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

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 55: Line 57:
 
             </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 100:
 
                     </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 107:
 
         </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 try 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:
 +
                    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>Aryl alcohol oxidase (AAO) 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 oxidize unsaturated alcohol, especially benzyl
 +
                    alcohol. According
 +
                    to documented studies before, after such oxidation hydrogen peroxide (<span class="katex"><span
 +
                            class="katex-mathml"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
 +
                                <semantics>
 +
                                    <mrow>
 +
                                        <msub>
 +
                                            <mi>H</mi>
 +
                                            <mn>2</mn>
 +
                                        </msub>
 +
                                        <msub>
 +
                                            <mi>O</mi>
 +
                                            <mn>2</mn>
 +
                                        </msub>
 +
                                    </mrow>
 +
                                    <annotation encoding="application/x-tex">H_2 O_2</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:0.08125em;">H</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:-0.08125em;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
 +
                                                    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 mathnormal"
 +
                                        style="margin-right:0.02778em;">O</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:-0.02778em;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
 +
                                                    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>)
 +
                    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 <span class="katex"><span class="katex-mathml"><math
 +
                                xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
 +
                                <semantics>
 +
                                    <mrow>
 +
                                        <msub>
 +
                                            <mi>O</mi>
 +
                                            <mn>2</mn>
 +
                                        </msub>
 +
                                    </mrow>
 +
                                    <annotation encoding="application/x-tex">O_2</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:0.02778em;">O</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:-0.02778em;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
 +
                                                    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>
 +
                    to
 +
                    <span class="katex"><span class="katex-mathml"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
 +
                                <semantics>
 +
                                    <mrow>
 +
                                        <msub>
 +
                                            <mi>H</mi>
 +
                                            <mn>2</mn>
 +
                                        </msub>
 +
                                        <msub>
 +
                                            <mi>O</mi>
 +
                                            <mn>2</mn>
 +
                                        </msub>
 +
                                    </mrow>
 +
                                    <annotation encoding="application/x-tex">H_2 O_2</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:0.08125em;">H</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:-0.08125em;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
 +
                                                    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 mathnormal"
 +
                                        style="margin-right:0.02778em;">O</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:-0.02778em;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
 +
                                                    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>
 +
                    reduction) half-reaction, respectively.
 +
                </p>
 +
                <p>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 <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, SimBiology, 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>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 <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 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.
 +
                </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 whole mRNA synthesis process.</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>
 +
                <img src="https://static.igem.org/mediawiki/2021/0/08/T--CPU_CHINA--Molecular_Modeling-Table1.png" alt="">
 +
                <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 the protein production in yeast cells (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>
 +
                    genome<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 an acceptable data format.</p>
 +
                <p class="tabledescribe"><strong>Table.2 Summary of parameters in this algorithm.</strong></p>
 +
                <img src="https://static.igem.org/mediawiki/2021/d/de/T--CPU_CHINA--Molecular_Modeling-Table2.png" alt="">
 +
                <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
 +
                    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>)<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>Manganese peroxidase (MnP) 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 (<span class="katex"><span class="katex-mathml"><math
 +
                                xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
 +
                                <semantics>
 +
                                    <mrow>
 +
                                        <msub>
 +
                                            <mi>H</mi>
 +
                                            <mn>2</mn>
 +
                                        </msub>
 +
                                        <msub>
 +
                                            <mi>O</mi>
 +
                                            <mn>2</mn>
 +
                                        </msub>
 +
                                    </mrow>
 +
                                    <annotation encoding="application/x-tex">H_2 O_2</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:0.08125em;">H</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:-0.08125em;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
 +
                                                    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 mathnormal"
 +
                                        style="margin-right:0.02778em;">O</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:-0.02778em;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
 +
                                                    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>).
 +
                    First, one <span class="katex"><span class="katex-mathml"><math
 +
                                xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML">
 +
                                <semantics>
 +
                                    <mrow>
 +
                                        <msub>
 +
                                            <mi>H</mi>
 +
                                            <mn>2</mn>
 +
                                        </msub>
 +
                                        <msub>
 +
                                            <mi>O</mi>
 +
                                            <mn>2</mn>
 +
                                        </msub>
 +
                                    </mrow>
 +
                                    <annotation encoding="application/x-tex">H_2 O_2</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:0.08125em;">H</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:-0.08125em;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
 +
                                                    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 mathnormal"
 +
                                        style="margin-right:0.02778em;">O</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:-0.02778em;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
 +
                                                    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>
 +
                    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>Since MnP can 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 set
 +
                    colonization on PE thin films<sup>[14]</sup>, 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 <em><strong>Project Design</strong></em> part).</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 convenient. 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 a relative balance existing between such two proteins.
 +
                    Therefore, we could
 +
                    evolve 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 qPCR 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 2,455:
 
                 <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>

Revision as of 05:15, 21 October 2021

MATHEMATICAL MODELING

SUMMARY

In our mathematical modeling section, we mainly try 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: 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 ( H 2 O 2 H_2 O_2 ) 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 O 2 O_2 to H 2 O 2 H_2 O_2 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.

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.

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 ( H 2 O 2 H_2 O_2 ). First, one H 2 O 2 H_2 O_2 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].

Since MnP can 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 part).

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 convenient. 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 qPCR 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).