Difference between revisions of "Team:Slovenia/ModelLogic"

 
(67 intermediate revisions by 6 users not shown)
Line 21: Line 21:
 
                 inlineMath: [['$', '$'], ['\\(', '\\)']],
 
                 inlineMath: [['$', '$'], ['\\(', '\\)']],
 
                 processEscapes: true
 
                 processEscapes: true
 +
            },
 +
            TeX: {
 +
                extensions: ["mhchem.js"],
 +
                equationNumbers: {autoNumber: "all" }
 
             }
 
             }
 
         })
 
         })
 +
 
     </script>
 
     </script>
 
     <script type="text/javascript" async
 
     <script type="text/javascript" async
Line 37: Line 42:
 
                 </a>
 
                 </a>
 
                 <div class="ui vertical sticky text menu">
 
                 <div class="ui vertical sticky text menu">
 +
                    <a class="item" href="//2016.igem.org/Team:Slovenia/Software">
 +
                        <i class="chevron circle left icon"></i>
 +
                        <b>CaPTURE</b>
 +
                    </a>
 +
                    <a class="item" href="" style="color:#DB2828;">
 +
                        <i class="selected radio icon"></i>
 +
                        <b>Modeling logic gates</b></a>
 +
                    <a class="item" href="#achieve" style="margin-left: 10%">
 +
                        <i class="selected radio icon"></i>
 +
                        <b>Achievements</b>
 +
                    </a>
 
                     <a class="item" href="#intro" style="margin-left: 10%">
 
                     <a class="item" href="#intro" style="margin-left: 10%">
 
                         <i class="selected radio icon"></i>
 
                         <i class="selected radio icon"></i>
                         <b>Project</b>
+
                         <b>Introduction</b>
 
                     </a>
 
                     </a>
                     <a class="item" href="#achievements" style="margin-left: 10%">
+
                     <a class="item" href="#model" style="margin-left: 10%">
 
                         <i class="selected radio icon"></i>
 
                         <i class="selected radio icon"></i>
                         <b>Achievements</b>
+
                         <b>Deterministic modeling</b>
 
                     </a>
 
                     </a>
                     <a class="item" href="#requirements" style="margin-left: 10%">
+
                     <a class="item" href="#results" style="margin-left: 10%">
 
                         <i class="selected radio icon"></i>
 
                         <i class="selected radio icon"></i>
                         <b>Medal requirements</b>
+
                         <b>Results</b>
 
                     </a>
 
                     </a>
                     <a class="item" href="idea">
+
                     <a class="item" href="//2016.igem.org/Team:Slovenia/CoiledCoilInteraction">
 
                         <i class="chevron circle right icon"></i>
 
                         <i class="chevron circle right icon"></i>
                         <b>Idea</b>
+
                         <b>Coiled Coil interaction model</b>
 
                     </a>
 
                     </a>
 
                 </div>
 
                 </div>
Line 59: Line 75:
 
                 <!-- content goes here -->
 
                 <!-- content goes here -->
 
                 <div class="main ui citing justified container">
 
                 <div class="main ui citing justified container">
                     <h1><span id="intro" class="section"> &nbsp; </span>Modeling logic gates</h1>
+
                     <div>
                    <div class="ui segment">
+
                        <h1><span id="achieve" class="section colorize"> &nbsp; </span>Modeling logic gates</h1>
                    <p>
+
                        <div class="ui segment" style="background-color: #ebc7c7; ">
                         Engineering and designing biological circuits constitute a central core of synthetic biology. In
+
                            <p><b>
                        the context of our
+
                                <ul>
                        iGEM
+
<li> Fourteen coiled-coil-based logic operations were designed and modeled in order to function <i>in vivo</i>.
                        project, one the purpose was to create, tune and regulate novel pathways in living cells using a
+
                                    <li> Fast response was obtained upon reconstitution of light inducible proteases used as input.
                        fast-relay system.
+
                                </ul>
                        The
+
                            </b></p>
                        <a href="https://2016.igem.org/Team:Slovenia/Protease_signaling/Orthogonality">toolset of
+
                         </div>
                            orthogonal proteases</a>
+
</div>
                        that we developed worked as input for <a
+
                        <div class="ui segment">
                            href="https://2016.igem.org/Team:Slovenia/Protease_signaling/Logic">logic
+
<h4><span id="intro" class="section colorize"> &nbsp; </span></h4>
                        function in mammalian cells</a>. Therefore, here we propose schemes for implementation of all 16
+
                            <p>
                        two input
+
                                Engineering and designing biological circuits constitute a central core of synthetic
                        binary logic functions based on a protein-protein interaction (coiled coil) and proteolysis
+
                                biology. In
                        system in cells. Designed logic gates based on
+
                                the context of our
                        protein-protein interaction are
+
                                iGEM
                        expected to have a shorter time delay compared to their analogues based on genetic regulatory
+
                                project, one of the challenges was to create, tune and regulate novel pathways in living
                        networks
+
                                cells
                        <x-ref>Gaber:2014, Kiani:2014</x-ref>
+
                                using a
                        .
+
                                fast-relay system.
                    </p>
+
                                The
 +
                                <a href="https://2016.igem.org/Team:Slovenia/Protease_signaling/Orthogonality">toolset of
 +
                                    orthogonal proteases</a>
 +
                                that we developed worked as input for <a
 +
                                    href="https://2016.igem.org/Team:Slovenia/Protease_signaling/Logic">logic
 +
                                function in mammalian cells</a>. Therefore, here we propose schemes for implementation
 +
                                of
 +
                                all 14 non-trivial
 +
                                two input
 +
                                binary logic functions based on a protein-protein interaction (coiled coil) and
 +
                                proteolysis
 +
                                system in cells (<ref>fig:logicfunctions</ref>). Designed logic gates based on
 +
                                protein-protein interaction are
 +
                                expected to have a shorter time delay compared to their analogues based on transcription
 +
                                activation
 +
                                <x-ref>Gaber:2014, Kiani:2014</x-ref>
 +
                                .
 +
                            </p>
 +
                            <div style="float:left; width:100%">
 +
                                <figure data-ref="fig:logicfunctions">
 +
                                    <img
 +
                                            src="https://static.igem.org/mediawiki/2016/d/d2/T--Slovenia--logic-functions.png">
 +
                                    <figcaption><b>Scheme of all non-trivial two input logic functions.</b>
 +
<p style="text-align:justify">Implementation of all 14 two input non-trivial logic operations
 +
based on the proteolysis and coiled coil displacement. Note that in addition to the previously publishes coiled coil-based protease
 +
sensor  <x-ref>Shekhawat2009</x-ref> we introduce an additional site for the proteolytic cleavage which enables implementation of
 +
all logic functions in a single layer.</p>
 +
                                    </figcaption>
 +
                                </figure>
 +
                            </div>
  
                    <p>The main post-translational modification on which signaling and information processing systems
+
                            <p>The main post-translational modification on which signaling and information processing
                        are based is
+
                                systems
                        protein
+
                                are based is
                        phosphorylation, which enables reversibility and fast response. Proteolysis is on the other hand
+
                                protein
                        irreversible,
+
                                phosphorylation, which enables reversibility and fast response. Proteolysis is on the
                        which
+
                                other
                        imposes some limitations with respect to phosphorylation. However for many applications fast
+
                                hand
                        activation is most
+
                                irreversible,
                        important, while the time to reset the system in the resting state is not that important.</p>
+
                                which
 +
                                imposes some limitations with respect to phosphorylation. However for many applications
 +
                                fast
 +
                                activation is most
 +
                                important, while the time to reset the system in the resting state is of secondary
 +
                                importance.</p>
  
                    <p>Our protein-based system is designed in such a way that it works through coiled coil
+
                            <p>Our protein-based system is designed in such a way that it works through coiled coil
                        interactions, where each
+
                                interactions, where each
                        coiled
+
                                coiled
                        coil in the system is either free or bound to its partner depending on the proteolytic activity.
+
                                coil in the system is either free or bound to its partner depending on the proteolytic
                        Furthermore,
+
                                activity.
                        the
+
                                Furthermore,
                        signal
+
                                the
                        output is represented by reconstitution of a split protein (i.e. luciferase or protease), which
+
                                signal
                        is fused
+
                                output is represented by reconstitution of a split protein (<i>i.e.</i> luciferase or
                        separately
+
                                protease),
                        to
+
                                which
                        different coiled coil segments. To prove the feasibility of this design, we simulated the
+
                                is fused
                        system's behavior
+
                                separately
                        using
+
                                to
                        deterministic modelling. The simulations were run in Wolfram Mathematica, using xCellerator's
+
                                different coiled coil segments. To prove the feasibility of this design, we simulated
                        xlr8r
+
                                the
                        libraries.</p>
+
                                system's behavior
 +
                                using
 +
                                deterministic modeling. The simulations were run in Wolfram Mathematica, using
 +
                                xCellerator's
 +
                                xlr8r
 +
                                libraries.</p>
  
