The role of packaging sites in efficient and specific virus assembly
在许多单链RNA病毒（包括许多人类病原体）的生命周期中，一种称为衣壳的蛋白质外壳自发地组装在病毒基因组周围。了解衣壳蛋白在不同宿主RNA中选择性地围绕病毒RNA组装的机制是病毒学中的一个关键问题。在一种提出的机制中，基因组RNA内的序列元件（包装位点）通过与衣壳蛋白的特异性相互作用促进快速有效的组装。在这项工作中，我们开发了一个粗粒度的粒子为基础的计算模型的衣壳蛋白和RNA，代表蛋白质-RNA相互作用所产生的非特异性静电和特定的包装网站的相互作用。使用布朗动力学模拟，我们探讨了组装的效率和特异性如何取决于溶液条件（控制蛋白质-蛋白质和非特异性蛋白质-RNA相互作用）以及包装位点的强度和数量。我们确定不同的区域在参数空间中，包装网站导致高度特异性的组装通过不同的机制，和其他包装网站导致动力学陷阱。我们将这些计算预测与特异性的体外测定相关，其中同源病毒RNA与非同源RNA竞争衣壳蛋白组装。
2015-02-17 cond-mat.soft q-bio.BM
Structural transitions and energy landscape for Cowpea Chlorotic Mottle Virus capsid mechanics from nanomanipulation in vitro and in silico
植物和动物病毒衣壳的物理性质是衣壳自组装、病毒在细胞外环境中存活及其细胞感染性的重要因素。病毒壳可以在生物技术和医学中用作纳米容器和运载工具。结合原子力显微镜实验和亚秒时间尺度的豇豆褪绿斑驳病毒（CCMV）衣壳的压痕纳米力学的计算建模表明，衣壳的物理特性是动态的和局部的结构特征，这取决于机械输入的大小和几何形状。令人惊讶的是，在大变形下，CCMV衣壳转变为塌陷状态，而没有实质性的局部结构改变。在这种变形状态下的焓变dH = 11.5 - 12.8 MJ/mol主要是由于大幅度的面外激发，这有助于衣壳弯曲，并且熵变TdS = 5.1 - 5.8 MJ/mol主要是由于蛋白质链的相干面内重排，这导致衣壳硬化。这些模式的动态耦合定义了衣壳机械变形的弹性和可逆性的程度。这一新出现的图像阐明了蛋白质纳米壳独特的物理化学性质如何帮助定义它们的结构和形态，并决定它们的病毒的生物学功能。
2015-01-27 physics.bio-ph q-bio.BM
Modelling the Self-Assembly of Virus Capsids
我们使用计算机模拟来研究由Wales [1]首次提出的简单二十面体病毒衣壳结构的可逆和单分散自组装模型。组装的成功和效率作为热力学和几何因素的函数，可以定性地与组装系统的势能景观结构相关。即使该模型是强烈的粗粒度，它表现出一些功能，也观察到在实验中，如S形组装动力学，滞后衣壳形成和众多的动力学陷阱。我们还研究了大分子拥挤对组装动力学的影响。拥挤剂通常在非拥挤组装的最佳条件下降低衣壳产量，但可能在远离最佳的参数方案下增加产量。最后，我们将模型推广到一个更大的三角形数T = 3，并观察到更复杂的装配动力学比原来的T = 1模型。
2009-10-10 q-bio.BM
Electrostatics and the Assembly of an RNA Virus
静电相互作用在单链RNA病毒的组装中起着核心作用。在盐度和酸度的生理条件下，病毒衣壳组装需要与核心蛋白带相反电荷的基因组物质的存在。在本文中，我们应用基本的聚合物物理和统计力学方法的自组装的合成病毒类药物的通用的药物分子。我们发现，（i）的平均浓度的衣壳化的聚合物材料取决于表面电荷密度，半径的衣壳，和线性电荷密度的聚合物，但既不上的盐浓度或库恩长度，（ii）的总电荷的衣壳内部是相等的，但相反的空衣壳，一种形式的电荷反转。与天然病毒不同，合成病毒预计不会处于渗透膨胀压力下。自组装只产生填充衣壳的设计条件与衣壳表面电荷超过聚合物表面吸附的脱附阈值的条件一致。我们将我们的结果与合成和天然病毒的自组装研究进行比较。
