><span
 +
                                                            class="pstrut" style="height:2.7em;"></span><span
 +
                                                            class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span
 +
                                                                class="mord mtight"><span class="mord mathnormal mtight"
 +
                                                                    style="margin-right:0.01968em;">l</span><span
 +
                                                                    class="mord mathnormal mtight">a</span><span
 +
                                                                    class="mord mathnormal mtight"
 +
                                                                    style="margin-right:0.03588em;">g</span></span></span></span></span><span
 +
                                                    class="vlist-s">&#x200B;</span></span><span class="vlist-r"><span
 +
                                                    class="vlist"
 +
                                                    style="height:0.286108em;"><span></span></span></span></span></span></span></span></span></span>)<sup>[10]</sup>
 +
                    in our model to satisfy our most needed production demand.</p>
 +
            </div>
 +
            <div class="section" id="section3">
 +
                <h2 class="mume-header" id="manganese-peroxidase-mnp-kinetics">MANGANESE PEROXIDASE (MNP) KINETICS</h2>
 +
 
 +
                <h3 class="mume-header" id="i-instruction-1">Instruction</h3>
 +
 
 +
                <p><strong>Manganese peroxidase (MnP)</strong> is a glycosylated exocellular enzyme containing heme molecule from
 +
                    <em>Phanerochaete
 +
                        chrysosporium</em> (<em>P. chrysosporium</em>)<sup>[11]</sup>. The most common function of MnP
 +
                    is to degrade
 +
                    lignin compounds under natural conditions.
 +
                </p>
 +
                <p>The special catalysis cycle of MnP has been discovered, and this cycle requires the consumption of
 +
                    hydrogen
 +
                    peroxide (H₂O₂).
 +
                    First, one H₂O₂ molecule oxidizes the heme and forms a complex called MnP-I, and then this complex will oxalates one
 +
                    <span class="katex"><span class="katex-mathml"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
 +
                                <semantics>
 +
                                    <mrow>
 +
                                        <msup>
 +
                                            <mrow>
 +
                                                <mi>M</mi>
 +
                                                <mi>n</mi>
 +
                                            </mrow>
 +
                                            <mrow>
 +
                                                <mn>2</mn>
 +
                                                <mo>+</mo>
 +
                                            </mrow>
 +
                                        </msup>
 +
                                    </mrow>
 +
                                    <annotation encoding="application/x-tex">{Mn}^{2+}</annotation>
 +
                                </semantics>
 +
                            </math></span><span class="katex-html" aria-hidden="true"><span class="base"><span
 +
                                    class="strut" style="height:0.887338em;vertical-align:0em;"></span><span
 +
                                    class="mord"><span class="mord"><span class="mord mathnormal"
 +
                                            style="margin-right:0.10903em;">M</span><span
 +
                                            class="mord mathnormal">n</span></span><span class="msupsub"><span
 +
                                            class="vlist-t"><span class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                    style="height:0.887338em;"><span
 +
                                                        style="top:-3.1362300000000003em;margin-right:0.05em;"><span
 +
                                                            class="pstrut" style="height:2.7em;"></span><span
 +
                                                            class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span
 +
                                                                class="mord mtight"><span
 +
                                                                    class="mord mtight">2</span><span
 +
                                                                    class="mord mtight">+</span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span>
 +
                    to <span class="katex"><span class="katex-mathml"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
 +
                                <semantics>
 +
                                    <mrow>
 +
                                        <msup>
 +
                                            <mrow>
 +
                                                <mi>M</mi>
 +
                                                <mi>n</mi>
 +
                                            </mrow>
 +
                                            <mrow>
 +
                                                <mn>3</mn>
 +
                                                <mo>+</mo>
 +
                                            </mrow>
 +
                                        </msup>
 +
                                    </mrow>
 +
                                    <annotation encoding="application/x-tex">{Mn}^{3+}</annotation>
 +
                                </semantics>
 +
                            </math></span><span class="katex-html" aria-hidden="true"><span class="base"><span
 +
                                    class="strut" style="height:0.887338em;vertical-align:0em;"></span><span
 +
                                    class="mord"><span class="mord"><span class="mord mathnormal"
 +
                                            style="margin-right:0.10903em;">M</span><span
 +
                                            class="mord mathnormal">n</span></span><span class="msupsub"><span
 +
                                            class="vlist-t"><span class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                    style="height:0.887338em;"><span
 +
                                                        style="top:-3.1362300000000003em;margin-right:0.05em;"><span
 +
                                                            class="pstrut" style="height:2.7em;"></span><span
 +
                                                            class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span
 +
                                                                class="mord mtight"><span
 +
                                                                    class="mord mtight">3</span><span
 +
                                                                    class="mord mtight">+</span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span>
 +
                    and forms the second complex MnP-II, which can subsequently oxalates one <span class="katex"><span
 +
                            class="katex-mathml"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
 +
                                <semantics>
 +
                                    <mrow>
 +
                                        <msup>
 +
                                            <mrow>
 +
                                                <mi>M</mi>
 +
                                                <mi>n</mi>
 +
                                            </mrow>
 +
                                            <mrow>
 +
                                                <mn>2</mn>
 +
                                                <mo>+</mo>
 +
                                            </mrow>
 +
                                        </msup>
 +
                                    </mrow>
 +
                                    <annotation encoding="application/x-tex">{Mn}^{2+}</annotation>
 +
                                </semantics>
 +
                            </math></span><span class="katex-html" aria-hidden="true"><span class="base"><span
 +
                                    class="strut" style="height:0.887338em;vertical-align:0em;"></span><span
 +
                                    class="mord"><span class="mord"><span class="mord mathnormal"
 +
                                            style="margin-right:0.10903em;">M</span><span
 +
                                            class="mord mathnormal">n</span></span><span class="msupsub"><span
 +
                                            class="vlist-t"><span class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                    style="height:0.887338em;"><span
 +
                                                        style="top:-3.1362300000000003em;margin-right:0.05em;"><span
 +
                                                            class="pstrut" style="height:2.7em;"></span><span
 +
                                                            class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span
 +
                                                                class="mord mtight"><span
 +
                                                                    class="mord mtight">2</span><span
 +
                                                                    class="mord mtight">+</span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span>
 +
                    ion and turn to the initial situation<sup>[12]</sup>.
 +
                </p>
 +
                <p>Therefore MnP can chemically modify and degrade lignin or other difficult-to-degrade chemical
 +
                    substances
 +
                    non-substrate-specifically<sup>[13]</sup>. Most of all, previous research has found that some fungal
 +
                    can <strong>set
 +
                    colonization on PE thin films</strong><sup>[14]</sup>, and <strong>secrete peroxidase, including MnP, to degrade PE
 +
                    film under
 +
                    nitrogen or carbon stress</strong>. With such ideas taken into account, we employed a combination of AAO and
 +
                    MnP in our
 +
                    design (see our <em><strong><a href="https://2021.igem.org/Team:CPU_CHINA/Design">Project Design</a></strong></em>).</p>
 +
                <img src="https://static.igem.org/mediawiki/2021/5/5e/T--CPU_CHINA--K3853008_Fig1.png" alt="">
 +
                <p class="imgdescribe"><strong>Fig.  6 The catalytic cycle of manganese peroxidase (MnP).</strong></p>
 +
                <p>In our simulation we employed SimBiology as well in MATLAB, and simplified the MnP-SpyTag protein
 +
                    into PDB: 3M5Q
 +
                    for convenience. According to the final simulated curve, the production of MnP wasn&apos;t in a total
 +
                    balance with
 +
                    AAO production and thus we could invest more on MnP production, and two mutants of PDB: 3M5Q might
 +
                    improve the
 +
                    production efficacy in our future investigation.</p>
 +
                <h3 class="mume-header" id="ii-model-preparation-1">Model Preparation</h3>
 +
 