                    <p>The designed binary logic gates can be divided into 5 subgroups, based on the position of the
+
                            <p>The designed binary logic gates can be divided into 5 subgroups, based on the position of
                        protease cleavage
+
                                the
                        sites:</p>
+
                                protease cleavage
                    <ul>
+
                                sites:</p>
                        <li>a) cleavage site between coiled-coils: conjunction, disjunction and both projection
+
                            <ul>
                            functions;
+
                                <li>a) cleavage site between coiled coils: conjunction, disjunction and both projection
                        </li>
+
                                    functions;
                        <li>b) cleavage site between the coiled-coil and split protease: logical NAND, logical NOR and
+
                                </li>
                            both
+
                                <li>b) cleavage site between the coiled coil and split protease: logical NAND, logical
                            negations;
+
                                    NOR
                        </li>
+
                                    and
                        <li>c) cleavage sites between coiled-coils as well as between the coiled-coil and split protease
+
                                    both
                            in
+
                                    negations;
                            the same construct: material implication and converse implication;
+
                                </li>
                        </li>
+
                                <li>c) cleavage sites between coiled coils as well as between the coiled coil and split
                        <li>
+
                                    protease
                            d) cleavage sites between coiled-coils as well as between the coiled-coil and split protease
+
                                    in
                            in
+
                                    the same construct: material implication and converse implication;
                            different constructs: exclusive disjunction, logical biconditional, material nonimplication
+
                                </li>
                            and
+
                                <li>
                            converse
+
                                    d) cleavage sites between coiled coils as well as between the coiled coil and split
                            nonimplication;
+
                                    protease
                        </li>
+
                                    in
                        <li>e) no cleavage sites: tautology and contradiction.</li>
+
                                    different constructs: exclusive disjunction, logical biconditional, material
                    </ul>
+
                                    nonimplication
                    </p>
+
                                    and
 +
                                    converse
 +
                                    nonimplication;
 +
                                </li>
 +
                                <li>e) no cleavage sites: tautology and contradiction.</li>
 +
                            </ul>
  
                    <p>
+
                            <p>
                        For applications that require fast response (e.g. protein secretion), which are the purpose of
+
                                For applications that require fast response (<i>e.g.</i> protein secretion), which are
                        our attempt, only
+
                                the purpose
                        falsity
+
                                of
                        preserving gates are appropriate, as biological systems usually require fast activation and not
+
                                our attempt, only
                        fast
+
                                falsity
                        deactivation.
+
                                preserving gates are appropriate, as biological systems usually require fast activation
                        The
+
                                and
                        following functions correspond to the desired condition: both projection functions, conjunction,
+
                                not
                        disjunction,
+
                                fast
                        exclusive
+
                                deactivation.
                        disjunction, material nonimplication, converse nonimplication and true.
+
                                The
                    </p>
+
                                following functions correspond to the desired condition: both projection functions,
                    <p>
+
                                conjunction,
                        Since the dynamics of both functions in subgroup e) is trivial, i.e. output is a constant, their
+
                                disjunction,
                        modelling is
+
                                exclusive
                        omitted.
+
                                disjunction, material nonimplication, converse nonimplication and true.
                        We selected a single function from the other four subgroups, for which a mathematical model was
+
                            </p>
                        established and
+
                            <p>
                        analysed. We selected the following functions $f_1(x_1, x_2) = x_1$ from subgroup a), $f_2(x_1,
+
                                Since the dynamics of both functions in subgroup e) is trivial, <i>i.e.</i> output is a
                        x_2) = \neg(x_1
+
                                constant,
                        \vee
+
                                their
                        x_2)$ from b), $f_3(x_1, x_2) = x_2 \Rightarrow x_1$ from c) and $f_4(x_1, x_2) = \neg(x_1
+
                                modeling is
                        \Rightarrow x_2)$
+
                                omitted.
                        from
+
                                We selected a single function from the other four subgroups, for which a mathematical
                        d).
+
                                model
                    </p>
+
                                was
                    <p>
+
                                established and
                        Inducible proteases were assumed as the two input variables for each function. The logical
+
                                analyzed. We selected the following functions $f_1(x_1, x_2) = x_1$ from subgroup a),
                        values true and false
+
                                $f_2(x_1,
                        were in
+
                                x_2) = \neg(x_1
                        all the cases presented with high and low amounts of output proteins or input proteases,
+
                                \vee
                        respectively. Where the
+
                                x_2)$ from b), $f_3(x_1, x_2) = x_2 \Rightarrow x_1$ from c) and $f_4(x_1, x_2) =
                        output
+
                                \neg(x_1
                        signal is presented with several different proteins, the sum of their concentrations was
+
                                \Rightarrow x_2)$
                        observed. The schemes
+
                                from
                        of
+
                                d).
                        the
+
                            </p>
                        assumed reactions included in the implementation of described logical functions are represented
+
                            <p>
                        in
+
                                Inducible proteases were assumed as the two input variables for each function. The
                        <ref>fig:scheme_buffer</ref>
+
                                logical
                        ,
+
                                values true and false
                        <ref>fig:scheme_nor</ref>
+
                                were in
                        ,
+
                                all the cases presented with high and low amounts of output proteins or input proteases,
                        <ref>fig:schemes_imply</ref>
+
                                respectively. Where the
                        and
+
                                output
                        <ref>fig:schemes_nimply</ref>
+
                                signal is presented with several different proteins, the sum of their concentrations was
                        . All
+
                                observed. The schemes
                        of
+
                                of
                        them ignore the leakage due to the binding of the coiled-coils before cleavage, which could be
+
                                the
                        solved by setting
+
                                assumed reactions included in the implementation of described logical functions are
                        the
+
                                represented
                        building elements with appropriate parameters as demonstrated in the experimental section on the
+
                                in
                        <a
+
                                <ref>fig:scheme_buffer</ref>
                                href="https://2016.igem.org/Team:Slovenia/Protease_signaling/Logic">CC-based logic
+
                                ,
                            design. </a>
+
                                <ref>fig:scheme_nor</ref>
                    </p>
+
                                ,
 +
                                <ref>fig:schemes_imply</ref>
 +
                                and
 +
                                <ref>fig:schemes_nimply</ref>
 +
                                . All
 +
                                of
 +
                                them ignore the leakage due to the binding of the coiled coils before cleavage, which
 +
                                could
 +
                                be
 +
                                solved by setting
 +
                                the
 +
                                building elements with appropriate parameters as demonstrated in the experimental
 +
                                section on
 +
                                the
 +
                                <a
 +
                                        href="https://2016.igem.org/Team:Slovenia/Protease_signaling/Logic">CC-based
 +
                                    logic
 +
                                    design. </a>
 +
                            </p>
 +
                            <div style="float:left; width:100%">
 +
                                <figure data-ref="fig:scheme_buffer">
 +
                                    <img
 +
                                            src="https://static.igem.org/mediawiki/2016/2/20/T--Slovenia--5.5.2.png">
 +
                                    <figcaption><b>Scheme of the modeled function $f_1$.</b>
 +
                                        The output is represented with the
 +
                                        emission of
 +
                                        light induced
 +
                                        by
 +
                                        reconstitution of the split firefly luciferase reporter.
  
                    <figure data-ref="fig:scheme_buffer">
+
                                    </figcaption>
                        <img class="ui huge centered image"
+
                                </figure>
                            src="https://static.igem.org/mediawiki/2016/2/20/T--Slovenia--5.5.2.png">
+
                             </div>
                        <figcaption><b>Scheme of the modelled function $f_1$.</b>The output is represented with the
+
                             emission of
+
                            light induced
+
                            by
+
                            reconstitution of the split firefly luciferase reporter.
+
                        </figcaption>
+
                    </figure>
+
  
                    <figure data-ref="fig:scheme_nor">
+
                            <div style="float:left; width:100%">
                        <img class="ui huge centered image"
+
                                <figure data-ref="fig:scheme_nor">
                            src="https://static.igem.org/mediawiki/2016/c/c7/T--Slovenia--5.5.3.png">
+
                                    <img
                        <figcaption><b>Scheme of the modelled function $f_2$.</b> The output is represented with the
+
                                            src="https://static.igem.org/mediawiki/2016/c/c7/T--Slovenia--5.5.3.png">
                            emission
+
                                    <figcaption><b>Scheme of the modeled function $f_2$.</b>
                            of light induced
+
                                        The output is represented with the
                            by
+
                                        emission
                            reconstitution of the split firefly luciferase reporter.
+
                                        of light induced
                        </figcaption>
+
                                        by
                    </figure>
+
                                        reconstitution of the split firefly luciferase reporter.
 +
                                    </figcaption>
 +
                                </figure>
 +
                            </div>
  
                    <figure data-ref="fig:schemes_imply">
+
                            <div style="float:left; width:100%">
                        <img class="ui huge centered image"
+
                                <figure data-ref="fig:schemes_imply">
                            src="https://static.igem.org/mediawiki/2016/c/c1/T--Slovenia--5.5.4.png">
+
                                    <img
                        <figcaption><b>Scheme of the modelled function $f_3$.</b> The output is represented with the
+
                                            src="https://static.igem.org/mediawiki/2016/c/c1/T--Slovenia--5.5.4.png">
                            emission
+
                                    <figcaption><b>Scheme of the modeled function $f_3$.</b>
                            of light induced
+
                                        The output is represented with the
                            by
+
                                        emission
                             reconstitution of the split firefly luciferase reporter.
+
                                        of light induced
                        </figcaption>
+
                                        by
                    </figure>
+
                                        reconstitution of the split firefly luciferase reporter.
 +
                                    </figcaption>
 +
                                </figure>
 +
                             </div>
 +
                            <div style="float:left; width:100%">
 +
                                <figure data-ref="fig:schemes_nimply">
 +
                                    <img
 +
                                            src="https://static.igem.org/mediawiki/2016/5/59/T--Slovenia--5.5.5.png">
 +
                                    <figcaption><b>Scheme of the modeled function $f_4$.</b>
 +
                                        The output is represented with the
 +
                                        emission
 +
                                        of light induced
 +
                                        by
 +
                                        reconstitution of the split firefly luciferase reporter.
 +
                                    </figcaption>
 +
                                </figure>
 +
                            </div>
 +
                            <p style="clear:both"></p>
 +
                        </div>
  
                    <figure data-ref="fig:schemes_nimply">
 
                        <img class="ui huge centered image"
 
                            src="https://static.igem.org/mediawiki/2016/5/59/T--Slovenia--5.5.5.png">
 
                        <figcaption><b>Scheme of the modelled function $f_4$.</b> The output is represented with the
 
                            emission
 
                            of light induced
 
                            by
 
                            reconstitution of the split firefly luciferase reporter.
 