2004-10-27 q-bio.BM q-bio.SC
Rapid prediction of crucial hotspot interactions for icosahedral viral capsid self-assembly by energy landscape atlasing validated by mutagenesis
二十面体病毒的感染性基因组由多尺度过程组装的外壳封装，从60个病毒衣壳或外壳蛋白（VP）单体的整数倍开始。我们预测和验证VP单体之间的原子间热点相互作用，这对于3种二十面体病毒衣壳的组装是重要的：腺相关病毒血清型2（AAV 2）和小鼠细小病毒（MVM），两种T=1单链DNA病毒，以及溴花叶病毒（BMV），一种T=3单链RNA病毒。通过文献中的体外定点诱变数据进行实验验证。我们结合从头算预测在两个规模：在接口规模，我们预测的重要性（关键性）的相互作用，成功的子组件之间的VP单体之间的每个接口;和在衣壳规模，我们预测的关键性接口成功的衣壳组装。在界面尺度上，我们通过去除相互作用时衣壳自由能景观配分函数的变化来测量关键性。配分函数计算使用接口子组件景观的地图集，通过新颖的几何方法和策划的开源软件EASAL（高效的装配景观地图集和搜索）快速生成。在衣壳规模下，衣壳成功组装的界面的关键性是基于组合熵。我们的研究从资源少，多尺度计算预测的关键热点原子间的相互作用，验证使用数据的定点诱变对衣壳组装的影响。通过可靠和快速地缩小目标相互作用（在配备英特尔酷睿i5- 2500 K 3.2Ghz CPU和8 GB RAM的笔记本电脑上，每个接口不超过1.5小时），我们的预测可以为耗时的体外和体内实验或计算密集型计算机分析提供信息并减少其时间。
2020-09-22 q-bio.BM
Statistical analysis of sizes and shapes of virus capsids and their resulting elastic properties
从对大约130个小二十面体病毒的大小的分析中，我们发现存在典型的结构衣壳蛋白，其具有5nm的平均直径和3nm的平均厚度，其中超过三分之二的所分析的衣壳蛋白具有2nm和4nm之间的厚度。为了研究除了相当保守的几何结构之外，衣壳蛋白是否在它们相互作用的方式上显示出相似性，我们详细检查了衣壳的形状。根据它们与球和二十面体的相似性以及它们之间的一组插值形状，我们对它们进行了数值分类，所有这些都是从壳体弹性理论中得到的。为了使一个理想化的，数值计算的形状的弹性壳和衣壳之间的唯一和直接的连接，我们设计了一个特殊的形状拟合程序，其结果是理想化的弹性形状拟合衣壳最好。使用这样的程序，我们进行了一系列的病毒形状的统计分析，我们发现，即使是非常不同的病毒的衣壳弹性特性之间的相似之处。正如我们在论文中所解释的，蛋白质大小和衣壳弹性特性的收敛有结构和功能上的原因。我们的工作提出了一个具体的定量方案，以估计不同蛋白质之间的相关性的基础上的细节（四级）形状，他们形成（衣壳）。因此，它可以提供与从其他类型的蛋白质相似性的研究中获得的信息互补的信息，例如结构元件的总体组成、折叠蛋白质骨架的拓扑结构和序列相似性。
2013-01-09 physics.bio-ph q-bio.BM
Nanoindentation of virus capsids in a molecular model