 +
                <h4 class="mume-header" id="a-michaelis-menten-equation-law-of-mass-action">Michaelis-Menten Equation
 +
                    &amp; Law
 +
                    of Mass Action</h4>
 +
 
 +
                <p>See in <em><strong>AAO Kinetics</strong></em> part.</p>
 +
                <h4 class="mume-header" id="b-assumption">Assumption</h4>
 +
 
 +
                <ol>
 +
                    <li>Assumptions of Michaelis-Menten equation
 +
                        <ul>
 +
                            <li>Since the MnP <em>in vivo</em> produced in our design was attached with a SpyTag, we
 +
                                chose to simplify the
 +
                                parameters and used the wild-type MnP protein (PDB: 3M5Q) to substitute the one with
 +
                                SpyTag.</li>
 +
                            <li>So Michaelis constant of MnP-SpyTag was assembled into the one of 3M5Q.</li>
 +
                        </ul>
 +
                    </li>
 +
                    <li>Assumption of the model
 +
                        <ul>
 +
                            <li>The initial concentration of MnP mRNA <em>in vivo</em> was estimated based on the length
 +
                                of MnP mRNA and
 +
                                the concentration of mRNA in another yeast cell, <em>S. cerevisiae</em><sup>[15]</sup>.
 +
                            </li>
 +
                            <li>The solver of our model in SimBiology was set as <code>ode23t</code>.</li>
 +
                            <li>The total volume of our reaction environment was set as 1.0 L.</li>
 +
                        </ul>
 +
                    </li>
 +
                </ol>
 +
                <h3 class="mume-header" id="iii-model-establishment-1">Model Establishment</h3>
 +
 
 +
                <img src="https://static.igem.org/mediawiki/2021/6/68/T--CPU_CHINA--Mathematical_Modeling-7.png" alt="">
 +
                <p class="imgdescribe"><strong>Fig.  7 Diagram of MnP protein <em>in vivo</em> production.</strong></p>
 +
                <h3 class="mume-header" id="iv-equations-1">Equations</h3>
 +
 
 +
                <h4 class="mume-header" id="a-aao-mrna-production-degradation-1">AAO mRNA Production &amp;
 +
                    Degradation</h4>
 +
 