                        </figcaption>
 
                    </figure>
 
                    </div>
 
                    <h3><span id="model" class="section"> &nbsp; </span>Deterministic modeling</h3>
 
 
                     <div class="ui segment">
 
                     <div class="ui segment">
                    We have established the following ordinary differential equations (ODEs) based model:
+
                        <h3><span id="model" class="section colorize"> &nbsp; </span>Deterministic modeling</h3>
                    <h4>Projection function $f_1$</h4>
+
                    \begin{align}
+
                    v'(t) =&
+
                    \alpha_2 - \delta_1 * v(t) - \sigma_1 * v(t) * u(t) * l(t) + \sigma_2 * p_1(t), \\
+
                    u'(t) =&
+
                    \alpha_2 - \delta_1 * u(t) - \sigma_1 * v(t) * u(t) * l(t) + \sigma_2 * p_1'(t), \\
+
                    g'(t) =& \alpha_1- \delta_1 * g(t) - \tau * g(t) * p_1(t), \\
+
                    g_1'(t) =& -\delta_1 * g_1(t) + \gamma_2 * g_1g_2(t) +
+
                    \beta_2 * g_1i(t) - \gamma_1 * g_1(t) * g_2(t) - \beta_1 * g_1(t) * i(t), \\
+
                    g_1g_2'(t) =& -\gamma_2 * g_1g_2(t) + \gamma_1 * g_1(t) * g_2(t) +
+
                    \tau * g(t) * p_1(t), \\
+
                    g_1i'(t) =& -\delta_1 * g_1i(t) - \beta_2 * g_1i(t) +
+
                    \beta_1 * g_1(t) * i(t), \\
+
                    g_2'(t) =&
+
                    \gamma_2 * g_1g_2(t) - \delta_1 * g_2(t) - \gamma_1 * g_1(t) * g_2(t), \\
+
                    i'(t) =&
+
                    \alpha_1+ \beta_2 * g_1i(t) - \delta_1 * i(t) - \beta_1 * g_1(t) * i(t),\\
+
                    p_1'(t) =& \sigma_1 * v(t) * u(t) * l(t) - \sigma_2 * p_1(t)
+
                    \end{align}
+
  
                    <h4>Logical NOR $f_2$</h4>
+
                        We have established the following ordinary differential equations (ODEs) based model:
                    \begin{align}
+
                        <h4>Projection function $f_1$</h4>
                    c'(t) =&
+
                        \begin{align}
                    \alpha_1- \delta_1 * c(t) + \beta_2 * cd(t) - \beta_1 * c(t) * d(t) -
+
                        v'(t) =&
                    \tau * c(t) * p_1(t), \\
+
                        \alpha_2 - \delta_1 * v(t) - \sigma_1 * v(t) * u(t) * l(t) + \sigma_2 * p_1(t), \\
                    c_1'(t) =& -\delta_1 * c_1(t) + \tau * c(t) * p_1(t) +
+
                        u'(t) =&
                    \tau * cd(t) * p_1(t), \\
+
                        \alpha_2 - \delta_1 * u(t) - \sigma_1 * v(t) * u(t) * l(t) + \sigma_2 * p_1'(t), \\
                    c_2'(t) =& -\delta_1 * c_2(t) + \tau * c(t) * p_1(t), \\
+
                        g'(t) =& \alpha_1- \delta_1 * g(t) - \tau * g(t) * p_1(t), \\
                    c_2d'(t) =& \tau * cd(t) * p_1(t), \\
+
                        g_1'(t) =& -\delta_1 * g_1(t) + \gamma_2 * g_1g_2(t) +
                    cd'(t) =& -\delta_1 * cd(t) - \beta_2 * cd(t) +
+
                        \beta_2 * g_1i(t) - \gamma_1 * g_1(t) * g_2(t) - \beta_1 * g_1(t) * i(t), \\
                    \beta_1 * c(t) * d(t) - \tau * cd(t) * p_1(t) - \tau * cd(t) * p_2(t), \\
+
                        g_1g_2'(t) =& -\gamma_2 * g_1g_2(t) + \gamma_1 * g_1(t) * g_2(t) +
                    cd_2'(t) =& \tau * cd(t) * p_2(t), \\
+
                        \tau * g(t) * p_1(t), \\
                    v'(t) =&
+
                        g_1i'(t) =& -\delta_1 * g_1i(t) - \beta_2 * g_1i(t) +
                    \alpha_2 - \delta_1 * v(t) - \sigma_1 * v(t) * u(t) * l_1(t) + \sigma_2 * p_1(t), \\
+
                        \beta_1 * g_1(t) * i(t), \\
                    w'(t) =&
+
                        g_2'(t) =&
                    \alpha_2 - \delta_1 * w(t) - \sigma_1 * w(t) * z(t) * l_2(t)+ \sigma_2 * p_2(t), \\
+
                        \gamma_2 * g_1g_2(t) - \delta_1 * g_2(t) - \gamma_1 * g_1(t) * g_2(t), \\
                    u'(t) =&
+
                        i'(t) =&
                    \alpha_2 - \delta_1 * u(t) - \sigma_1 * v(t) * u(t) * l_1(t) + \sigma_2 * p_1(t), \\
+
                        \alpha_1+ \beta_2 * g_1i(t) - \delta_1 * i(t) - \beta_1 * g_1(t) * i(t),\\
                    z'(t) =&
+
                        p_1'(t) =& \sigma_1 * v(t) * u(t) * l(t) - \sigma_2 * p_1(t)
                    \alpha_2 - \delta_1 * z(t) - \sigma_1 * w(t) * z(t) * l_2(t) + \sigma_2 * p_2(t), \\
+
                        \end{align}
                    d'(t) =& \alpha_1+ \beta_2 * cd(t) - \delta_1 * d(t) - \beta_1 * c(t) * d(t) -
+
                    \tau * d(t) * p_2(t), \\
+
                    d_1'(t) =& -\delta_1 * d_1(t) + \tau * cd(t) * p_2(t) +
+
                    \tau * d(t) * p_2(t), \\
+
                    d_2'(t) =& -\delta_1 * d_2(t) + \tau * d(t) * p_2(t), \\
+
                    p_1'(t) =& \sigma_1 * v(t) * u(t) * l_1(t) - \sigma_2 * p_1(t), \\
+
                    p_2'(t) =& \sigma_1 * w(t) * z(t) * l_2(t) - \sigma_2 * p_2(t)
+
                    \end{align}
+
  