采用分子水平模型研究了豇豆褪绿斑驳病毒（CCMV）和豇豆花叶病毒（CPMV）空衣壳的机械反应。该模型基于构成衣壳的蛋白质的天然结构，并以C-α原子描述。大尖端的纳米压痕被建模为平行板之间的压缩。CCMV的压缩力与板分离的曲线图与连续模型和实验定性一致，显示了弹性区域，随后是力的不可逆下降。CPMV的机械响应尚未研究，但分子模型预测的一个数量级更高的刚度和更短的弹性区域比CCMV。这些大的变化是由小的结构变化引起的，这些结构变化只增加了30%的键数，并且很难在连续模型中捕捉到。连续介质和分子模型的局部变形的直接比较表明，分子模型经历了一个渐进的对称性破缺旋转和容纳更多的应变比连续介质模型的壁附近。在小的分离力的不可逆的下降与破裂几乎所有的衣壳蛋白质之间的键的分子模型，而在连续模型中观察到的屈曲过渡。
2010-03-17 q-bio.BM
Fluctuation Pressure Assisted Ejection of DNA From Bacteriophage
在模型计算中讨论了在紧密包装的DNA从蛋白质衣壳壳弹射之前，热压力波动的作用。在排出前的平衡状态下，我们假设DNA多次折叠成一束平行的片段，以最小的自由能形成平衡构象，紧紧地压在衣壳内壁上。使用一个典型的合奏温度T，我们计算内部压力波动对一个缓慢移动或静态的衣壳地幔的弹性连续模型的折叠DNA束。据发现，波动压力的衣壳内壁上的纵向声振动的束中的热激发可能有均方根值，这是几十个大气压的典型小噬菌体尺寸。比较与λ噬菌体具有不同的碱基对长度和总基因组喷射压力的三个突变体的测量数据。
2010-12-21 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Encapsulation of a polymer by an icosahedral virus
许多病毒的外壳蛋白自发地在核酸或其他聚合物周围形成二十面体衣壳。阐明包装的聚合物在衣壳形成中的作用可以促进生物医学工作，以阻止病毒复制，并使衣壳能够用于纳米材料应用。为此，我们执行布朗动力学的粗粒度模型，描述了二十面体衣壳组装周围的柔性聚合物的动力学。我们确定了几种机制，聚合物在其封装中发挥积极作用，包括合作的聚合物-蛋白质运动。这些机制与实验可控参数有关，如聚合物长度、蛋白质浓度和溶液条件。此外，模拟表明，组装机制与封装效率相关，我们提出了一个相图，预测组装结果作为实验参数的函数。我们预计，我们的模拟结果将提供一个框架，设计在体外组装实验的单链RNA病毒衣壳。
2010-09-20 q-bio.BM
Functional analysis of the N-terminal basic motif of a eukaryotic satellite RNA virus capsid protein in replication and packaging
病毒颗粒的有效复制和组装对于感染的建立是不可或缺的。除了衣壳蛋白（CP）在使RNA子代衣壳化中的主要作用外，正义单链RNA病毒的实验证据表明CP也调节RNA合成。在这里，我们证明了卫星烟草花叶病毒（STMV）的复制是由STMV CP和辅助病毒（HV）烟草花叶病毒（TMV）复制酶之间的协同相互作用控制的。我们确定STMV CP-HV复制酶相互作用需要在N-末端13个氨基酸（aa）基序中的第三位置（3R）处的带正电荷的残基。远西北印迹表明，STMV CP促进HV-复制酶和STMV RNA之间的结合。在N-末端13 aa基序中的位置3处具有精氨酸至丙氨酸取代的STMV CP变体废除了复制酶-CP结合。CP的N-末端13 aa基序携带位于5、7、10和11位的带正电荷残基的丙氨酸取代，在包装全长STMV时是有缺陷的，但可以包装缺少3'末端150 nt区域的截短的STMV RNA。这些发现提供了深入了解STMV复制和包装的调节机制。
2016-12-26 physics.bio-ph q-bio.BM
Role of dynamic capsomere supply for viral capsid self-assembly