 +
                <p><span class="katex-display"><span class="katex"><span class="katex-mathml"><math
 +
                                    xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
 +
                                    <semantics>
 +
                                        <mrow>
 +
                                            <mfrac>
 +
                                                <mrow>
 +
                                                    <mi>d</mi>
 +
                                                    <mo stretchy="false">[</mo>
 +
                                                    <mi>A</mi>
 +
                                                    <mi>A</mi>
 +
                                                    <mi>O</mi>
 +
                                                    <mtext>&#xA0;</mtext>
 +
                                                    <mi>m</mi>
 +
                                                    <mi>R</mi>
 +
                                                    <mi>N</mi>
 +
                                                    <mi>A</mi>
 +
                                                    <mo stretchy="false">]</mo>
 +
                                                </mrow>
 +
                                                <mrow>
 +
                                                    <mi>d</mi>
 +
                                                    <mi>t</mi>
 +
                                                </mrow>
 +
                                            </mfrac>
 +
                                            <mo>=</mo>
 +
                                            <mfrac>
 +
                                                <mrow>
 +
                                                    <msub>
 +
                                                        <mi>V</mi>
 +
                                                        <mrow>
 +
                                                            <mi>a</mi>
 +
                                                            <mi>m</mi>
 +
                                                        </mrow>
 +
                                                    </msub>
 +
                                                    <mo stretchy="false">[</mo>
 +
                                                    <mi>A</mi>
 +
                                                    <mi>A</mi>
 +
                                                    <mi>O</mi>
 +
                                                    <mtext>&#xA0;</mtext>
 +
                                                    <mi>D</mi>
 +
                                                    <mi>N</mi>
 +
                                                    <mi>A</mi>
 +
                                                    <mo stretchy="false">]</mo>
 +
                                                </mrow>
 +
                                                <mrow>
 +
                                                    <msub>
 +
                                                        <mi>K</mi>
 +
                                                        <mrow>
 +
                                                            <mi>a</mi>
 +
                                                            <mi>m</mi>
 +
                                                        </mrow>
 +
                                                    </msub>
 +
                                                    <mtext>&#xA0;</mtext>
 +
                                                    <mo>+</mo>
 +
                                                    <mtext>&#xA0;</mtext>
 +
                                                    <mo stretchy="false">[</mo>
 +
                                                    <mi>A</mi>
 +
                                                    <mi>A</mi>
 +
                                                    <mi>O</mi>
 +
                                                    <mtext>&#xA0;</mtext>
 +
                                                    <mi>D</mi>
 +
                                                    <mi>N</mi>
 +
                                                    <mi>A</mi>
 +
                                                    <mo stretchy="false">]</mo>
 +
                                                </mrow>
 +
                                            </mfrac>
 +
                                            <mtext>&#xA0;</mtext>
 +
                                            <mo>&#x2212;</mo>
 +
                                            <mtext>&#xA0;</mtext>
 +
                                            <msub>
 +
                                                <mi>&#x3B1;</mi>
 +
                                                <mrow>
 +
                                                    <mi>c</mi>
 +
                                                    <mi>a</mi>
 +
                                                    <mi>d</mi>
 +
                                                </mrow>
 +
                                            </msub>
 +
                                            <mo stretchy="false">[</mo>
 +
                                            <mi>A</mi>
 +
                                            <mi>A</mi>
 +
                                            <mi>O</mi>
 +
                                            <mtext>&#xA0;</mtext>
 +
                                            <mi>D</mi>
 +
                                            <mi>N</mi>
 +
                                            <mi>A</mi>
 +
                                            <mo stretchy="false">]</mo>
 +
                                        </mrow>
 +
                                        <annotation encoding="application/x-tex">\frac{d[AAO \ mRNA]}{dt} =
 +
                                            \frac{V_{am}[AAO \ DNA]}{K_{am} \ +
 +
                                            \ [AAO \ DNA]} \ - \ {\alpha}_{cad}[AAO \ DNA]</annotation>
 +
                                    </semantics>
 +
                                </math></span><span class="katex-html" aria-hidden="true"><span class="base"><span
 +
                                        class="strut" style="height:2.113em;vertical-align:-0.686em;"></span><span
 +
                                        class="mord"><span class="mopen nulldelimiter"></span><span class="mfrac"><span
 +
                                                class="vlist-t vlist-t2"><span class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                        style="height:1.427em;"><span style="top:-2.314em;"><span
 +
                                                                class="pstrut" style="height:3em;"></span><span
 +
                                                                class="mord"><span class="mord mathnormal">d</span><span
 +
                                                                    class="mord mathnormal">t</span></span></span><span
 +
                                                            style="top:-3.23em;"><span class="pstrut"
 +
                                                                style="height:3em;"></span><span class="frac-line"
 +
                                                                style="border-bottom-width:0.04em;"></span></span><span
 +
                                                            style="top:-3.677em;"><span class="pstrut"
 +
                                                                style="height:3em;"></span><span class="mord"><span
 +
                                                                    class="mord mathnormal">d</span><span
 +
                                                                    class="mopen">[</span><span
 +
                                                                    class="mord mathnormal">AA</span><span
 +
                                                                    class="mord mathnormal"
 +
                                                                    style="margin-right:0.02778em;">O</span><span
 +
                                                                    class="mspace">&#xA0;</span><span
 +
                                                                    class="mord mathnormal">m</span><span
 +
                                                                    class="mord mathnormal"
 +
                                                                    style="margin-right:0.10903em;">RN</span><span
 +
                                                                    class="mord mathnormal">A</span><span
 +
                                                                    class="mclose">]</span></span></span></span><span
 +
                                                        class="vlist-s">&#x200B;</span></span><span
 +
                                                    class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                        style="height:0.686em;"><span></span></span></span></span></span><span
 +
                                            class="mclose nulldelimiter"></span></span><span class="mspace"
 +
                                        style="margin-right:0.2777777777777778em;"></span><span
 +
                                        class="mrel">=</span><span class="mspace"
 +
                                        style="margin-right:0.2777777777777778em;"></span></span><span
 +
                                    class="base"><span class="strut"
 +
                                        style="height:2.363em;vertical-align:-0.936em;"></span><span class="mord"><span
 +
                                            class="mopen nulldelimiter"></span><span class="mfrac"><span
 +
                                                class="vlist-t vlist-t2"><span class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                        style="height:1.427em;"><span style="top:-2.314em;"><span
 +
                                                                class="pstrut" style="height:3em;"></span><span
 +
                                                                class="mord"><span class="mord"><span
 +
                                                                        class="mord mathnormal"
 +
                                                                        style="margin-right:0.07153em;">K</span><span
 +
                                                                        class="msupsub"><span
 +
                                                                            class="vlist-t vlist-t2"><span
 +
                                                                                class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                                                    style="height:0.151392em;"><span
 +
                                                                                        style="top:-2.5500000000000003em;margin-left:-0.07153em;margin-right:0.05em;"><span
 +
                                                                                            class="pstrut"
 +
                                                                                            style="height:2.7em;"></span><span
 +
                                                                                            class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span
 +
                                                                                                class="mord mtight"><span
 +
                                                                                                    class="mord mathnormal mtight">am</span></span></span></span></span><span
 +
                                                                                    class="vlist-s">&#x200B;</span></span><span
 +
                                                                                class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                                                    style="height:0.15em;"><span></span></span></span></span></span></span><span
 +
                                                                    class="mspace">&#xA0;</span><span class="mspace"
 +
                                                                    style="margin-right:0.2222222222222222em;"></span><span
 +
                                                                    class="mbin">+</span><span
 +
                                                                    class="mspace">&#xA0;</span><span class="mspace"
 +
                                                                    style="margin-right:0.2222222222222222em;"></span><span
 +
                                                                    class="mopen">[</span><span
 +
                                                                    class="mord mathnormal">AA</span><span
 +
                                                                    class="mord mathnormal"
 +
                                                                    style="margin-right:0.02778em;">O</span><span
 +
                                                                    class="mspace">&#xA0;</span><span
 +
                                                                    class="mord mathnormal"
 +
                                                                    style="margin-right:0.02778em;">D</span><span
 +
                                                                    class="mord mathnormal"
 +
                                                                    style="margin-right:0.10903em;">N</span><span
 +
                                                                    class="mord mathnormal">A</span><span
 +
                                                                    class="mclose">]</span></span></span><span
 +
                                                            style="top:-3.23em;"><span class="pstrut"
 +
                                                                style="height:3em;"></span><span class="frac-line"
 +
                                                                style="border-bottom-width:0.04em;"></span></span><span
 +
                                                            style="top:-3.677em;"><span class="pstrut"
 +
                                                                style="height:3em;"></span><span class="mord"><span
 +
                                                                    class="mord"><span class="mord mathnormal"
 +
                                                                        style="margin-right:0.22222em;">V</span><span
 +
                                                                        class="msupsub"><span
 +
                                                                            class="vlist-t vlist-t2"><span
 +
                                                                                class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                                                    style="height:0.151392em;"><span
 +
                                                                                        style="top:-2.5500000000000003em;margin-left:-0.22222em;margin-right:0.05em;"><span
 +
                                                                                            class="pstrut"
 +
                                                                                            style="height:2.7em;"></span><span
 +
                                                                                            class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span
 +
                                                                                                class="mord mtight"><span
 +
                                                                                                    class="mord mathnormal mtight">am</span></span></span></span></span><span
 +
                                                                                    class="vlist-s">&#x200B;</span></span><span
 +
                                                                                class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                                                    style="height:0.15em;"><span></span></span></span></span></span></span><span
 +
                                                                    class="mopen">[</span><span
 +
                                                                    class="mord mathnormal">AA</span><span
 +
                                                                    class="mord mathnormal"
 +
                                                                    style="margin-right:0.02778em;">O</span><span
 +
                                                                    class="mspace">&#xA0;</span><span
 +
                                                                    class="mord mathnormal"
 +
                                                                    style="margin-right:0.02778em;">D</span><span
 +
                                                                    class="mord mathnormal"
 +
                                                                    style="margin-right:0.10903em;">N</span><span
 +
                                                                    class="mord mathnormal">A</span><span
 +
                                                                    class="mclose">]</span></span></span></span><span
 +
                                                        class="vlist-s">&#x200B;</span></span><span
 +
                                                    class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                        style="height:0.936em;"><span></span></span></span></span></span><span
 +
                                            class="mclose nulldelimiter"></span></span><span
 +
                                        class="mspace">&#xA0;</span><span class="mspace"
 +
                                        style="margin-right:0.2222222222222222em;"></span><span
 +
                                        class="mbin">&#x2212;</span><span class="mspace">&#xA0;</span><span
 +
                                        class="mspace" style="margin-right:0.2222222222222222em;"></span></span><span
 +
                                    class="base"><span class="strut"
 +
                                        style="height:1em;vertical-align:-0.25em;"></span><span class="mord"><span
 +
                                            class="mord"><span class="mord mathnormal"
 +
                                                style="margin-right:0.0037em;">&#x3B1;</span></span><span
 +
                                            class="msupsub"><span class="vlist-t vlist-t2"><span class="vlist-r"><span
 +
                                                        class="vlist" style="height:0.33610799999999996em;"><span
 +
                                                            style="top:-2.5500000000000003em;margin-right:0.05em;"><span
 +
                                                                class="pstrut" style="height:2.7em;"></span><span
 +
                                                                class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span
 +
                                                                    class="mord mtight"><span
 +
                                                                        class="mord mathnormal mtight">c</span><span
 +
                                                                        class="mord mathnormal mtight">a</span><span
 +
                                                                        class="mord mathnormal mtight">d</span></span></span></span></span><span
 +
                                                        class="vlist-s">&#x200B;</span></span><span
 +
                                                    class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                        style="height:0.15em;"><span></span></span></span></span></span></span><span
 +
                                        class="mopen">[</span><span class="mord mathnormal">AA</span><span
 +
                                        class="mord mathnormal" style="margin-right:0.02778em;">O</span><span
 +
                                        class="mspace">&#xA0;</span><span class="mord mathnormal"
 +
                                        style="margin-right:0.02778em;">D</span><span class="mord mathnormal"
 +
                                        style="margin-right:0.10903em;">N</span><span
 +
                                        class="mord mathnormal">A</span><span
 +
                                        class="mclose">]</span></span></span></span></span></p>
 +
                <p>We used this differential equation to describe the production of MnP mRNA and its degradation.</p>
 +
                <h4 class="mume-header" id="b-aao-mrna-translation-1">AAO mRNA Translation</h4>
 +
 