                    <h4>Converse implication f<sub>3</sub></h4>
+
                        <h4>Logical NOR $f_2$</h4>
                    \begin{align}
+
                        \begin{align}
                    b'(t) =&
+
                        c'(t) =&
                    \alpha_1- \delta_1 * b(t) - \beta_1 * b(t) * k_1(t) + \beta_2 * k_1b(t), \\
+
                        \alpha_1- \delta_1 * c(t) + \beta_2 * cd(t) - \beta_1 * c(t) * d(t) -
                    v'(t) =&
+
                        \tau * c(t) * p_1(t), \\
                    \alpha_2 - \delta_1 * v(t) - \sigma_1 * v(t) * u(t) * l_1(t) + \sigma_2 * p_1(t), \\
+
                        c_1'(t) =& -\delta_1 * c_1(t) + \tau * c(t) * p_1(t) +
                    w'(t) =&
+
                        \tau * cd(t) * p_1(t), \\
                    \alpha_2 - \delta_1 * w(t) - \sigma_1 * w(t) * z(t) * l_2(t) + \sigma_2 * p_2(t), \\
+
                        c_2'(t) =& -\delta_1 * c_2(t) + \tau * c(t) * p_1(t), \\
                    u'(t) =&
+
                        c_2d'(t) =& \tau * cd(t) * p_1(t), \\
                    \alpha_2 - \delta_1 * u(t) - \sigma_1 * v(t) * u(t) * l_1(t) + \sigma_2 * p_1(t), \\
+
                        cd'(t) =& -\delta_1 * cd(t) - \beta_2 * cd(t) +
                    z'(t) =&
+
                        \beta_1 * c(t) * d(t) - \tau * cd(t) * p_1(t) - \tau * cd(t) * p_2(t), \\
                    \alpha_2 - \delta_1 * z(t) - \sigma_1 * w(t) * z(t) * l_2(t) + \sigma_2 * p_2(t), \\
+
                        cd_2'(t) =& \tau * cd(t) * p_2(t), \\
                    k'(t) =& \alpha_1- \delta_1 * k(t) - \tau * k(t) * p_1(t) - \tau * k(t) * p_2(t), \\
+
                        v'(t) =&
                    k_1'(t) =& -\delta_1 * k_1(t) - \beta_1 * b(t) * k_1(t) + \gamma_2 * k_{12}(t) + \\
+
                        \alpha_2 - \delta_1 * v(t) - \sigma_1 * v(t) * u(t) * l_1(t) + \sigma_2 * p_1(t), \\
                    & \gamma_2 * k_{123}(t) + \beta_2 * k_1b(t) - \gamma_1 * k_1(t) * k_2(t) -
+
                        w'(t) =&
                    \gamma_1 * k_1(t) * k_{23}(t) \\
+
                        \alpha_2 - \delta_1 * w(t) - \sigma_1 * w(t) * z(t) * l_2(t)+ \sigma_2 * p_2(t), \\
                    &+ \tau * k(t) * p_1(t) + \tau * k_1k_2(t) * p_1(t), \\
+
                        u'(t) =&
                    k_{12}'(t) =& -\delta_1 * k_{12}(t) - \gamma_2 * k_{12}(t) +
+
                        \alpha_2 - \delta_1 * u(t) - \sigma_1 * v(t) * u(t) * l_1(t) + \sigma_2 * p_1(t), \\
                    \gamma_1 * k_1(t) * k_2(t), \\
+
                        z'(t) =&
                    k_{123}'(t) =& -\gamma_2 * k_{123}(t) + \gamma_1 * k_1(t) * k_{23}(t), \\
+
                        \alpha_2 - \delta_1 * z(t) - \sigma_1 * w(t) * z(t) * l_2(t) + \sigma_2 * p_2(t), \\
                    k_1b'(t) =&
+
                        d'(t) =& \alpha_1+ \beta_2 * cd(t) - \delta_1 * d(t) - \beta_1 * c(t) * d(t) -
                    \beta_1 * b(t) * k_1(t) - \delta_1 * k_1b(t) - \beta_2 * k_1b(t), \\
+
                        \tau * d(t) * p_2(t), \\
                    k_1k_2'(t) =& -\tau * k_1k_2(t) * p_1(t) + \tau * k(t) * p_2(t), \\
+
                        d_1'(t) =& -\delta_1 * d_1(t) + \tau * cd(t) * p_2(t) +
                    k_2'(t) =&
+
                        \tau * d(t) * p_2(t), \\
                    \gamma_2 * k_{12}(t) - \delta_1 * k_2(t) - \gamma_1 * k_1(t) * k_2(t) +
+
                        d_2'(t) =& -\delta_1 * d_2(t) + \tau * d(t) * p_2(t), \\
                    \tau * k_1k_2(t) * p_1(t) + \tau * k_{23}(t) * p_2(t), \\
+
                        p_1'(t) =& \sigma_1 * v(t) * u(t) * l_1(t) - \sigma_2 * p_1(t), \\
                    k_{23}'(t) =&
+
                        p_2'(t) =& \sigma_1 * w(t) * z(t) * l_2(t) - \sigma_2 * p_2(t)
                    \gamma_2 * k_{123}(t) - \delta_1 * k_{23}(t) - \gamma_1 * k_1(t) * k_{23}(t) +
+
                        \end{align}
                    \tau * k(t) * p_1(t) - \tau * k_{23}(t) * p_2(t), \\
+
                    k_3'(t) =& -\delta_1 * k_3(t) + \tau * k(t) * p_2(t) +
+
                    \tau * k_{23}(t) * p_2(t), \\
+
                    p_1'(t) =& \sigma_1 * v(t) * u(t) * l_1(t) - \sigma_2 * p_1(t), \\
+
                    p_2'(t) =& \sigma_1 * w(t) * z(t) * l_2(t) - \sigma_2 * p_2(t)
+
                    \end{align}
+
  
                    <h4>Mathematical nonimplication f<sub>4</sub></h4>
+
                        <h4>Converse implication $f_3$</h4>
                    \begin{align}
+
                        \begin{align}
                    v'(t) =&
+
                        b'(t) =&
                    \alpha_2 - \delta_1 * v(t) - \sigma_1 * v(t) * u(t) * l_1(t) + \sigma_2 * p_1(t), \\
+
                        \alpha_1- \delta_1 * b(t) - \beta_1 * b(t) * k_1(t) + \beta_2 * k_1b(t), \\
                    w'(t) =&
+
                        v'(t) =&
                    \alpha_2 - \delta_1 * w(t) - \sigma_1 * w(t) * z(t) * l_2(t) + \sigma_2 * p_2(t), \\
+
                        \alpha_2 - \delta_1 * v(t) - \sigma_1 * v(t) * u(t) * l_1(t) + \sigma_2 * p_1(t), \\
                    u'(t) =&
+
                        w'(t) =&
                    \alpha_2 - \delta_1 * u(t) - \sigma_1 * v(t) * u(t) * l_1(t) + \sigma_2 * p_1(t), \\
+
                        \alpha_2 - \delta_1 * w(t) - \sigma_1 * w(t) * z(t) * l_2(t) + \sigma_2 * p_2(t), \\
                    z'(t) =&
+
                        u'(t) =&
                    \alpha_2 - \delta_1 * z(t) - \sigma_1 * w(t) * z(t) * l_2(t) + \sigma_2 * p_2(t), \\
+
                        \alpha_2 - \delta_1 * u(t) - \sigma_1 * v(t) * u(t) * l_1(t) + \sigma_2 * p_1(t), \\
                    d'(t) =&
+
                        z'(t) =&
                    \alpha_1- \delta_1 * d(t) - \beta_1 * d(t) * g_1(t) + \beta_2 * g_1d(t) -
+
                        \alpha_2 - \delta_1 * z(t) - \sigma_1 * w(t) * z(t) * l_2(t) + \sigma_2 * p_2(t), \\
                    \tau * d(t) * p_2(t), \\
+
                        k'(t) =& \alpha_1- \delta_1 * k(t) - \tau * k(t) * p_1(t) - \tau * k(t) * p_2(t), \\
                    d_1'(t) =& -\delta_1 * d_1(t) - \gamma_1 * d_1(t) * g_1(t) +
+
                        k_1'(t) =& -\delta_1 * k_1(t) - \beta_1 * b(t) * k_1(t) + \gamma_2 * k_{12}(t) + \\
                    \gamma_2 * g_1d_1(t) + \tau * d(t) * p_2(t), \\
+
                        & \gamma_2 * k_{123}(t) + \beta_2 * k_1b(t) - \gamma_1 * k_1(t) * k_2(t) -
                    d_2'(t) =& -\delta_1 * d_2(t) + \tau * d(t) * p_2(t) +
+
                        \gamma_1 * k_1(t) * k_{23}(t) \\
                    \tau * g_1d(t) * p_2(t), \\
+
                        &+ \tau * k(t) * p_1(t) + \tau * k_1k_2(t) * p_1(t), \\
                    g'(t) =& \alpha_1- \delta_1 * g(t) - \tau * g(t) * p_1(t), \\
+
                        k_{12}'(t) =& -\delta_1 * k_{12}(t) - \gamma_2 * k_{12}(t) +
                    g_1'(t) =& -\delta_1 * g_1(t) - \beta_1 * d(t) * g_1(t) - \gamma_1 * d_1(t) * g_1(t) \\
+
                        \gamma_1 * k_1(t) * k_2(t), \\
                    & + \beta_2 * g_1d(t) + \gamma_2 * g_1d_1(t) +
+
                        k_{123}'(t) =& -\gamma_2 * k_{123}(t) + \gamma_1 * k_1(t) * k_{23}(t), \\
                    \gamma_2 * g_1g_2(t) - \gamma_1 * g_1(t) * g_2(t), \\
+
                        k_1b'(t) =&
                    g_1d'(t) =&
+
                        \beta_1 * b(t) * k_1(t) - \delta_1 * k_1b(t) - \beta_2 * k_1b(t), \\
                    \beta_1 * d(t) * g_1(t) - \delta_1 * g_1d(t) - \beta_2 * g_1d(t) -
+
                        k_1k_2'(t) =& -\tau * k_1k_2(t) * p_1(t) + \tau * k(t) * p_2(t), \\
                    \tau * g_1d(t) * p_2(t), \\
+
                        k_2'(t) =&
                    g_1d_1'(t) =&
+
                        \gamma_2 * k_{12}(t) - \delta_1 * k_2(t) - \gamma_1 * k_1(t) * k_2(t) +
                    \gamma_1 * d_1(t) * g_1(t) - \gamma_2 * g_1d_1(t) + \tau * g_1d(t) * p_2(t), \\
+
                        \tau * k_1k_2(t) * p_1(t) + \tau * k_{23}(t) * p_2(t), \\
                    g_1g_2'(t) =& -\gamma_2 * g_1g_2(t) + \gamma_1 * g_1(t) * g_2(t) +
+
                        k_{23}'(t) =&
                    \tau * g(t) * p_1(t), \\
+
                        \gamma_2 * k_{123}(t) - \delta_1 * k_{23}(t) - \gamma_1 * k_1(t) * k_{23}(t) +
                    g_2'(t) =&
+
                        \tau * k(t) * p_1(t) - \tau * k_{23}(t) * p_2(t), \\
                    \gamma_2 * g_1g_2(t) - \delta_1 * g_2(t) - \gamma_1 * g_1(t) * g_2(t), \\
+
                        k_3'(t) =& -\delta_1 * k_3(t) + \tau * k(t) * p_2(t) +
                    p_1'(t) =& \sigma_1 * v(t) * u(t) * l_1(t) - \sigma_2 * p_1(t), \\
+
                        \tau * k_{23}(t) * p_2(t), \\
                    p_2'(t) =& \sigma_1 * w(t) * z(t) * l_2(t) - \sigma_2 * p_2(t)
+
                        p_1'(t) =& \sigma_1 * v(t) * u(t) * l_1(t) - \sigma_2 * p_1(t), \\
                    \end{align}
+
                        p_2'(t) =& \sigma_1 * w(t) * z(t) * l_2(t) - \sigma_2 * p_2(t)
 +
                        \end{align}
  