许多病毒依靠其衣壳的自组装来保护和运输其基因组物质。对于许多病毒系统，特别是对于导致持续感染的人类病毒如乙型肝炎病毒、腺病毒或人类免疫缺陷病毒，衣壳在宿主细胞的细胞质中连续产生，而完成的衣壳离开细胞进行新一轮感染。在这里，我们使用粗粒度的布朗动力学模拟一个通用的补丁粒子模型来阐明空的T1二十面体病毒衣壳的可逆自组装的动态供应的壳粒的作用。我们发现，对于高速率的衣壳流入只有一个狭窄的范围内的键强度存在的连续衣壳生产的稳定状态是可能的。对于小于和大于该最佳值的键强度，反应体积分别被小的和大的中间体所拥挤。对于较低速率的衣壳流入，存在更宽范围的结合强度，建立了连续衣壳生产的稳定状态，尽管现在衣壳的生产速率较小。因此，我们的模拟表明，在体外条件下典型的病毒衣壳组装的最佳结合强度的重要性可以通过在细胞环境中的衣壳的动态流入而降低。
2015-01-31 physics.bio-ph q-bio.BM q-bio.SC
Dynamics of icosahedral viruses: what does Viral Tiling Theory teach us?
我们提出了一种自上而下的方法来研究二十面体病毒衣壳的动力学，其中每个蛋白质近似由一个点质量。虽然这代表了一个相当粗糙的粗粒化，我们认为，它突出了几个通用功能的振动光谱已被忽视到目前为止。我们还讨论了近似反转对称的后果以及病毒平铺理论在研究病毒衣壳振动中所起的作用。
2008-02-19 q-bio.BM
The effect of RNA stiffness on the self-assembly of virus particles
在许多体外条件下，一些小病毒自发地将单链（ss）RNA包裹到称为衣壳的蛋白质外壳中。虽然病毒RNA被发现是紧凑的和高度分支的，因为核苷酸之间的长距离碱基配对，最近的实验表明，在没有二级或更高级结构的ssRNA和病毒RNA之间的头对头竞争中，衣壳蛋白优先封装线性聚合物！本文研究了基因组刚性对RNA与衣壳蛋白复合物的解离自由能的影响。我们发现，由于碱基配对，有效链刚度的增加可能是在某些条件下线性链在支链上具有优势的原因，当涉及到双糖苷化效率。虽然分支使基因组更紧凑，但RNA碱基配对增加了RNA分子的有效库恩长度，这可能导致RNA限制的自由能增加，即RNA限制所需的功，从而降低包装效率。
2018-01-08 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Dynamics of Bacteriophage Genome Ejection In Vitro and In Vivo
噬菌体，简称噬菌体，是细菌的病毒。大多数的大肠杆菌含有双链DNA基因组，以约500 mg/ml的密度包装在衣壳中。这种高密度需要正常B型螺旋的大量压缩，导致推测成熟噬菌体病毒体中的DNA处于显著的压力下，并且该压力用于在感染期间排出DNA。围绕这一猜想的大量理论、计算机模拟和体外实验研究揭示了包装DNA的许多方面，尽管这些方面往往是孤立的和/或相互矛盾的。这促使我们提出一个统一的观点，统计物理和热力学的DNA包装在噬菌体衣壳。我们认为，在一个成熟的噬菌体中的DNA是在一个（Meta）稳定的状态，其中静电的自我排斥是平衡的曲率应力，由于限制在衣壳。我们表明，除了与包装的DNA及其抗衡离子的渗透压，有四个不同的压力在衣壳：压力的DNA，静水压力，压力经历的衣壳，和压力与DNA喷射的化学势。值得注意的是，我们分析了包装DNA中的力传递机制，并证明了DNA上的压力对弹射并不重要。我们推导出的方程显示了强大的流体静压差的衣壳壳。我们提出，当一个噬菌体在体外被触发通过与其受体的相互作用而弹出时，水分子进入噬菌体衣壳的（热力学）激励将DNA从衣壳中冲洗出来。在体内，细菌细胞质和培养基中的渗透压之间的差异类似地导致水流将DNA拖出衣壳并进入细菌细胞。
2010-12-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Modeling Viral Capsid Assembly