 +
                <p><span class="katex-display"><span class="katex"><span class="katex-mathml"><math
 +
                                    xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" display="block">
 +
                                    <semantics>
 +
                                        <mrow>
 +
                                            <mfrac>
 +
                                                <mrow>
 +
                                                    <mi>d</mi>
 +
                                                    <mo stretchy="false">[</mo>
 +
                                                    <mi>A</mi>
 +
                                                    <mi>A</mi>
 +
                                                    <mi>O</mi>
 +
                                                    <mo stretchy="false">]</mo>
 +
                                                </mrow>
 +
                                                <mrow>
 +
                                                    <mi>d</mi>
 +
                                                    <mi>t</mi>
 +
                                                </mrow>
 +
                                            </mfrac>
 +
                                            <mo>=</mo>
 +
                                            <msub>
 +
                                                <mi>d</mi>
 +
                                                <mrow>
 +
                                                    <mi>a</mi>
 +
                                                    <mi>t</mi>
 +
                                                </mrow>
 +
                                            </msub>
 +
                                            <msup>
 +
                                                <mrow>
 +
                                                    <mo stretchy="false">(</mo>
 +
                                                    <mo stretchy="false">[</mo>
 +
                                                    <mi>A</mi>
 +
                                                    <mi>A</mi>
 +
                                                    <mi>O</mi>
 +
                                                    <mtext>&#xA0;</mtext>
 +
                                                    <mi>m</mi>
 +
                                                    <mi>R</mi>
 +
                                                    <mi>N</mi>
 +
                                                    <mi>A</mi>
 +
                                                    <mo stretchy="false">]</mo>
 +
                                                    <mo stretchy="false">)</mo>
 +
                                                </mrow>
 +
                                                <mn>2</mn>
 +
                                            </msup>
 +
                                        </mrow>
 +
                                        <annotation encoding="application/x-tex">\frac{d[AAO]}{dt} = d_{at}{([AAO \
 +
                                            mRNA])}^2</annotation>
 +
                                    </semantics>
 +
                                </math></span><span class="katex-html" aria-hidden="true"><span class="base"><span
 +
                                        class="strut" style="height:2.113em;vertical-align:-0.686em;"></span><span
 +
                                        class="mord"><span class="mopen nulldelimiter"></span><span class="mfrac"><span
 +
                                                class="vlist-t vlist-t2"><span class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                        style="height:1.427em;"><span style="top:-2.314em;"><span
 +
                                                                class="pstrut" style="height:3em;"></span><span
 +
                                                                class="mord"><span class="mord mathnormal">d</span><span
 +
                                                                    class="mord mathnormal">t</span></span></span><span
 +
                                                            style="top:-3.23em;"><span class="pstrut"
 +
                                                                style="height:3em;"></span><span class="frac-line"
 +
                                                                style="border-bottom-width:0.04em;"></span></span><span
 +
                                                            style="top:-3.677em;"><span class="pstrut"
 +
                                                                style="height:3em;"></span><span class="mord"><span
 +
                                                                    class="mord mathnormal">d</span><span
 +
                                                                    class="mopen">[</span><span
 +
                                                                    class="mord mathnormal">AA</span><span
 +
                                                                    class="mord mathnormal"
 +
                                                                    style="margin-right:0.02778em;">O</span><span
 +
                                                                    class="mclose">]</span></span></span></span><span
 +
                                                        class="vlist-s">&#x200B;</span></span><span
 +
                                                    class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                        style="height:0.686em;"><span></span></span></span></span></span><span
 +
                                            class="mclose nulldelimiter"></span></span><span class="mspace"
 +
                                        style="margin-right:0.2777777777777778em;"></span><span
 +
                                        class="mrel">=</span><span class="mspace"
 +
                                        style="margin-right:0.2777777777777778em;"></span></span><span
 +
                                    class="base"><span class="strut"
 +
                                        style="height:1.204008em;vertical-align:-0.25em;"></span><span
 +
                                        class="mord"><span class="mord mathnormal">d</span><span class="msupsub"><span
 +
                                                class="vlist-t vlist-t2"><span class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                        style="height:0.2805559999999999em;"><span
 +
                                                            style="top:-2.5500000000000003em;margin-left:0em;margin-right:0.05em;"><span
 +
                                                                class="pstrut" style="height:2.7em;"></span><span
 +
                                                                class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span
 +
                                                                    class="mord mtight"><span
 +
                                                                        class="mord mathnormal mtight">a</span><span
 +
                                                                        class="mord mathnormal mtight">t</span></span></span></span></span><span
 +
                                                        class="vlist-s">&#x200B;</span></span><span
 +
                                                    class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                        style="height:0.15em;"><span></span></span></span></span></span></span><span
 +
                                        class="mord"><span class="mord"><span class="mopen">([</span><span
 +
                                                class="mord mathnormal">AA</span><span class="mord mathnormal"
 +
                                                style="margin-right:0.02778em;">O</span><span
 +
                                                class="mspace">&#xA0;</span><span class="mord mathnormal">m</span><span
 +
                                                class="mord mathnormal" style="margin-right:0.10903em;">RN</span><span
 +
                                                class="mord mathnormal">A</span><span
 +
                                                class="mclose">])</span></span><span class="msupsub"><span
 +
                                                class="vlist-t"><span class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                        style="height:0.954008em;"><span
 +
                                                            style="top:-3.2029em;margin-right:0.05em;"><span
 +
                                                                class="pstrut" style="height:2.7em;"></span><span
 +
                                                                class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span
 +
                                                                    class="mord mtight">2</span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span></span>
 +
                </p>
 +
                <p>Here we used second-order kinetics, which was more practical for MnP, to simulate the protein
 +
                    translation stage.
 +
                </p>
 +
                <h3 class="mume-header" id="v-parameters-1">Parameters</h3>
 +
                <p class="tabledescribe"><strong>Table.3 Parameters used in the MnP model.</strong></p>
 +
                <table>
 +
                    <thead>
 +
                        <tr>
 +
                            <th style="text-align:center">Parameters</th>
 +
                            <th style="text-align:center">Value</th>
 +
                            <th style="text-align:center">Description</th>
 +
                        </tr>
 +
                    </thead>
 +
                    <tbody>
 +
                        <tr>
 +
                            <td style="text-align:center"><span class="katex"><span class="katex-mathml"><math
 +
                                            xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
 +
                                            <semantics>
 +
                                                <mrow>
 +
                                                    <msub>
 +
                                                        <mi>K</mi>
 +
                                                        <mrow>
 +
                                                            <mi>m</mi>
 +
                                                            <mi>m</mi>
 +
                                                        </mrow>
 +
                                                    </msub>
 +
                                                </mrow>
 +
                                                <annotation encoding="application/x-tex">K_{mm}</annotation>
 +
                                            </semantics>
 +
                                        </math></span><span class="katex-html" aria-hidden="true"><span
 +
                                            class="base"><span class="strut"
 +
                                                style="height:0.83333em;vertical-align:-0.15em;"></span><span
 +
                                                class="mord"><span class="mord mathnormal"
 +
                                                    style="margin-right:0.07153em;">K</span><span class="msupsub"><span
 +
                                                        class="vlist-t vlist-t2"><span class="vlist-r"><span
 +
                                                                class="vlist" style="height:0.151392em;"><span
 +
                                                                    style="top:-2.5500000000000003em;margin-left:-0.07153em;margin-right:0.05em;"><span
 +
                                                                        class="pstrut"
 +
                                                                        style="height:2.7em;"></span><span
 +
                                                                        class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span
 +
                                                                            class="mord mtight"><span
 +
                                                                                class="mord mathnormal mtight">mm</span></span></span></span></span><span
 +
                                                                class="vlist-s">&#x200B;</span></span><span
 +
                                                            class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                                style="height:0.15em;"><span></span></span></span></span></span></span></span></span></span>
 +
                            </td>
 +
                            <td style="text-align:center">0.348 molarity</td>
 +
                            <td style="text-align:center">Existing Michaelis constant (<span class="katex"><span
 +