                    <p>
+
                        <h4>Mathematical nonimplication $f_4$</h4>
                         The function of light presence, denoted with $l(t)$, $l_1(t)$ or $l_2(t)$, is a piecewise
+
                         \begin{align}
                        function which equals 1 if the light is present and 0 otherwise. Functions $p_1$, $p_2$, $g$,
+
                        v'(t) =&
                        $g_1$,
+
                        \alpha_2 - \delta_1 * v(t) - \sigma_1 * v(t) * u(t) * l_1(t) + \sigma_2 * p_1(t), \\
                        $g_1d$, $g_1d_1$, $g_1g_2$, $g_1i$, $g_2$, $c$, $c_1$, $c_2$, $c_2d$, $cd$, $cd_2$, $w$, $z$,
+
                        w'(t) =&
                        $d$, $d_1$, $d_2$, $k$, $k_1$, $k_{12}$,
+
                        \alpha_2 - \delta_1 * w(t) - \sigma_1 * w(t) * z(t) * l_2(t) + \sigma_2 * p_2(t), \\
                        $k_{123}$, $k_1b$, $k_1k_2$, $k_2$, $k_{23}$, $k_3$, $i$, $b$, $k$, $v$, $u$, $w$, $z$ present
+
                        u'(t) =&
                        concentrations of the
+
                        \alpha_2 - \delta_1 * u(t) - \sigma_1 * v(t) * u(t) * l_1(t) + \sigma_2 * p_1(t), \\
                        equally labelled proteins. The constants used for the model are described in
+
                        z'(t) =&
                        <ref>tab:refs</ref>
+
                        \alpha_2 - \delta_1 * z(t) - \sigma_1 * w(t) * z(t) * l_2(t) + \sigma_2 * p_2(t), \\
                        .
+
                        d'(t) =&
                    </p>
+
                        \alpha_1- \delta_1 * d(t) - \beta_1 * d(t) * g_1(t) + \beta_2 * g_1d(t) -
                    <table class="ui collapsing unstackable celled table" data-ref="tab:refs">
+
                        \tau * d(t) * p_2(t), \\
                        <thead class="full-width">
+
                        d_1'(t) =& -\delta_1 * d_1(t) - \gamma_1 * d_1(t) * g_1(t) +
                        <tr class="center aligned">
+
                        \gamma_2 * g_1d_1(t) + \tau * d(t) * p_2(t), \\
                            <th> Description</th>
+
                        d_2'(t) =& -\delta_1 * d_2(t) + \tau * d(t) * p_2(t) +
                            <th> Name</th>
+
                        \tau * g_1d(t) * p_2(t), \\
                            <th> Rate</th>
+
                        g'(t) =& \alpha_1- \delta_1 * g(t) - \tau * g(t) * p_1(t), \\
                            <th> Reference</th>
+
                        g_1'(t) =& -\delta_1 * g_1(t) - \beta_1 * d(t) * g_1(t) - \gamma_1 * d_1(t) * g_1(t) \\
                        </tr>
+
                        & + \beta_2 * g_1d(t) + \gamma_2 * g_1d_1(t) +
                        </thead>
+
                        \gamma_2 * g_1g_2(t) - \gamma_1 * g_1(t) * g_2(t), \\
                        <tbody>
+
                        g_1d'(t) =&
                        <tr>
+
                        \beta_1 * d(t) * g_1(t) - \delta_1 * g_1d(t) - \beta_2 * g_1d(t) -
                            <td>protein production rate</td>
+
                        \tau * g_1d(t) * p_2(t), \\
                            <td>$\alpha$</td>
+
                        g_1d_1'(t) =&
                            <td>3.5 * 20$^{-2}$ nMs$^{-1}$</td>
+
                        \gamma_1 * d_1(t) * g_1(t) - \gamma_2 * g_1d_1(t) + \tau * g_1d(t) * p_2(t), \\
                            <td>
+
                        g_1g_2'(t) =& -\gamma_2 * g_1g_2(t) + \gamma_1 * g_1(t) * g_2(t) +
                                <x-ref>Mariani:2010, Alon:2006</x-ref>
+
                        \tau * g(t) * p_1(t), \\
                            </td>
+
                        g_2'(t) =&
                        </tr>
+
                        \gamma_2 * g_1g_2(t) - \delta_1 * g_2(t) - \gamma_1 * g_1(t) * g_2(t), \\
                        <tr>
+
                        p_1'(t) =& \sigma_1 * v(t) * u(t) * l_1(t) - \sigma_2 * p_1(t), \\
                            <td>light inducible split protease production rate</td>
+
                        p_2'(t) =& \sigma_1 * w(t) * z(t) * l_2(t) - \sigma_2 * p_2(t)
                            <td>$\alpha_2$</td>
+
                        \end{align}
                            <td>7 * 10$^{-1}$ nMs$^{-1}$</td>
+
 
                            <td>protein:protease DNA ratio is
+
                        <p>
                                1:20
+
                            The function of light presence, denoted with $l(t)$, $l_1(t)$ or $l_2(t)$, is a
                            </td>
+
                            piecewise
                        </tr>
+
                            function which equals 1 if the light is present and 0 otherwise. Functions $p_1$, $p_2$,
                        <tr>
+
                            $g$,
                            <td>protein degradation rate</td>
+
                            $g_1$,
                            <td>$\delta_1$</td>
+
                            $g_1d$, $g_1d_1$, $g_1g_2$, $g_1i$, $g_2$, $c$, $c_1$, $c_2$, $c_2d$, $cd$, $cd_2$, $w$,
                            <td>Log[2] / (3600 * 9) $s^{-1}$</td>
+
                            $z$,
                            <td>
+
                            $d$, $d_1$, $d_2$, $k$, $k_1$, $k_{12}$,
                                <x-ref>Eden:2011</x-ref>
+
                            $k_{123}$, $k_1b$, $k_1k_2$, $k_2$, $k_{23}$, $k_3$, $i$, $b$, $k$, $v$, $u$, $w$, $z$
                            </td>
+
                            present
                        </tr>
+
                            concentrations of the
                        <tr>
+
                            equally labelled proteins. The constants used for the model are described in
                            <td>light inducible split protease dissociation rate</td>
+
                            <ref>tab:refs</ref>
                            <td> $\sigma_2$</td>
+
                            .
                            <td>Log[2] / (60 * 5.5) s$^{-1}$</td>
+
                        </p>
                            <td>
+
                        <table class="ui collapsing unstackable celled table" data-ref="tab:refs">
                                <x-ref>Taslimi:2016</x-ref>
+
                            <thead class="full-width">
                            </td>
+
                            <tr class="center aligned">
                        </tr>
+
                                <th> Description</th>
                        <tr>
+
                                <th> Name</th>
                            <td>light inducible split protease association rate</td>
+
                                <th> Rate</th>
                            <td> $\sigma_1$</td>
+
                                <th> Reference</th>
                            <td>1 nM$^{-1}$ s$^{-1}$</td>
+
                            </tr>
                            <td>
+
                            </thead>
                                <x-ref>Alon:2006</x-ref>
+
                            <tbody>
                            </td>
+
                            <tr>
                        </tr>
+
                                <td>protein production rate</td>
                        <tr>
+
                                <td>$\alpha$</td>
                            <td>protease cleavage rate</td>
+
                                <td>3.5 * 20$^{-2}$ nMs$^{-1}$</td>
                            <td> $\tau$</td>
+
                                <td>
                            <td>1.2 * 10$^-6$ nM$^-1$ s$^{-1}$</td>
+
                                    <x-ref>Mariani:2010, Alon:2006</x-ref>
                            <td>
+
                                </td>
                                <x-ref>Yi:2013</x-ref>
+
                            </tr>
                            </td>
+
                            <tr>
                        </tr>
+
                                <td>light inducible split protease production rate</td>
                        <tr>
+
                                <td>$\alpha_2$</td>
                            <td>stronger coiled coils association rate</td>
+
                                <td>7 * 10$^{-1}$ nMs$^{-1}$</td>
                            <td> $\beta_1$</td>
+
                                <td>protein:protease DNA ratio is
                            <td>3.17 * 10$^{-3}$ nM$^{-1}$ s$^{-1}$</td>
+
                                    1:20
                            <td>
+
                                </td>
                                <x-ref>DeCrescenzo:2003</x-ref>
+
                            </tr>
                            </td>
+
                            <tr>
                        </tr>
+
                                <td>protein degradation rate</td>
                        <tr>
+
                                <td>$\delta_1$</td>
                            <td>stronger coiled coils dissociation rate</td>
+
                                <td>Log[2] / (3600 * 9) $s^{-1}$</td>
                            <td> $\beta_2$</td>
+
                                <td>
                            <td>2 * 10$^{-4}$ s$^{-1}$</td>
+
                                    <x-ref>Eden:2011</x-ref>
                            <td>
+
                                </td>
                                <x-ref>DeCrescenzo:2003</x-ref>
+
                            </tr>
                            </td>
+
                            <tr>
                        </tr>
+
                                <td>light inducible split protease dissociation rate</td>
                        <tr>
+
                                <td> $\sigma_2$</td>
                            <td>weaker coiled coils association rate</td>
+
                                <td>Log[2] / (60 * 5.5) s$^{-1}$</td>
                            <td> $\gamma_1$</td>
+
                                <td>
                            <td>7.3 * 10$^{-6}$ nM$^{-1}$ s$^{-1}$</td>
+
                                    <x-ref>Taslimi:2016</x-ref>
                            <td>
+
                                </td>
                                <x-ref>DeCrescenzo:2003</x-ref>
+
                            </tr>
                            </td>
+
                            <tr>
                        </tr>
+
                                <td>light inducible split protease association rate</td>
                        <tr>
+
                                <td> $\sigma_1$</td>
                            <td>weaker coiled coils dissociation rate</td>
+
                                <td>1 nM$^{-1}$ s$^{-1}$</td>
                            <td> $\gamma_2$</td>
+
                                <td>
                            <td>1.67 * 10$^{-1}$ s$^{-1}$</td>
+
                                    <x-ref>Alon:2006</x-ref>
                            <td>
+
                                </td>
                                <x-ref>DeCrescenzo:2003</x-ref>
+
                            </tr>
                            </td>
+
                            <tr>
                        </tr>
+
                                <td>protease cleavage rate</td>
                        <tr>
+
                                <td> $\tau$</td>
                            <td>time of light exposure</td>
+
                                <td>1.2 * 10$^-6$ nM$^-1$ s$^{-1}$</td>
                            <td> /</td>
+
                                <td>
                            <td>60 s</td>
+
                                    <x-ref>Yi:2013</x-ref>
                            <td>
+
                                </td>
                                estimated from experimental results
+
                            </tr>
                            </td>
+
                            <tr>
                        </tr>
+
                                <td>stronger coiled coils association rate</td>
                        </tbody>
+
                                <td> $\beta_1$</td>
                    </table>
+
                                <td>3.17 * 10$^{-3}$ nM$^{-1}$ s$^{-1}$</td>
 +
                                <td>
 +
                                    <x-ref>DeCrescenzo:2003</x-ref>
 +
                                </td>
 +
                            </tr>
 +
                            <tr>
 +
                                <td>stronger coiled coils dissociation rate</td>
 +
                                <td> $\beta_2$</td>
 +
                                <td>2 * 10$^{-4}$ s$^{-1}$</td>
 +
                                <td>
 +
                                    <x-ref>DeCrescenzo:2003</x-ref>
 +
                                </td>
 +
                            </tr>
 +
                            <tr>
 +
                                <td>weaker coiled coils association rate</td>
 +
                                <td> $\gamma_1$</td>
 +
                                <td>7.3 * 10$^{-6}$ nM$^{-1}$ s$^{-1}$</td>
 +
                                <td>
 +
                                    <x-ref>DeCrescenzo:2003</x-ref>
 +
                                </td>
 +
                            </tr>
 +
                            <tr>
 +
                                <td>weaker coiled coils dissociation rate</td>
 +
                                <td> $\gamma_2$</td>
 +
                                <td>1.67 * 10$^{-1}$ s$^{-1}$</td>
 +
                                <td>
 +
                                    <x-ref>DeCrescenzo:2003</x-ref>
 +
                                </td>
 +
                            </tr>
 +
                            <tr>
 +
                                <td>time of light exposure</td>
 +
                                <td> /</td>
 +
                                <td>60 s</td>
 +
                                <td>
 +
                                    estimated from experimental results
 +
                                </td>
 +
                            </tr>
 +
                            </tbody>
 +
                        </table>
 