我提出了一个审查的理论和计算方法，已被用来模拟组装的病毒衣壳。我讨论的能力和局限性的方法，从平衡连续统理论的分子动力学模拟，我给了一些重要的结论概述病毒组装，从这些建模工作。主题包括空病毒壳的组装，围绕单链核酸组装形成病毒颗粒，以及围绕合成聚合物或纳米技术或生物医学应用的带电纳米颗粒组装。我提出了一些例子，其中建模的努力促进了实验的突破，以及方向，建模和实验之间的联系可以加强。
2013-01-08 cond-mat.soft q-bio.BM
Fluctuation Assisted Ejection of DNA From Bacteriophage
在一个模型计算中，讨论了热压力波动在紧密包装的DNA从蛋白质衣壳壳弹射中的作用。在排出前的平衡状态下，我们假设DNA多次折叠成一束平行的片段，以最小的自由能形成平衡构象，紧紧地压在衣壳内壁上。使用一个典型的合奏温度T，我们计算内部压力波动对一个缓慢移动或静态的衣壳地幔的弹性连续模型的折叠DNA束。据发现，波动压力的衣壳地幔从热激发的纵向声振动束可能有均方根值，这是几十个大气压的典型小噬菌体尺寸。
2010-09-17 cond-mat.mes-hall physics.bio-ph q-bio.BM
AAVDiff: Experimental Validation of Enhanced Viability and Diversity in Recombinant Adeno-Associated Virus (AAV) Capsids through Diffusion Generation
Hangzhou Carbonsilicon AI Technology Co., Ltd（杭州碳硅人工智能科技有限公司）；College of Pharmaceutical Science, Zhejiang University（浙江大学药学院）
提出端到端扩散模型AAVDiff生成rAAV衣壳序列，实验验证其活性与多样性，提升基因治疗载体特异性和转导效率。
2024-04-17 cs.AI cs.CE q-bio.BM
Uncertainty Quantified Computational Analysis of the Energetics of Virus Capsid Assembly
病毒衣壳的组装途径预测/分析中的大多数现有研究做出了简化的假设，即中间状态的构型可以直接从整个衣壳的最终构型中提取。这种解释没有考虑到组成蛋白的构象变化以及在整个组装过程中持续直到稳定化的结合界面的微小变化。本文提出了一种基于几何系综的方法，该方法为每个单体的构型空间和单体之间的相对局部取向提供了足够的样本，以捕获它们的结合和构象中的不确定性。此外，我们不使用较大的壳体（三聚体、五聚体）作为结构单元，而是允许所有可能的子组装体以所有可能的组合结合。我们用两种不同的方式表示这个组装图。首先，我们使用Wilcoxon符号秩测度来比较在采样构象上计算的结合自由能的分布，以预测可能的途径。第二，我们代表的化学平衡方面的过渡作为贝叶斯因子图，其中协会和解离的浓度和结合自由能的基础上建模。从这两个实验的结果表明显着偏离那些一个将获得如果只考虑蛋白质的静态配置。因此，我们建立了一个不确定性感知的途径分析协议的重要性，并提供了一个统计框架，作为重要的第一步组装途径预测具有高统计置信度。
2016-10-03 q-bio.BM q-bio.QM
Assembly Models for Papovaviridae based on Tiling Theory