                                        class="katex-mathml"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
 +
                                            <semantics>
 +
                                                <mrow>
 +
                                                    <msub>
 +
                                                        <mi>K</mi>
 +
                                                        <mi>M</mi>
 +
                                                    </msub>
 +
                                                </mrow>
 +
                                                <annotation encoding="application/x-tex">K_M</annotation>
 +
                                            </semantics>
 +
                                        </math></span><span class="katex-html" aria-hidden="true"><span
 +
                                            class="base"><span class="strut"
 +
                                                style="height:0.83333em;vertical-align:-0.15em;"></span><span
 +
                                                class="mord"><span class="mord mathnormal"
 +
                                                    style="margin-right:0.07153em;">K</span><span class="msupsub"><span
 +
                                                        class="vlist-t vlist-t2"><span class="vlist-r"><span
 +
                                                                class="vlist"
 +
                                                                style="height:0.32833099999999993em;"><span
 +
                                                                    style="top:-2.5500000000000003em;margin-left:-0.07153em;margin-right:0.05em;"><span
 +
                                                                        class="pstrut"
 +
                                                                        style="height:2.7em;"></span><span
 +
                                                                        class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span
 +
                                                                            class="mord mathnormal mtight"
 +
                                                                            style="margin-right:0.10903em;">M</span></span></span></span><span
 +
                                                                class="vlist-s">&#x200B;</span></span><span
 +
                                                            class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                                style="height:0.15em;"><span></span></span></span></span></span></span></span></span></span>)
 +
                                of AAO DNA transcription</td>
 +
                        </tr>
 +
                        <tr>
 +
                            <td style="text-align:center"><span class="katex"><span class="katex-mathml"><math
 +
                                            xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
 +
                                            <semantics>
 +
                                                <mrow>
 +
                                                    <msub>
 +
                                                        <mi>V</mi>
 +
                                                        <mrow>
 +
                                                            <mi>m</mi>
 +
                                                            <mi>m</mi>
 +
                                                        </mrow>
 +
                                                    </msub>
 +
                                                </mrow>
 +
                                                <annotation encoding="application/x-tex">V_{mm}</annotation>
 +
                                            </semantics>
 +
                                        </math></span><span class="katex-html" aria-hidden="true"><span
 +
                                            class="base"><span class="strut"
 +
                                                style="height:0.83333em;vertical-align:-0.15em;"></span><span
 +
                                                class="mord"><span class="mord mathnormal"
 +
                                                    style="margin-right:0.22222em;">V</span><span class="msupsub"><span
 +
                                                        class="vlist-t vlist-t2"><span class="vlist-r"><span
 +
                                                                class="vlist" style="height:0.151392em;"><span
 +
                                                                    style="top:-2.5500000000000003em;margin-left:-0.22222em;margin-right:0.05em;"><span
 +
                                                                        class="pstrut"
 +
                                                                        style="height:2.7em;"></span><span
 +
                                                                        class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span
 +
                                                                            class="mord mtight"><span
 +
                                                                                class="mord mathnormal mtight">mm</span></span></span></span></span><span
 +
                                                                class="vlist-s">&#x200B;</span></span><span
 +
                                                            class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                                style="height:0.15em;"><span></span></span></span></span></span></span></span></span></span>
 +
                            </td>
 +
                            <td style="text-align:center">0.061 molarity/second</td>
 +
                            <td style="text-align:center">The estimated maximum reaction rate of AAO DNA transcription.
 +
                            </td>
 +
                        </tr>
 +
                        <tr>
 +
                            <td style="text-align:center"><span class="katex"><span class="katex-mathml"><math
 +
                                            xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
 +
                                            <semantics>
 +
                                                <mrow>
 +
                                                    <msub>
 +
                                                        <mi>&#x3B1;</mi>
 +
                                                        <mrow>
 +
                                                            <mi>c</mi>
 +
                                                            <mi>m</mi>
 +
                                                            <mi>d</mi>
 +
                                                        </mrow>
 +
                                                    </msub>
 +
                                                </mrow>
 +
                                                <annotation encoding="application/x-tex">{\alpha}_{cmd}</annotation>
 +
                                            </semantics>
 +
                                        </math></span><span class="katex-html" aria-hidden="true"><span
 +
                                            class="base"><span class="strut"
 +
                                                style="height:0.58056em;vertical-align:-0.15em;"></span><span
 +
                                                class="mord"><span class="mord"><span class="mord mathnormal"
 +
                                                        style="margin-right:0.0037em;">&#x3B1;</span></span><span
 +
                                                    class="msupsub"><span class="vlist-t vlist-t2"><span
 +
                                                            class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                                style="height:0.33610799999999996em;"><span
 +
                                                                    style="top:-2.5500000000000003em;margin-right:0.05em;"><span
 +
                                                                        class="pstrut"
 +
                                                                        style="height:2.7em;"></span><span
 +
                                                                        class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span
 +
                                                                            class="mord mtight"><span
 +
                                                                                class="mord mathnormal mtight">c</span><span
 +
                                                                                class="mord mathnormal mtight">m</span><span
 +
                                                                                class="mord mathnormal mtight">d</span></span></span></span></span><span
 +
                                                                class="vlist-s">&#x200B;</span></span><span
 +
                                                            class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                                style="height:0.15em;"><span></span></span></span></span></span></span></span></span></span>
 +
                            </td>
 +
                            <td style="text-align:center">0.024 minute<sup>-1</sup></td>
 +
                            <td style="text-align:center">The estimated value of AAO protein translation rate.</td>
 +
                        </tr>
 +
                        <tr>
 +
                            <td style="text-align:center"><span class="katex"><span class="katex-mathml"><math
 +
                                            xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
 +
                                            <semantics>
 +
                                                <mrow>
 +
                                                    <msub>
 +
                                                        <mi>k</mi>
 +
                                                        <mrow>
 +
                                                            <mi>m</mi>
 +
                                                            <mi>t</mi>
 +
                                                        </mrow>
 +
                                                    </msub>
 +
                                                </mrow>
 +
                                                <annotation encoding="application/x-tex">k_{mt}</annotation>
 +
                                            </semantics>
 +
                                        </math></span><span class="katex-html" aria-hidden="true"><span
 +
                                            class="base"><span class="strut"
 +
                                                style="height:0.84444em;vertical-align:-0.15em;"></span><span
 +
                                                class="mord"><span class="mord mathnormal"
 +
                                                    style="margin-right:0.03148em;">k</span><span class="msupsub"><span
 +
                                                        class="vlist-t vlist-t2"><span class="vlist-r"><span
 +
                                                                class="vlist" style="height:0.2805559999999999em;"><span
 +
                                                                    style="top:-2.5500000000000003em;margin-left:-0.03148em;margin-right:0.05em;"><span
 +
                                                                        class="pstrut"
 +
                                                                        style="height:2.7em;"></span><span
 +
                                                                        class="sizing reset-size6 size3 mtight"><span
 +
                                                                            class="mord mtight"><span
 +
                                                                                class="mord mathnormal mtight">m</span><span
 +
                                                                                class="mord mathnormal mtight">t</span></span></span></span></span><span
 +
                                                                class="vlist-s">&#x200B;</span></span><span
 +
                                                            class="vlist-r"><span class="vlist"
 +
                                                                style="height:0.15em;"><span></span></span></span></span></span></span></span></span></span>
 +
                            </td>
 +
                            <td style="text-align:center">0.033 1/(molarity*second)</td>
 +
                            <td style="text-align:center">mRNA degradation rate inferred from its half-life in <em>P.
 +
                                    pastoris</em>.</td>
 +
                        </tr>
 +
                    </tbody>
 +
                </table>
 +
                <h3 class="mume-header" id="vi-results-1">Results</h3>
 +
 