                     </div>
 
                     </div>
                     <h1><span id="results" class="section"> &nbsp; </span>Results</h1>
+
                     <div>
                    <div class="ui segment">
+
                        <h1><span id="results" class="section colorize"> &nbsp; </span>Results</h1>
                    <p>We simulated the dynamics of established logic gates with the numerical integration of their
+
                        <div class="ui segment">
                        mathematical models
+
                            <p>We simulated the dynamics of established logic gates with the numerical integration of
                        described in the previous paragraphs. The results of our simulations are shown in
+
                                their
                        <ref>fig:buffer</ref>
+
                                mathematical models
                        ,
+
                                described in the previous paragraphs. The results of our simulations are shown in
                        <ref>fig:nor</ref>
+
                                <ref>fig:buffer</ref>
                        ,
+
                                ,
                        <ref>fig:imply</ref>
+
                                <ref>fig:nor</ref>
                        and
+
                                ,
                        <ref>fig:nimply</ref>
+
                                <ref>fig:imply</ref>
                        .
+
                                and
                        They confirm our
+
                                <ref>fig:nimply</ref>
                        assumption that all four types of logic functions offer short delay compared to their
+
                                .
                        equivalents based on
+
                                They confirm our
                        genetic
+
                                assumption that all four types of logic functions offer shorter delay compared to their
                        regulatory networks. The rise and fall times of our gates are simulated to be at around 70
+
                                equivalents based on
                        seconds compared to
+
                                genetic
                        hours
+
                                regulatory networks. The rise and fall times of our gates are simulated to be at around
                        that transcription regulation circuits usually require.
+
                                70
                    </p>
+
                                seconds compared to
 +
                                hours
 +
                                that transcription regulation circuits usually require.
 +
                            </p>
  
                    <figure data-ref="fig:buffer">
+
                            <div style="float:left; width:100%">
                        <img class="ui huge centered image"
+
                                <figure data-ref="fig:buffer">
                            src="https://static.igem.org/mediawiki/2016/7/7a/T--Slovenia--5.5.6.png">
+
                                    <img class="ui huge centered image"
                        <figcaption><b>$x_1$.</b> The output concentration of the logical function $x_1$ is shown with
+
                                        src="https://static.igem.org/mediawiki/2016/7/7a/T--Slovenia--5.5.6.png">
                            both possible
+
                                    <figcaption><b>$x_1$.</b>
                            inputs
+
                                        The output concentration of the logical function $x_1$
                            in the
+
                                        is shown
                            following order 0, 1.
+
                                        with
                        </figcaption>
+
                                        both possible
                    </figure>
+
                                        inputs
 +
                                        in the
 +
                                        following order 0, 1.
 +
                                    </figcaption>
 +
                                </figure>
 +
                            </div>
  
                    <figure data-ref="fig:nor">
+
                            <div style="float:left; width:100%">
                        <img class="ui huge centered image"
+
                                <figure data-ref="fig:nor">
                            src="https://static.igem.org/mediawiki/2016/2/27/T--Slovenia--5.5.7.png">
+
                                    <img
                        <figcaption><b>$x_1$ NOR $x_2$.</b> The output concentration of the logical function $x_1$ NOR
+
                                            src="https://static.igem.org/mediawiki/2016/2/27/T--Slovenia--5.5.7.png">
                            $x_2$ is shown
+
                                    <figcaption><b>$x_1$ NOR $x_2$.</b>
                            with
+
                                        The output concentration of the logical function $x_1$
                            all
+
                                        NOR
                            four
+
                                        $x_2$ is shown
                            possible inputs in the following order (0,0), (0,1), (1,0), (1,1).
+
                                        with
                        </figcaption>
+
                                        all
                    </figure>
+
                                        four
 +
                                        possible inputs in the following order (0,0), (0,1), (1,0), (1,1).
 +
                                    </figcaption>
 +
                                </figure>
 +
                            </div>
  
                    <figure data-ref="fig:imply">
+
                            <div style="float:left; width:100%">
                        <img class="ui huge centered image"
+
                                <figure data-ref="fig:imply">
                            src="https://static.igem.org/mediawiki/2016/0/06/T--Slovenia--5.5.8.png">
+
                                    <img
                        <figcaption><b>$x_2$ imply $x_1$.</b> The output concentration of the logical function $x_2$
+
                                            src="https://static.igem.org/mediawiki/2016/0/06/T--Slovenia--5.5.8.png">
                            imply $x_1$ is
+
                                    <figcaption><b>$x_2$ imply $x_1$.</b>
                            shown
+
                                        The output concentration of the logical function $x_2$
                            with all
+
                                        imply $x_1$ is
                            four
+
                                        shown
                            possible inputs in the following order (0,0), (0,1), (1,0), (1,1).
+
                                        with all
                        </figcaption>
+
                                        four
                    </figure>
+
                                        possible inputs in the following order (0,0), (0,1), (1,0), (1,1).
 +
                                    </figcaption>
 +
                                </figure>
 +
                            </div>
  
                    <figure data-ref="fig:nimply">
+
                            <div style="float:left; width:100%">
                        <img class="ui huge centered image"
+
                                <figure data-ref="fig:nimply">
                            src="https://static.igem.org/mediawiki/2016/1/11/T--Slovenia--5.5.9.png">
+
                                    <img
                        <figcaption><b>$x_1$ nimply $x_2$.</b> The output concentration of the logical function $x_1$
+
                                            src="https://static.igem.org/mediawiki/2016/1/11/T--Slovenia--5.5.9.png">
                            nimply $x_2$ is
+
                                    <figcaption><b>$x_1$ nimply $x_2$.</b>
                            shown
+
                                        The output concentration of the logical function
                            with
+
                                        $x_1$
                            all four possible inputs in the following order (0,0), (0,1), (1,0), (1,1).
+
                                        nimply $x_2$ is
                        </figcaption>
+
                                        shown
                    </figure>
+
                                        with
 +
                                        all four possible inputs in the following order (0,0), (0,1), (1,0), (1,1).
 +
                                    </figcaption>
 +
                                </figure>
 +
                            </div>
  
                    <p>
+
                            <p>
                        Our system also allows us to shorten the lifetime of the output signal without significantly
+
                                Our system also allows us to shorten the lifetime of the output signal without
                        reducing its
+
                                significantly
                        concentrations, by adding degradation tags to the output protein. The high output times achieved
+
                                reducing its
                        can even be
+
                                concentrations by adding degradation tags to the output protein. The high output times
                        similar
+
                                achieved
                        to
+
                                can even be
                        the input light induction time of 1 minute. These two characteristics can importantly influence
+
                                similar
                        several
+
                                to
                        sequential
+
                                the input light induction time of 1 minute. These two characteristics can importantly
                        induction of logic gates and the further development of several layered logic circuits.
+
                                influence
                    </p>
+
                                several
 