病毒的一个重要组成部分是它的蛋白质外壳，称为病毒衣壳，它包裹并因此为病毒基因组提供保护。组装模型是为病毒衣壳开发的，该病毒衣壳由蛋白质构建块构建，该蛋白质构建块可以在衣壳中呈现不同的局部键合结构。这种情况发生在乳多空病毒科的病毒中，这种病毒与癌症有关，因此卫生部门特别感兴趣。更具体地，该家族中的（假）T=7颗粒的病毒衣壳由表现出两种不同类型的键合结构的五聚体组成。虽然这种情况不能用卡斯帕-克鲁格理论（Caspar-Klug Theory，1962）来描述，但可以通过平铺理论（Twarock，2004）来建模。后者用于编码组合结构中构件的局部结合环境，称为组装树，其是沿着Zlotnick的平衡方法推导乳多空病毒科组装模型的基本成分（Zlotnick 1994）。相空间形式主义的特点是在组装途径和中间体的变化所引发的关联能量特征之间的键在衣壳中的积木的变化。此外，组装途径和浓度的统计上占主导地位的组装中间体被确定。以猿猴病毒40为例进行了详细的讨论。
2005-08-22 q-bio.BM
Pathways for virus assembly around nucleic acids
了解病毒衣壳蛋白围绕其基因组组装的途径可以确定作为潜在药物靶点的关键中间体。在这项工作中，我们使用计算机模拟来表征组装在广泛的衣壳蛋白质相互作用强度和溶液离子强度。我们发现，组装途径可以分为两类，其中中间体是主要有序或无序。我们的研究结果表明，估计蛋白质-蛋白质和蛋白质-基因组结合亲和力可能足以预测哪种途径发生。此外，计算出的相图表明，知识的主导组装途径及其与控制参数的关系，可以确定最佳的策略，以阻止或重定向组装，以阻止感染。最后，模拟轨迹的分析表明，这两类组装途径可以区分在单分子荧光相关光谱或批量时间分辨小角度X射线散射实验。
2014-05-13 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Dynamics of DNA Ejection From Bacteriophage
DNA从细菌病毒（“噬菌体”）中喷射到其宿主细胞中是大分子链沿其长度穿过膜移位的生物学重要实例。这种运动最简单的机制是扩散，但在噬菌体排出的情况下，一个重要的驱动力来自病毒衣壳中DNA受到的高度应力。通过与宿主细胞质中的病毒DNA结合的蛋白质相关的棘轮力和熵力，进一步加速易位。我们制定了一个广义的扩散方程，包括这些各种推动和拉动的影响，并作出相应的速度在整个易位过程中的估计。衣壳中的应力是整个早期喷射的主导因素，由于结合颗粒的拉力在后期接管。还研究了限制效应，在噬菌体将其DNA注射到与衣壳大小相当的体积中的情况下。我们的研究结果表明，一系列的体外实验，涉及弹射的DNA到囊泡充满了不同量的结合蛋白的噬菌体，其状态的压力是由环境盐条件或通过调整基因组长度控制。
2005-07-14 q-bio.BM
How a Virus Circumvents Energy Barriers to Form Symmetric Shells
以往的自组装实验在一个二十面体的模式植物病毒已经表明，在生理条件下，衣壳蛋白最初结合到基因组，通过一个envelope机制，并形成一个无序状态的核蛋白复合物，这就提出了问题，病毒粒子是如何组装成一个高度有序的结构在宿主细胞。使用小角X射线散射，我们发现，在生理条件下，在衣壳蛋白浓度增加时，发生无序-有序过渡。我们的冷冻透射电子显微镜显示，即使在pH 7.5的封闭的球形壳含有体外转录的病毒RNA，与以前的观察结果形成鲜明对比。我们使用蒙特卡罗模拟来解释这种无序-有序的转变，并发现，随着壳的生长，无序的中间体的结构，其中五聚体的分布不属于二十面体的子群变得非常不利的能量，帽可以很容易地解离和重新组装，克服形成完美的二十面体壳的能量障碍。此外，我们监测的条件下，成核和生长的衣壳的生长是占主导地位的途径，并表明，在两个england和成核和生长途径的无序-有序转变的关键在于弹性能的强度相比，在系统中的其他力量，包括蛋白质-蛋白质相互作用和化学势的自由亚基。我们的发现至少部分解释了为什么具有二十面体有序结构的完美病毒体在不同的条件下形成，包括生理条件。