 +
                <p>What we witnessed in the result (<strong>Fig.  8</strong>) was that this curve acquired a strong
 +
                    hyperbolic
 +
                    characteristic. Meanwhile, after reaction for ten minutes, the concentration of MnP-SpyTag protein
 +
                    was 0.052 M.
 +
                </p>
 +
                <p>Comparing the result of MnP-SpyTag and that of AAO in the section of <strong>AAO Kinetics</strong>,
 +
                    the
 +
                    production efficacy of MnP-SpyTag was much lower than AAO. While in practical industrial production
 +
                    stages, the
 +
                    molecular machine we designed asked for <strong>a relative balance</strong> existing between such two proteins.
 +
                    Therefore, we could
 +
                    <strong>evolve</strong> the MnP-SpyTag protein for better production efficacy in the future design,</p>
 +
                <img src="https://static.igem.org/mediawiki/2021/1/1d/T--CPU_CHINA--Mathematical_Modeling-8.png" alt="">
 +
                <p class="imgdescribe"><strong>Fig.  8 Result of MnP-SpyTag protein production.</strong></p>
 +
                <h3 class="mume-header" id="vii-model-promotion-1">Model Promotion</h3>
 +
 
 +
                <h4 class="mume-header" id="optimized-mnp-structures-with-production-potential">Optimized MnP Structures
 +
                    with
 +
                    Production Potential</h4>
 +
 
 +
                <p>In the <strong>Molecule Modeling</strong> part, we constructed a single mutation library for 3M5Q
 +
                    protein and
 +
                    selected two proteins with relative satisfying activity and survival rates. For these two mutants,
 +
                    despite <em>in
 +
                        silico</em> simulation of the reactivity in the molecular machine, we could also use <a href="http://parts.igem.org/Part:BBa_K3853008"><strong>qRT-PCR</strong></a> to
 +
                    detect the maximum
 +
                    absolute concentration <em>in vivo</em> and utilize its half value as its Michaelis constant.</p>
 +
                <h4 class="mume-header" id="cite">Reference</h4>
 +
 
 +
                <p class="reference">[1] Serrano, A., Carro, J. &amp; Mart&#xED;nez, A. T. in <em>The Enzymes</em> Vol.
 +
                    47
 +
                    167-192 (Elsevier, 2020).
 +
                </p>
 +
                <p class="reference">[2] Camarero, S., Bockle, B., Martinez, M. J. &amp; Martinez, A. T.
 +
                    Manganese-mediated
 +
                    lignin degradation by
 +
                    Pleurotus pulmonarius. <em>Applied and Environmental Microbiology</em> <strong>62</strong>,
 +
                    1070-1072
 +
                    (1996).</p>
 +
                <p class="reference">[3]Carro, J., Ferreira, P., Mart&#xED;nez, A. T. &amp; Gadda, G. Stepwise hydrogen
 +
                    atom
 +
                    and proton transfers in
 +
                    dioxygen reduction by aryl-alcohol oxidase. <em>Biochemistry</em> <strong>57</strong>, 1790-1797
 +
                    (2018).
 +
                </p>
 +
                <p class="reference">[4] Pelechano, V., Ch&#xE1;vez, S. &amp; P&#xE9;rez-Ort&#xED;n, J. E. A complete
 +
                    set of
 +
                    nascent transcription
 +
                    rates for yeast genes. <em>PloS one</em> <strong>5</strong>, e15442 (2010).</p>
 +
                <p class="reference">[5] Milo, R., Jorgensen, P., Moran, U., Weber, G. &amp; Springer, M.
 +
                    BioNumbers&#x2014;the database of key
 +
                    numbers in molecular and cell biology. <em>Nucleic acids research</em> <strong>38</strong>,
 +
                    D750-D753
 +
                    (2010).</p>
 +
                <p class="reference">[6] Schneider, E., Blundell, M. &amp; Kennell, D. Translation and mRNA decay.
 +
                    <em>Molecular and General Genetics
 +
                        MGG</em> <strong>160</strong>, 121-129 (1978).
 +
                </p>
 +
                <p class="reference">[7] Ito, Y. et al. Exchange of endogenous and heterogeneous yeast terminators in
 +
                    Pichia
 +
                    pastoris to tune mRNA
 +
                    stability and gene expression. <em>Nucleic acids research</em> <strong>48</strong>, 13000-13012
 +
                    (2020).
 +
                </p>
 +
                <p class="reference">[8] Shah, P., Ding, Y., Niemczyk, M., Kudla, G. &amp; Plotkin, J. B. Rate-limiting
 +
                    steps in yeast protein
 +
                    translation. <em>Cell</em> <strong>153</strong>, 1589-1601 (2013).</p>
 +
                <p class="reference">[9] De Schutter, K. et al. Genome sequence of the recombinant protein production
 +
                    host
 +
                    Pichia pastoris. <em>Nature
 +
                        biotechnology</em> <strong>27</strong>, 561-566 (2009).</p>
 +
                <p class="reference">[10] Majors, J. Initiation of in vitro mRNA synthesis from the wild-type lac
 +
                    promoter.
 +
                    <em>Proceedings of the
 +
                        National Academy of Sciences</em> <strong>72</strong>, 4394-4398 (1975).
 +
                </p>
 +
                <p class="reference">[11] Paszczy&#x144;ski, A., Huynh, V.-B. &amp; Crawford, R. Enzymatic activities of
 +
                    an
 +
                    extracellular,
 +
                    manganese-dependent peroxidase from Phanerochaete chrysosporium. <em>FEMS Microbiology Letters</em>
 +
                    <strong>29</strong>, 37-41 (1985).
 +
                </p>
 +
                <p class="reference">[12] S&#xE1;ez-Jim&#xE9;nez, V. et al. Demonstration of lignin-to-peroxidase direct
 +
                    electron transfer: A
 +
                    transient-state kinetics, directed mutagenesis, EPR, and NMR study. <em>Journal of Biological
 +
                        Chemistry</em>
 +
                    <strong>290</strong>, 23201-23213 (2015).
 +
                </p>
 +
                <p class="reference">[13] Chandra, R., Kumar, V. &amp; Yadav, S. in <em>Extremophilic enzymatic
 +
                        processing
 +
                        of lignocellulosic
 +
                        feedstocks to bioenergy</em> 115-154 (Springer, 2017).</p>
 +
                <p class="reference">[14] Ameen, F., Moslem, M., Hadi, S. &amp; Al-Sabri, A. E. Biodegradation of Low
 +
                    Density Polyethylene (LDPE) by
 +
                    Mangrove fungi from the red sea coast. <em>Progress in Rubber Plastics and Recycling Technology</em>
 +
                    <strong>31</strong>, 125-143 (2015).
 +
                </p>
 +
                <p class="reference">[15] Iyer, V. &amp; Struhl, K. Absolute mRNA levels and transcriptional initiation
 +
                    rates in Saccharomyces
 +
                    cerevisiae. <em>Proceedings of the National Academy of Sciences</em> <strong>93</strong>, 5208-5212
 +
                    (1996).</p>
 +
            </div>
 
         </div>
 
         </div>
 
     </div>
 
     </div>
Line 123: Line 2,947:
 
                 <li>
 
                 <li>
 
                     <a href="mailto:cpuchina2021@163.com">
 
                     <a href="mailto:cpuchina2021@163.com">
                         <img src="https://static.igem.org/mediawiki/2021/9/92/T--CPU_CHINA--emailLogo.png" style="margin-bottom: 2vw;" alt="">
+
                         <img src="https://static.igem.org/mediawiki/2021/9/92/T--CPU_CHINA--emailLogo.png"
 +
                            style="margin-bottom: 2vw;" alt="">
 
                         <p>cpuchina2021@163.com</p>
 
                         <p>cpuchina2021@163.com</p>
 
                     </a>
 
                     </a>

Latest revision as of 07:14, 7 December 2021

MATHEMATICAL MODELING

SUMMARY

In our mathematical modeling section, we mainly tryed to simulate the in vivo production of two essential parts, aryl alcohol oxidase (AAO) and manganese peroxidase (MnP) in our engineered yeast Pichia pastoris (P. pastoris). To provide solid coverage of their whole genetic process, we established a systemic dynamic model individually, including the stages of transcription and translation. Moreover, we also examine the production kinetics of two specific mutants modified from the wild-type MnP (wtMnP) protein (PDB entry: 3M5Q).

ARYL ALCOHOL OXIDASE (AAO) KINETICS

INSTRUCTION

Aryl alcohol oxidase (AAO) is an enzyme, containing FAD. It is originated from Trametes versicolor (T. versicolor). Meanwhile, AAO is categorized into Glucose-Methanol-Choline oxidase/dehydrogenase (GMC) superfamily. Generally speaking, AAO is regarded as an ectoenzyme except in P. chrysosporium[1].