+
                                sequential
                    <figure data-ref="fig:reducedtime">
+
                                induction of logic gates and the further development of several layered logic circuits.
                        <img class="ui huge centered image"
+
                            </p>
                            src="https://static.igem.org/mediawiki/2016/0/08/T--Slovenia--5.5.10.png"
+
                            <div style="width:60%">
                        >
+
                                <figure data-ref="fig:reducedtime">
                        <figcaption>Shortened output time due to the addition of degradation tags to the output
+
                                    <img src="https://static.igem.org/mediawiki/2016/0/08/T--Slovenia--5.5.10.png"
                            protein.
+
                                    >
                        </figcaption>
+
                                    <figcaption>Shortened output time due to the addition of
                    </figure>
+
                                        degradation tags to the output
 +
                                        protein.
 +
                                    </figcaption>
 +
                                </figure>
 +
                            </div>
 +
                        </div>
 +
                    </div>
 +
                    <h3 class="ui left dividing header"><span id="ref-title" class="section colorize">&nbsp;</span>References
 +
                    </h3>
 +
                    <div class="ui segment citing" id="references"></div>
 
                 </div>
 
                 </div>
 
             </div>
 
             </div>
 
         </div>
 
         </div>
 
     </div>
 
     </div>
 +
</div>
 +
<div>
 +
    <a href="//igem.org/Main_Page">
 +
        <img border="0" alt="iGEM" src="//2016.igem.org/wiki/images/8/84/T--Slovenia--logo_250x250.png" width="5%"
 +
            style="position: fixed; bottom:0; right:1%;">
 +
    </a>
 
</div>
 
</div>
 
</body>
 
</body>
 
</html>
 
</html>

Latest revision as of 17:49, 19 October 2016

Model Logic

  Modeling logic gates

  • Fourteen coiled-coil-based logic operations were designed and modeled in order to function in vivo.
  • Fast response was obtained upon reconstitution of light inducible proteases used as input.

 

Engineering and designing biological circuits constitute a central core of synthetic biology. In the context of our iGEM project, one of the challenges was to create, tune and regulate novel pathways in living cells using a fast-relay system. The toolset of orthogonal proteases that we developed worked as input for logic function in mammalian cells. Therefore, here we propose schemes for implementation of all 14 non-trivial two input binary logic functions based on a protein-protein interaction (coiled coil) and proteolysis system in cells (fig:logicfunctions). Designed logic gates based on protein-protein interaction are expected to have a shorter time delay compared to their analogues based on transcription activation Gaber:2014, Kiani:2014 .

Scheme of all non-trivial two input logic functions.

Implementation of all 14 two input non-trivial logic operations based on the proteolysis and coiled coil displacement. Note that in addition to the previously publishes coiled coil-based protease sensor Shekhawat2009 we introduce an additional site for the proteolytic cleavage which enables implementation of all logic functions in a single layer.

The main post-translational modification on which signaling and information processing systems are based is protein phosphorylation, which enables reversibility and fast response. Proteolysis is on the other hand irreversible, which imposes some limitations with respect to phosphorylation. However for many applications fast activation is most important, while the time to reset the system in the resting state is of secondary importance.

Our protein-based system is designed in such a way that it works through coiled coil interactions, where each coiled coil in the system is either free or bound to its partner depending on the proteolytic activity. Furthermore, the signal output is represented by reconstitution of a split protein (i.e. luciferase or protease), which is fused separately to different coiled coil segments. To prove the feasibility of this design, we simulated the system's behavior using deterministic modeling. The simulations were run in Wolfram Mathematica, using xCellerator's xlr8r libraries.

The designed binary logic gates can be divided into 5 subgroups, based on the position of the protease cleavage sites:

  • a) cleavage site between coiled coils: conjunction, disjunction and both projection functions;
  • b) cleavage site between the coiled coil and split protease: logical NAND, logical NOR and both negations;
  • c) cleavage sites between coiled coils as well as between the coiled coil and split protease in the same construct: material implication and converse implication;
  • d) cleavage sites between coiled coils as well as between the coiled coil and split protease in different constructs: exclusive disjunction, logical biconditional, material nonimplication and converse nonimplication;
  • e) no cleavage sites: tautology and contradiction.

For applications that require fast response (e.g. protein secretion), which are the purpose of our attempt, only falsity preserving gates are appropriate, as biological systems usually require fast activation and not fast deactivation. The following functions correspond to the desired condition: both projection functions, conjunction, disjunction, exclusive disjunction, material nonimplication, converse nonimplication and true.

Since the dynamics of both functions in subgroup e) is trivial, i.e. output is a constant, their modeling is omitted. We selected a single function from the other four subgroups, for which a mathematical model was established and analyzed. We selected the following functions $f_1(x_1, x_2) = x_1$ from subgroup a), $f_2(x_1, x_2) = \neg(x_1 \vee x_2)$ from b), $f_3(x_1, x_2) = x_2 \Rightarrow x_1$ from c) and $f_4(x_1, x_2) = \neg(x_1 \Rightarrow x_2)$ from d).

Inducible proteases were assumed as the two input variables for each function. The logical values true and false were in all the cases presented with high and low amounts of output proteins or input proteases, respectively. Where the output signal is presented with several different proteins, the sum of their concentrations was observed. The schemes of the assumed reactions included in the implementation of described logical functions are represented in fig:scheme_buffer , fig:scheme_nor , fig:schemes_imply and fig:schemes_nimply . All of them ignore the leakage due to the binding of the coiled coils before cleavage, which could be solved by setting the building elements with appropriate parameters as demonstrated in the experimental section on the CC-based logic design.

Scheme of the modeled function $f_1$. The output is represented with the emission of light induced by reconstitution of the split firefly luciferase reporter.
Scheme of the modeled function $f_2$. The output is represented with the emission of light induced by reconstitution of the split firefly luciferase reporter.
Scheme of the modeled function $f_3$. The output is represented with the emission of light induced by reconstitution of the split firefly luciferase reporter.
Scheme of the modeled function $f_4$. The output is represented with the emission of light induced by reconstitution of the split firefly luciferase reporter.

  Deterministic modeling

We have established the following ordinary differential equations (ODEs) based model:

Projection function $f_1$

\begin{align} v'(t) =& \alpha_2 - \delta_1 * v(t) - \sigma_1 * v(t) * u(t) * l(t) + \sigma_2 * p_1(t), \\ u'(t) =& \alpha_2 - \delta_1 * u(t) - \sigma_1 * v(t) * u(t) * l(t) + \sigma_2 * p_1'(t), \\ g'(t) =& \alpha_1- \delta_1 * g(t) - \tau * g(t) * p_1(t), \\ g_1'(t) =& -\delta_1 * g_1(t) + \gamma_2 * g_1g_2(t) + \beta_2 * g_1i(t) - \gamma_1 * g_1(t) * g_2(t) - \beta_1 * g_1(t) * i(t), \\ g_1g_2'(t) =& -\gamma_2 * g_1g_2(t) + \gamma_1 * g_1(t) * g_2(t) + \tau * g(t) * p_1(t), \\ g_1i'(t) =& -\delta_1 * g_1i(t) - \beta_2 * g_1i(t) + \beta_1 * g_1(t) * i(t), \\ g_2'(t) =& \gamma_2 * g_1g_2(t) - \delta_1 * g_2(t) - \gamma_1 * g_1(t) * g_2(t), \\ i'(t) =& \alpha_1+ \beta_2 * g_1i(t) - \delta_1 * i(t) - \beta_1 * g_1(t) * i(t),\\ p_1'(t) =& \sigma_1 * v(t) * u(t) * l(t) - \sigma_2 * p_1(t) \end{align}

Logical NOR $f_2$

\begin{align} c'(t) =& \alpha_1- \delta_1 * c(t) + \beta_2 * cd(t) - \beta_1 * c(t) * d(t) - \tau * c(t) * p_1(t), \\ c_1'(t) =& -\delta_1 * c_1(t) + \tau * c(t) * p_1(t) + \tau * cd(t) * p_1(t), \\ c_2'(t) =& -\delta_1 * c_2(t) + \tau * c(t) * p_1(t), \\ c_2d'(t) =& \tau * cd(t) * p_1(t), \\ cd'(t) =& -\delta_1 * cd(t) - \beta_2 * cd(t) + \beta_1 * c(t) * d(t) - \tau * cd(t) * p_1(t) - \tau * cd(t) * p_2(t), \\ cd_2'(t) =& \tau * cd(t) * p_2(t), \\ v'(t) =& \alpha_2 - \delta_1 * v(t) - \sigma_1 * v(t) * u(t) * l_1(t) + \sigma_2 * p_1(t), \\ w'(t) =& \alpha_2 - \delta_1 * w(t) - \sigma_1 * w(t) * z(t) * l_2(t)+ \sigma_2 * p_2(t), \\ u'(t) =& \alpha_2 - \delta_1 * u(t) - \sigma_1 * v(t) * u(t) * l_1(t) + \sigma_2 * p_1(t), \\ z'(t) =& \alpha_2 - \delta_1 * z(t) - \sigma_1 * w(t) * z(t) * l_2(t) + \sigma_2 * p_2(t), \\ d'(t) =& \alpha_1+ \beta_2 * cd(t) - \delta_1 * d(t) - \beta_1 * c(t) * d(t) - \tau * d(t) * p_2(t), \\ d_1'(t) =& -\delta_1 * d_1(t) + \tau * cd(t) * p_2(t) + \tau * d(t) * p_2(t), \\ d_2'(t) =& -\delta_1 * d_2(t) + \tau * d(t) * p_2(t), \\ p_1'(t) =& \sigma_1 * v(t) * u(t) * l_1(t) - \sigma_2 * p_1(t), \\ p_2'(t) =& \sigma_1 * w(t) * z(t) * l_2(t) - \sigma_2 * p_2(t) \end{align}