2020-03-30 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Mechanisms of viral capsid assembly around a polymer
许多病毒的衣壳围绕核酸或其他聚合物组装。了解包装聚合物的性质如何影响组装过程可以促进生物医学努力，以防止病毒组装或利用组装的纳米材料应用。为此，我们模拟的晶格上的动态组装封闭，中空的外壳组成的几百至1000个子单元，围绕一个灵活的聚合物。我们发现，在与衣壳的表面积成比例的最佳聚合物长度下，组装是最有效的;显著长于最佳聚合物通常导致具有未包装的聚合物“尾部”的部分衣壳或连接到单个聚合物的多个部分衣壳之间的竞争。这些预测可以用大量实验来测试，其中衣壳蛋白围绕均聚RNA或合成聚电解质组装。我们还发现，该聚合物可以增加净速率的亚基增长到一个不断增长的衣壳都通过稳定添加新的亚基，并通过提高传入通量的亚基;这些过程的影响可能是可区分的实验，监测个别衣壳的组装。
2010-02-21 q-bio.BM
Forces During Bacteriophage DNA Packaging and Ejection
结构生物学、溶液生物化学、遗传学和单分子生物物理学的结合为构建生物过程的定量模型提供了新的动力。这些实验技术的一个受益领域是病毒研究。在本文中，我们描述了如何从这些实验中获得的见解可以用来构建物理模型的过程中的病毒生命周期。我们专注于双链DNA噬菌体，并表明，DNA的弯曲弹性和其在溶液中的静电可以结合起来，以确定包装和弹出的病毒基因组过程中所经历的力。此外，我们定量分析了流体粘度和衣壳膨胀对包装过程中所经历的力的影响。最后，我们提出了一个模型，从噬菌体的DNA弹射的基础上的假设，即能量存储在紧密包装的基因组内的衣壳导致其有力的弹射。我们的模型的预测可以通过体外实验进行测试，在体外实验中，通过施加外部渗透压来抑制DNA喷射。
2004-06-10 q-bio.BM
Knotted DNA Configurations in Bacteriophage Capsids: A Liquid Crystal Theory Approach
针对噬菌体衣壳内DNA拓扑打结缺乏数学模型的问题，提出基于Oseen-Frank能量与Langevin系统随机扰动的新算法，成功生成并解释了DNA打结分布。
2025-09-12 cond-mat.soft q-bio.BM
Stochastic kinetics of viral capsid assembly based on detailed protein structures
我们提出了一个通用的计算框架，用于模拟病毒衣壳组装，这是定量和特异性的。从包含原子坐标的PDB文件开始，该算法基于图的刚性建立了蛋白质寡聚体的粗粒度描述。这些减少蛋白质的描述中使用的一个扩展的Gillespie算法调查的组装过程的随机动力学。从扩散Smoluchowski方程快速凝固，修改，以考虑水屏蔽和蛋白质结构的关联率。解离速率是通过将低聚物的分裂解释为类似于从多维井中逃逸的图形分区过程而得出的。这个模块化的框架是定量的，但计算上容易处理，有少量的物理参数。该方法说明使用两种不同的病毒被证明是遵循定量不同的组装途径。我们还展示了如何在这个模型中的准稳态动力学的组装可以被描述为一个马尔可夫级联过程中，只有少数中间体和一小部分的途径。所观察到的途径和中间体可以与衣壳寡聚物的结构和能量特性后验相关。
2006-10-28 q-bio.BM q-bio.QM
Role of osmotic and hydrostatic pressures in bacteriophage genome ejection