One significant function of AAO in nature is to oxidize unsaturated alcohol, especially benzyl alcohol. According to documented studies before, after such oxidation hydrogen peroxide (H₂O₂) was produced to activate lignin peroxidase (e.g. LiP, VP, or MnP)[2]. The mechanism is concluded as a catalytic cycle[3]: with a FAD experiencing one oxidative (coupled to alcohol to aldehyde oxidation) half-reaction and one reductive (coupled to H₂O₂ to O₂ reduction) half-reaction, respectively.

To facilitate the laboratorial, or even industrial production of AAO proteins, we design a single-cell circuit for the production process of AAO. Due to the fact that the production of a natural form of AAO in engineered strain was not carefully studied, we present an ordinary differential equation (ODE) model to simulate the secretion of AAO protein in vivo. Moreover, because there exists the potential of AAO mRNA degradation, we designed a term of its degradation in our formula as well.

Herein, SimBiology, an App of MATLAB, was employed as the platform of AAO expression simulation, and the solver was set as ode23t. We considered the degradation process of AAO mRNA and several scenarios of different AAO mRNA initial concentration. The results showed that the in vivo production of AAO proteins could satisfy our needs and there would be potentials to design a lag time ( T l a g T_{lag} ) in our molecular design.

Model Preparation

Michaelis-Menten Equation

Michaelis-Menten equation is one of the most classic mathematical descriptions of the rate of enzymatic reactions in enzymology. With the application of the maximum reaction rate V m a x V_{max} and Michaelis constant K M K_M , we can outline the change of product concentration depended on time.

v 0 = V m a x [ S ] K M + [ S ] v_0 = \frac{V_{max} [S]}{K_M + [S]}

Law of Mass Action

The rate of the chemical reaction is directly proportional to the activities of the product or concentrations of the reactants, and the proposition is called the law of mass action in chemistry. This law explains and predicts the behaviors of solutions in dynamic equilibrium. Specifically, it implies that for a chemical reaction mixture that is in equilibrium, the ratio between the concentration of reactants and products is constant.

Assumptions

  1. .Assumptions of our model

    • We assumed that the transcription rate was 0.066 mol/hour[4], or 0.0011 M, constantly, and the translation rate of P. pastoris was set in a constant value of 0.024 mol/second.
    • In this in vivo single yeast model we assumed the concentration of AAO DNA was in a steady state, and its concentration was 1.0 M.
    • According to the BioNumbers Database[5], the volume of P. pastoris is approximately 1.25 * 10 10 ^{-10} mL. In our model, we saw all the yeast cells as integration and the whole volume was 1.0 L, so the number of P. pastoris was 8.0 * 10 12 ^{12} .
    • The total volume of our reaction environment was set as 1.0 L.
  2. Assumptions of Michaelis-Menten equation

    • Due to the fact that in most conditions the process of RNA polymerase is a catalytic procedure of RNA polymerase II (Pol II), and its saturation state is worth considering. Therefore we chose Michaelis-Menten equation to simulate the whole mRNA synthesis process.
    • In our in vivo single yeast model, we ignored the k c a t k_{cat} of the mRNA production reaction for a simplification.
  3. Assumption of law of mass action

    • According to Schneider et al.[6], the degradation rate of mRNA in vivo is independent of neither ribosomes translational process. Therefore we utilized the half-life of mRNA in P. pastoris[7] to directly calculate the first-order degradation rate constant:
      k a t = ln 2 t 1 2 = 0.693 27   m i n = 0.026   m i n 1 k_{at} = \frac{\ln{2}}{t_{\frac{1}{2}}}=\frac{0.693}{27 \ min} =0.026 \ {min}^{-1}

Model Establishment

In this part we utilized the systems biology MATLAB tool, SimBiology, to construct this single yeast in vivo dynamic model.

Fig. 1 Diagram of AAO protein in vivo production.

Equations

AAO mRNA Production & Degradation

d [ A A O   m R N A ] d t = V a m [ A A O   D N A ] K a m   +   [ A A O   D N A ]     α c a d [ A A O   D N A ] \frac{d[AAO \ mRNA]}{dt} = \frac{V_{am}[AAO \ DNA]}{K_{am} \ + \ [AAO \ DNA]} \ - \ {\alpha}_{cad}[AAO \ DNA]

A formula describing the production of AAO mRNA using Michaelis-Menten equation and and degradation of AAO mRNA in the cytosol with law of mass action.

AAO mRNA Translation

d [ A A O ] d t = d a t [ A A O   m R N A ] \frac{d[AAO]}{dt} = d_{at}[AAO \ mRNA]

First-order kinetics was applied to simulate the protein translation stage.

Parameters

Table.1 Parameters used in the AAO model.

Parameters Value Description
0.0011 molarity Michaelis constant ( ) of AAO DNA transcription from BRENDA database.
0.05 molarity/second The estimated maximum reaction rate of AAO DNA transcription.
0.024 second-1 The estimated value of AAO protein translation rate.
0.026 minute-1 mRNA degradation rate inferred from its half-life in P. pastoris.

Results

Based on our assumptions above, we simulated the production of AAO productions under different conditions with different initial [ A A O   m R N A ] [AAO \ mRNA] values.

A. [ A A O   m R N A ] i n {[AAO \ mRNA]}_{in} = 0 M

In 10 min the molarity of AAO protein was 0.06 M, and the [AAO] curve was in a hyperbolic shape (Fig. 2).

Fig. 2 Result of AAO protein production when [ A A O   m R N A ] i n {[AAO \ mRNA]}_{in} = 0 M.

B. [ A A O   m R N A ] i n {[AAO \ mRNA]}_{in} = 0.1 M or 1.0 M

We altered the initial concentration of AAO mRNA to 0.1 M and 1.0 M respectively, and the corresponding AAO protein concentration curves showed fewer hyperbolic characteristics and [ A A O ] [AAO] at 10 min after initial reaction start was 0.84 M (Fig. 3) and 0.30 M (Fig. 4).

Fig. 3 Result of AAO protein production when [ A A O   m R N A ] i n {[AAO \ mRNA]}_{in} = 0.1 M.

Fig. 4 Result of AAO protein production when [ A A O   m R N A ] i n {[AAO \ mRNA]}_{in} = 1.0 M.

Summary

From the two curves, we found that different initial concentrations of AAO mRNA in the single yeast cell in vivo system could result in widely divergent results, and the AAO protein concentration curve gradually lost its hyperbolic characteristics with the increasing of AAO mRNA initial concentration.

Due to such findings, we compared the simulation results of three scenarios and could get the conclusion that the production efficacy (0.30 ~ 0.84 M with [ A A O   m R N A ] i n {[AAO \ mRNA]}_{in} in the range of 0 ~ 1.0 M) was totally acceptable in P. pastoris in practical industry production.

Model Promotion

Protein Production Rate

Here we used the simulated rate of 0.024 molarity/second as the overall translation rate of all the mRNA in P. pastoris. Such estimation might be relatively biased.

However, previous research of Shah et al.[8] presented an algorithm in a Linux environment to calculate the protein production in yeast cells (in this case Saccharomyces cerevisiae, S. cerevisiae) that is typically limited by the availability of free ribosomes.

Based on numerous parameters (Table. 2) from P. pastoris genome[9] , and the following algorithm below (Fig. 5), we will try to work out the exact estimated value of the protein production rate in P. pastoris after measuring some of these parameters and transforming the genome data into an acceptable data format.

Table.2 Summary of parameters in this algorithm.

Parameter Description
number of ribosomes
number of mRNAs
number of tRNAs
number of types of tRNAs
number of tRNAs of type
number of mRNAs of type
gene-specific initiation probability
number of genes
diffusion coefficient of ribosomes
diffusion coefficient of tRNAs
size of ribosome footprint in codons
tRNA competition coefficient
volume of the cell

Fig. 5 Pseudocode of this algorithm.

Lag Time between Transcription & Translation

In the Summary part in Results section, we could see that in different conditions with different AAO mRNA initial concentrations, the corresponding production concentrations were distinct. Moreover, the production concentration didn't increase accordingly with the raise of [ A A O   m R N A ] i n {[AAO \ mRNA]}_{in} .