Converse implication $f_3$

\begin{align} b'(t) =& \alpha_1- \delta_1 * b(t) - \beta_1 * b(t) * k_1(t) + \beta_2 * k_1b(t), \\ v'(t) =& \alpha_2 - \delta_1 * v(t) - \sigma_1 * v(t) * u(t) * l_1(t) + \sigma_2 * p_1(t), \\ w'(t) =& \alpha_2 - \delta_1 * w(t) - \sigma_1 * w(t) * z(t) * l_2(t) + \sigma_2 * p_2(t), \\ u'(t) =& \alpha_2 - \delta_1 * u(t) - \sigma_1 * v(t) * u(t) * l_1(t) + \sigma_2 * p_1(t), \\ z'(t) =& \alpha_2 - \delta_1 * z(t) - \sigma_1 * w(t) * z(t) * l_2(t) + \sigma_2 * p_2(t), \\ k'(t) =& \alpha_1- \delta_1 * k(t) - \tau * k(t) * p_1(t) - \tau * k(t) * p_2(t), \\ k_1'(t) =& -\delta_1 * k_1(t) - \beta_1 * b(t) * k_1(t) + \gamma_2 * k_{12}(t) + \\ & \gamma_2 * k_{123}(t) + \beta_2 * k_1b(t) - \gamma_1 * k_1(t) * k_2(t) - \gamma_1 * k_1(t) * k_{23}(t) \\ &+ \tau * k(t) * p_1(t) + \tau * k_1k_2(t) * p_1(t), \\ k_{12}'(t) =& -\delta_1 * k_{12}(t) - \gamma_2 * k_{12}(t) + \gamma_1 * k_1(t) * k_2(t), \\ k_{123}'(t) =& -\gamma_2 * k_{123}(t) + \gamma_1 * k_1(t) * k_{23}(t), \\ k_1b'(t) =& \beta_1 * b(t) * k_1(t) - \delta_1 * k_1b(t) - \beta_2 * k_1b(t), \\ k_1k_2'(t) =& -\tau * k_1k_2(t) * p_1(t) + \tau * k(t) * p_2(t), \\ k_2'(t) =& \gamma_2 * k_{12}(t) - \delta_1 * k_2(t) - \gamma_1 * k_1(t) * k_2(t) + \tau * k_1k_2(t) * p_1(t) + \tau * k_{23}(t) * p_2(t), \\ k_{23}'(t) =& \gamma_2 * k_{123}(t) - \delta_1 * k_{23}(t) - \gamma_1 * k_1(t) * k_{23}(t) + \tau * k(t) * p_1(t) - \tau * k_{23}(t) * p_2(t), \\ k_3'(t) =& -\delta_1 * k_3(t) + \tau * k(t) * p_2(t) + \tau * k_{23}(t) * p_2(t), \\ p_1'(t) =& \sigma_1 * v(t) * u(t) * l_1(t) - \sigma_2 * p_1(t), \\ p_2'(t) =& \sigma_1 * w(t) * z(t) * l_2(t) - \sigma_2 * p_2(t) \end{align}

Mathematical nonimplication $f_4$

\begin{align} v'(t) =& \alpha_2 - \delta_1 * v(t) - \sigma_1 * v(t) * u(t) * l_1(t) + \sigma_2 * p_1(t), \\ w'(t) =& \alpha_2 - \delta_1 * w(t) - \sigma_1 * w(t) * z(t) * l_2(t) + \sigma_2 * p_2(t), \\ u'(t) =& \alpha_2 - \delta_1 * u(t) - \sigma_1 * v(t) * u(t) * l_1(t) + \sigma_2 * p_1(t), \\ z'(t) =& \alpha_2 - \delta_1 * z(t) - \sigma_1 * w(t) * z(t) * l_2(t) + \sigma_2 * p_2(t), \\ d'(t) =& \alpha_1- \delta_1 * d(t) - \beta_1 * d(t) * g_1(t) + \beta_2 * g_1d(t) - \tau * d(t) * p_2(t), \\ d_1'(t) =& -\delta_1 * d_1(t) - \gamma_1 * d_1(t) * g_1(t) + \gamma_2 * g_1d_1(t) + \tau * d(t) * p_2(t), \\ d_2'(t) =& -\delta_1 * d_2(t) + \tau * d(t) * p_2(t) + \tau * g_1d(t) * p_2(t), \\ g'(t) =& \alpha_1- \delta_1 * g(t) - \tau * g(t) * p_1(t), \\ g_1'(t) =& -\delta_1 * g_1(t) - \beta_1 * d(t) * g_1(t) - \gamma_1 * d_1(t) * g_1(t) \\ & + \beta_2 * g_1d(t) + \gamma_2 * g_1d_1(t) + \gamma_2 * g_1g_2(t) - \gamma_1 * g_1(t) * g_2(t), \\ g_1d'(t) =& \beta_1 * d(t) * g_1(t) - \delta_1 * g_1d(t) - \beta_2 * g_1d(t) - \tau * g_1d(t) * p_2(t), \\ g_1d_1'(t) =& \gamma_1 * d_1(t) * g_1(t) - \gamma_2 * g_1d_1(t) + \tau * g_1d(t) * p_2(t), \\ g_1g_2'(t) =& -\gamma_2 * g_1g_2(t) + \gamma_1 * g_1(t) * g_2(t) + \tau * g(t) * p_1(t), \\ g_2'(t) =& \gamma_2 * g_1g_2(t) - \delta_1 * g_2(t) - \gamma_1 * g_1(t) * g_2(t), \\ p_1'(t) =& \sigma_1 * v(t) * u(t) * l_1(t) - \sigma_2 * p_1(t), \\ p_2'(t) =& \sigma_1 * w(t) * z(t) * l_2(t) - \sigma_2 * p_2(t) \end{align}

The function of light presence, denoted with $l(t)$, $l_1(t)$ or $l_2(t)$, is a piecewise function which equals 1 if the light is present and 0 otherwise. Functions $p_1$, $p_2$, $g$, $g_1$, $g_1d$, $g_1d_1$, $g_1g_2$, $g_1i$, $g_2$, $c$, $c_1$, $c_2$, $c_2d$, $cd$, $cd_2$, $w$, $z$, $d$, $d_1$, $d_2$, $k$, $k_1$, $k_{12}$, $k_{123}$, $k_1b$, $k_1k_2$, $k_2$, $k_{23}$, $k_3$, $i$, $b$, $k$, $v$, $u$, $w$, $z$ present concentrations of the equally labelled proteins. The constants used for the model are described in tab:refs .

Description Name Rate Reference
protein production rate $\alpha$ 3.5 * 20$^{-2}$ nMs$^{-1}$ Mariani:2010, Alon:2006
light inducible split protease production rate $\alpha_2$ 7 * 10$^{-1}$ nMs$^{-1}$ protein:protease DNA ratio is 1:20
protein degradation rate $\delta_1$ Log[2] / (3600 * 9) $s^{-1}$ Eden:2011
light inducible split protease dissociation rate $\sigma_2$ Log[2] / (60 * 5.5) s$^{-1}$ Taslimi:2016
light inducible split protease association rate $\sigma_1$ 1 nM$^{-1}$ s$^{-1}$ Alon:2006
protease cleavage rate $\tau$ 1.2 * 10$^-6$ nM$^-1$ s$^{-1}$ Yi:2013
stronger coiled coils association rate $\beta_1$ 3.17 * 10$^{-3}$ nM$^{-1}$ s$^{-1}$ DeCrescenzo:2003
stronger coiled coils dissociation rate $\beta_2$ 2 * 10$^{-4}$ s$^{-1}$ DeCrescenzo:2003
weaker coiled coils association rate $\gamma_1$ 7.3 * 10$^{-6}$ nM$^{-1}$ s$^{-1}$ DeCrescenzo:2003
weaker coiled coils dissociation rate $\gamma_2$ 1.67 * 10$^{-1}$ s$^{-1}$ DeCrescenzo:2003
time of light exposure / 60 s estimated from experimental results

  Results

We simulated the dynamics of established logic gates with the numerical integration of their mathematical models described in the previous paragraphs. The results of our simulations are shown in fig:buffer , fig:nor , fig:imply and fig:nimply . They confirm our assumption that all four types of logic functions offer shorter delay compared to their equivalents based on genetic regulatory networks. The rise and fall times of our gates are simulated to be at around 70 seconds compared to hours that transcription regulation circuits usually require.

$x_1$. The output concentration of the logical function $x_1$ is shown with both possible inputs in the following order 0, 1.
$x_1$ NOR $x_2$. The output concentration of the logical function $x_1$ NOR $x_2$ is shown with all four possible inputs in the following order (0,0), (0,1), (1,0), (1,1).
$x_2$ imply $x_1$. The output concentration of the logical function $x_2$ imply $x_1$ is shown with all four possible inputs in the following order (0,0), (0,1), (1,0), (1,1).
$x_1$ nimply $x_2$. The output concentration of the logical function $x_1$ nimply $x_2$ is shown with all four possible inputs in the following order (0,0), (0,1), (1,0), (1,1).

Our system also allows us to shorten the lifetime of the output signal without significantly reducing its concentrations by adding degradation tags to the output protein. The high output times achieved can even be similar to the input light induction time of 1 minute. These two characteristics can importantly influence several sequential induction of logic gates and the further development of several layered logic circuits.

Shortened output time due to the addition of degradation tags to the output protein.

 References