噬菌体生命周期中的一个关键步骤是将基因组弹射到宿主细菌中。\textit{in vitro}已经彻底研究了双链DNA双链体的排出过程，在细胞受体触发后，基因组排出到缓冲液中。实验数据已被解释为与基因组排出相关的致密DNA自由能的减少。在这里，我们详细介绍了一个简单的模型基因组喷射在噬菌体，细菌和缓冲液/培养基内的流体静压和渗透压。我们认为，与水从缓冲液运动到噬菌体衣壳和进一步排水到细菌细胞质中，由细菌细胞质和培养基之间的渗透梯度驱动的流体动力学流动，提供了一种替代机制，噬菌体基因组弹射\textit{in vivo} ;该机制是完全一致的噬菌体基因组弹射\textit{in vitro}。
2013-02-21 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
The effect of genome length on ejection forces in bacteriophage lambda
各种病毒将它们的遗传物质紧密地包装在蛋白质衣壳中，这些衣壳几乎不足以包裹基因组。特别是，在噬菌体中，在包装和弹出过程中会遇到高达60 pN的力，这是由DNA弯曲弹性和自相互作用产生的。据信高力对弹射过程很重要，但其参与程度尚不清楚。因此，需要定量模型和实验来揭示与DNA喷射相关的力的性质。在这里，我们报告的两个不同的突变体的噬菌体λ，λ b221cI26和λ cI60，基因组长度不同的约30%的喷射力的测量。正如预期的力驱动的喷射机制，DNA释放被完全抑制的渗透压随基因组长度而变化：我们发现抑制压力分别为15个大气压和25个大气压，这些值与我们的理论计算一致。
2005-05-21 q-bio.BM
Ion-dependent dynamics of DNA ejections for bacteriophage lambda
我们研究的控制参数，在体外噬菌体λ DNA喷射的动力学。过去的研究表明，噬菌体DNA是高度加压的;这种压力被假设有助于驱动DNA喷射。离子通过筛选DNA上的电荷来影响这一过程;然而，尚未进行盐浓度的系统变化来探索这些影响。为了研究驱动DNA喷射的力的性质，我们在体外进行了大量的DNA喷射测量，并在单噬菌体水平。我们目前的测量动力学的弹射和自排斥力驱动弹射。我们研究的离子浓度和身份在这两个测量中的作用，并表明，反离子的电荷是一个重要的控制参数。这些测量结果表明，作用于喷射DNA的摩擦力微妙地取决于衣壳中给定量DNA的离子浓度。我们还提出了证据表明，噬菌体DNA在弹射过程中形成循环，我们证实，这种效果发生使用光镊。我们推测这有助于细胞质中基因组的环化。
2010-03-01 q-bio.BM
Packaging stiff polymers in small containers: A molecular dynamics study
刚性聚合物如何能够包装成小容器的问题与病毒中DNA包装的研究特别相关。一个简化的版本的问题的基础上粗粒度表示的主要组成部分的系统-的DNA聚合物和球形病毒衣壳-已被研究的分子动力学模拟。结果，涉及较长的聚合物比在早期的工作，表明随着聚合物变得更加刚性有一个增加的趋势，自组织的线轴，从内到外，而不是相反的方向，以前看到的。在最终状态下，大部分聚合物被包装到一个或多个同轴线轴中，以不同的取向同心分层，这是一种无需扭曲聚合物即可实现的包装形式。
2016-09-23 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Twist dominates bending in the liquid crystal organization of bacteriophage DNA
本研究结合冷冻电镜、液晶建模与纽结理论，发现噬菌体P4中DNA液晶相的扭转弹性远强于弯曲弹性，且该结论经Langevin动力学模拟的纽结分布实验验证，揭示了弹性、拓扑与基因组组织的一致性。
2025-10-06 cond-mat.soft q-bio.BM