Therefore, it is necessary for us to modify the vectors we utilized and try to add a period called lag time ( T l a g T_{lag} )[10] in our model to satisfy our most needed production demand.

MANGANESE PEROXIDASE (MNP) KINETICS

Instruction

Manganese peroxidase (MnP) is a glycosylated exocellular enzyme containing heme molecule from Phanerochaete chrysosporium (P. chrysosporium)[11]. The most common function of MnP is to degrade lignin compounds under natural conditions.

The special catalysis cycle of MnP has been discovered, and this cycle requires the consumption of hydrogen peroxide (H₂O₂). First, one H₂O₂ molecule oxidizes the heme and forms a complex called MnP-I, and then this complex will oxalates one M n 2 + {Mn}^{2+} to M n 3 + {Mn}^{3+} and forms the second complex MnP-II, which can subsequently oxalates one M n 2 + {Mn}^{2+} ion and turn to the initial situation[12].

Therefore MnP can chemically modify and degrade lignin or other difficult-to-degrade chemical substances non-substrate-specifically[13]. Most of all, previous research has found that some fungal can set colonization on PE thin films[14], and secrete peroxidase, including MnP, to degrade PE film under nitrogen or carbon stress. With such ideas taken into account, we employed a combination of AAO and MnP in our design (see our Project Design).

Fig. 6 The catalytic cycle of manganese peroxidase (MnP).

In our simulation we employed SimBiology as well in MATLAB, and simplified the MnP-SpyTag protein into PDB: 3M5Q for convenience. According to the final simulated curve, the production of MnP wasn't in a total balance with AAO production and thus we could invest more on MnP production, and two mutants of PDB: 3M5Q might improve the production efficacy in our future investigation.

Model Preparation

Michaelis-Menten Equation & Law of Mass Action

See in AAO Kinetics part.

Assumption

  1. Assumptions of Michaelis-Menten equation
    • Since the MnP in vivo produced in our design was attached with a SpyTag, we chose to simplify the parameters and used the wild-type MnP protein (PDB: 3M5Q) to substitute the one with SpyTag.
    • So Michaelis constant of MnP-SpyTag was assembled into the one of 3M5Q.
  2. Assumption of the model
    • The initial concentration of MnP mRNA in vivo was estimated based on the length of MnP mRNA and the concentration of mRNA in another yeast cell, S. cerevisiae[15].
    • The solver of our model in SimBiology was set as ode23t.
    • The total volume of our reaction environment was set as 1.0 L.

Model Establishment

Fig. 7 Diagram of MnP protein in vivo production.

Equations

AAO mRNA Production & Degradation

d [ A A O   m R N A ] d t = V a m [ A A O   D N A ] K a m   +   [ A A O   D N A ]     α c a d [ A A O   D N A ] \frac{d[AAO \ mRNA]}{dt} = \frac{V_{am}[AAO \ DNA]}{K_{am} \ + \ [AAO \ DNA]} \ - \ {\alpha}_{cad}[AAO \ DNA]

We used this differential equation to describe the production of MnP mRNA and its degradation.

AAO mRNA Translation

d [ A A O ] d t = d a t ( [ A A O   m R N A ] ) 2 \frac{d[AAO]}{dt} = d_{at}{([AAO \ mRNA])}^2

Here we used second-order kinetics, which was more practical for MnP, to simulate the protein translation stage.

Parameters

Table.3 Parameters used in the MnP model.

Parameters Value Description
K m m K_{mm} 0.348 molarity Existing Michaelis constant ( K M K_M ) of AAO DNA transcription
V m m V_{mm} 0.061 molarity/second The estimated maximum reaction rate of AAO DNA transcription.
α c m d {\alpha}_{cmd} 0.024 minute-1 The estimated value of AAO protein translation rate.
k m t k_{mt} 0.033 1/(molarity*second) mRNA degradation rate inferred from its half-life in P. pastoris.

Results

What we witnessed in the result (Fig. 8) was that this curve acquired a strong hyperbolic characteristic. Meanwhile, after reaction for ten minutes, the concentration of MnP-SpyTag protein was 0.052 M.

Comparing the result of MnP-SpyTag and that of AAO in the section of AAO Kinetics, the production efficacy of MnP-SpyTag was much lower than AAO. While in practical industrial production stages, the molecular machine we designed asked for a relative balance existing between such two proteins. Therefore, we could evolve the MnP-SpyTag protein for better production efficacy in the future design,

Fig. 8 Result of MnP-SpyTag protein production.

Model Promotion

Optimized MnP Structures with Production Potential

In the Molecule Modeling part, we constructed a single mutation library for 3M5Q protein and selected two proteins with relative satisfying activity and survival rates. For these two mutants, despite in silico simulation of the reactivity in the molecular machine, we could also use qRT-PCR to detect the maximum absolute concentration in vivo and utilize its half value as its Michaelis constant.

Reference

[1] Serrano, A., Carro, J. & Martínez, A. T. in The Enzymes Vol. 47 167-192 (Elsevier, 2020).

[2] Camarero, S., Bockle, B., Martinez, M. J. & Martinez, A. T. Manganese-mediated lignin degradation by Pleurotus pulmonarius. Applied and Environmental Microbiology 62, 1070-1072 (1996).

[3]Carro, J., Ferreira, P., Martínez, A. T. & Gadda, G. Stepwise hydrogen atom and proton transfers in dioxygen reduction by aryl-alcohol oxidase. Biochemistry 57, 1790-1797 (2018).

[4] Pelechano, V., Chávez, S. & Pérez-Ortín, J. E. A complete set of nascent transcription rates for yeast genes. PloS one 5, e15442 (2010).

[5] Milo, R., Jorgensen, P., Moran, U., Weber, G. & Springer, M. BioNumbers—the database of key numbers in molecular and cell biology. Nucleic acids research 38, D750-D753 (2010).

[6] Schneider, E., Blundell, M. & Kennell, D. Translation and mRNA decay. Molecular and General Genetics MGG 160, 121-129 (1978).

[7] Ito, Y. et al. Exchange of endogenous and heterogeneous yeast terminators in Pichia pastoris to tune mRNA stability and gene expression. Nucleic acids research 48, 13000-13012 (2020).

[8] Shah, P., Ding, Y., Niemczyk, M., Kudla, G. & Plotkin, J. B. Rate-limiting steps in yeast protein translation. Cell 153, 1589-1601 (2013).

[9] De Schutter, K. et al. Genome sequence of the recombinant protein production host Pichia pastoris. Nature biotechnology 27, 561-566 (2009).

[10] Majors, J. Initiation of in vitro mRNA synthesis from the wild-type lac promoter. Proceedings of the National Academy of Sciences 72, 4394-4398 (1975).

[11] Paszczyński, A., Huynh, V.-B. & Crawford, R. Enzymatic activities of an extracellular, manganese-dependent peroxidase from Phanerochaete chrysosporium. FEMS Microbiology Letters 29, 37-41 (1985).

[12] Sáez-Jiménez, V. et al. Demonstration of lignin-to-peroxidase direct electron transfer: A transient-state kinetics, directed mutagenesis, EPR, and NMR study. Journal of Biological Chemistry 290, 23201-23213 (2015).

[13] Chandra, R., Kumar, V. & Yadav, S. in Extremophilic enzymatic processing of lignocellulosic feedstocks to bioenergy 115-154 (Springer, 2017).

[14] Ameen, F., Moslem, M., Hadi, S. & Al-Sabri, A. E. Biodegradation of Low Density Polyethylene (LDPE) by Mangrove fungi from the red sea coast. Progress in Rubber Plastics and Recycling Technology 31, 125-143 (2015).

[15] Iyer, V. & Struhl, K. Absolute mRNA levels and transcriptional initiation rates in Saccharomyces cerevisiae. Proceedings of the National Academy of Sciences 93, 5208-5212 (1996).