Projekti / Programi
Teorija nematske nanokapljice in urejanje DNA, enkapsidirane v preprostih virusih
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.02.07 |
Naravoslovje |
Fizika |
Biofizika |
| Koda |
Veda |
Področje |
| B002 |
Biomedicinske vede |
Biofizika |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.03 |
Naravoslovne vede |
Fizika |
polimerni nematik, DNK, nanokapljica, virus, variacija reda in gostote, defekti
Raziskovalci (7)
Organizacije (2)
Povzetek
V okviru predlaganega projekta bomo raziskovali pakiranje nematskega polimera v togi ograditvi. Motivira nas predvsem pakiranje moelkule DNK v kapsidah virusov. Pakiranje DNK v preprostih virusih fizike čedalje bolj zanima, saj se zdi, da veliko proscesov, povezanih z vrivanjem DNK v bakteriofage, poteka po biološko nespecifičnih, fizikalnih mehanizmih. Kapsido virusa, ki je ponavadi bolj ali manj dekoriran ikozaeder, dobro predstavimo s togo kroglico. V naših študijah DNK opišemo kot nematski polimer, torej kontinuumsko, pri čemer upoštevamo orientacijsko elastičnost, efekte faznega urejanja in sklopitev med deformacijo orientacije in variacijami gostote, značilno za polimerni nematik. Naš pristop se tako bistveno razlikuje od komplementarnih, molekularne dinamike in teorije gostotnega funkcionala. Razvili bomo 3D orodje (solver) za reševanje parcialnih diferencialnih enačb hidrodinamike kompleksnih fluidov, ki ga bomo uporabili za študij dinamike pakiranja DNK in za ostale danes zelo »vroče« sisteme, kot so aktivni nematiki ter mikro in nanofluidika.
Pomen za razvoj znanosti
Predlagali smo spremembo zornega kota in ograjen nematski polimer, npr. DNK, analizirali s stališča koncepta nematskega urejanja ter zapisali Landau-de Gennesovo prosto energijo za polimerni nematik. Motivirani predvsem z nedavnimi eksperimenti s kondenziranimi stanji DNK znotraj kapsid bakteriofagov smo analizo ograjenega nematskega polimera posplošili v nekaj vidikih, med katerimi je najpomembnejši ta, da smo eksplicitno opisali kondenzacijski prehod. S tem se kondenzirana konfiguracija zgradi sama (brez nastavka) iz popolnoma naključnega začetnega stanja (zgolj termični šum). Izpeljali smo novi (tenzorski) ohranitveni zakon za nematske polimere, ki sklaplja gradiente nematskega ureditvenega tenzorja z variacijami gostote in komplementira vektorski ohranitveni zakon, ki je že uveljavljen. Treba je poudariti, da je ta zakon za makroskopski opis urejenih polimerov enako pomemben in fundamentalen kot kontinuitetna enačba za mehaniko tekočin. Zatorej pričakujemo, da bo pomembno razširil obzorje kontinuumskega opisa urejenih polimerov v splošnem. Vsi dosedanji makroskopski izračuni urejenih struktur temeljijo na vektorskem ohranitvenem zakonu. Kot smo pokazali, pa ga mora v določenih okoliščinah zamenjati tenzorski. Novi tenzorski ohranitveni zakon tako predstavlja močen odmik od v preteklosti obravnavanih vezi, ki jih zahteva polimerna narava nematogena, in bo fundamentalno spremenil pogled na povezavo med enostavnimi in polimernimi nematogeni. Zahteval bo ponoven razmislek o nekaterih obstoječih rezultatih, pri katerih nova vez ni bila upoštevana. Vpeljava koncepta dinamične odlikovane smeri predstavlja pomembno spremembo perspektive pri makroskopskem opisu aktivnih sistemov. Odmika se od dosedanjega opisa statičnega urejanja z dodatkom aktivnosti. Omogoča makroskopski opis dinamike orientacijsko urejenih sistemov, ki kažejo odlikovano smer le dinamično, makroskopsko ali celo mikroskopsko. Z vidika hidrodinamike in neravnovesne termodinamike vnaša sklopitve, ki v primeru statične odlikovane smeri simetrijsko niso možne, hkrati pa prinaša direktno sklopitev med orientacijskim urejanjem in transportom.
Pomen za razvoj Slovenije
V okviru projekta smo razvijali modele, teoretične koncepte, makroskopske teorije in numerične metode za opis orientacijskega urejanja kompleksnih tekočin v povezavi z dinamiko in hidrodinamiko. Pri tem sodelujemo z vodilnimi svetovnimi raziskovalci in skupinami s tega področja (Amherst, Bayreuth, Mainz, Paris, Bordeaux, Lund, Tel Aviv, Teheran, Erevan ...) S temi sodelovanji ohranjamo pretočnost in stik slovenske znanosti z mednarodnim vrhom. V Sloveniji sodelujemo z IJS, KI in več fakultetami vseh slovenskih univerz. Razviti koncepti prehajajo tudi v uporabo v pedagoške namene in popularizacijo raziskovalnega in študijskega področja. Člani projektne skupine smo bili tudi mentorji/somentorji pri doktorskih disertacijah, magistrskih in diplomskih delih. Rezultate raziskav objavljamo v najboljših mednarodnih znanstvenih revijah in jih predstavljamo na mednarodnih in domačih znanstvenih konferencah. S tem prispevamo k razpoznavnosti Slovenije in ohranjanju ter povečanju ugleda slovenske znanosti.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
