The Spanning Tree Model and the Assembly Kinetics of RNA Viruses
单链（ss）RNA病毒在含有病毒RNA基因组分子和病毒衣壳蛋白的溶液中自发地自组装。空衣壳的自组装可以在自由能最小化的基础上理解。然而，在感染细胞的细胞质中完整病毒颗粒的自组装过程中，病毒基因组分子必须从大量非常相似的宿主信使RNA分子中选择，并且不知道这是否也可以通过自由能最小化来理解。我们使用最近提出的一个简单的数学模型来解决这个问题，该模型用于组装小ssRNA病毒（提交给PLOS Biocomputation）。我们提出了一个统计物理分析的模型的属性，发现一个效果动力学RNA选择机制与选择过程中发生的成核复合物的形成。令人惊讶的是，动力学选择性大大提高了适度水平的过饱和度和降低蛋白质与RNA的浓度比。该机制与Hopfield动力学校对方案有关。
2022-03-20 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Switchable Conformation in Protein Subunits: Unveiling Assembly Dynamics of Icosahedral Viruses
本文通过设计新型亚基并建立分子动力学模型，揭示了二十面体病毒衣壳沿基因组从无序片段到完美对称结构的组装路径，并结合小角X射线散射与冷冻电镜实验验证了RNA包装机制。
2024-08-30 cond-mat.soft physics.bio-ph
Energies and pressures in viruses: contribution of nonspecific electrostatic interactions
我们总结了一些方面的静电相互作用的背景下，病毒。一个简化的，但在明确定义的限制，可靠的方法是用来获得表达的静电能和相应的渗透压在单链RNA病毒和双链DNA噬菌体。这两种类型的病毒在它们的基因组电荷的空间分布上有很大的不同，这导致它们的自由能有本质的差异，这取决于衣壳的大小和总电荷以完全不同的方式。自由能的差异由病毒内部和外部浴液之间的渗透压的相应特征和变化来跟踪。
2011-08-30 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
Varieties of charge distributions in coat proteins of ssRNA+ viruses
正二十面体单链RNA（ssRNA+）病毒的组装和稳定性中涉及的相互作用的主要部分本质上是静电的，这可以从其组装相图的强$pH$和盐依赖性中推断出来。静电相互作用不仅在衣壳外壳蛋白（CP）之间起作用，而且经常对CP与基因组RNA的相互作用提供显著贡献，在很大程度上由CP的带正电荷的柔性N-末端尾部介导。在这项工作中，我们提供了两个明确和互补的定义的N-末端尾巴的蛋白质，并使用它们来提取大量的CP的ssRNA+病毒的尾部序列。我们研究了$pH$依赖的相互作用的尾部和CP的电荷一样，并表明-在CP上的电荷相反-N-尾部的净正电荷持续甚至非常基本的$pH$值。此外，我们注意到，当与不带电荷的尾部和相似衣壳大小的病毒相比时，利用带正电荷的尾部的那些病毒的野生型基因组的长度是有限的。与此同时，我们观察到N尾上的电荷与我们研究中所包括的病毒的基因组长度之间没有明确的联系。
2017-11-29 physics.bio-ph q-bio.BM
Influence of salt and viral protein charge distribution on encapsidation of single-stranded viral RNA molecules
我们研究的病毒组合物的限制，所设置的静电相互作用的病毒蛋白质，单链病毒RNA分子和单价盐离子在溶液中的电荷的影响。在病毒能量学的平均场模型中，我们证明了盐浓度对病毒组装的重要性。我们发现，在高浓度的一价盐溶液中，病毒RNA分子的糖苷化被抑制。这种效应在具有其电荷分布突出到衣壳内部的蛋白质的病毒中明显不太重要，导致这种病毒在具有高盐浓度的溶液中的稳定性增加。因此，衣壳蛋白臂上的正电荷的离域大大增加了高盐溶液中病毒组装的可靠性。
2008-06-01 physics.bio-ph
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
Measurements of the self-assembly kinetics of individual viral capsids around their RNA genome
病毒衣壳的形成是自组装的典型例子。病毒衣壳是围绕病毒基因组的高度有序的蛋白质外壳。许多正义RNA病毒的衣壳在体外由外壳蛋白和RNA的混合物自发组装而成。考虑到它们的结构复杂性，组装的适当衣壳的高产率是显着的：180个相同的蛋白质必须排列成三个不同的局部构型以形成三角形数为3（T = 3）的二十面体衣壳。尽管从结构研究和模拟中获得了大量数据，但即使是关于这些结构如何组装的最基本问题也仍未得到解决。实验还没有确定组装途径是否涉及聚集或成核，或者RNA如何控制这一过程。在这里，我们使用干涉散射显微镜直接观察在体外组装动力学的个别，未标记的衣壳的噬菌体MS2。通过测量从1 ms到900 s的时间尺度上有多少外壳蛋白与单个MS2 RNA链结合，我们发现组装的开始在时间上分布很广，随后结合蛋白的数量迅速增加。这些测量为成核和生长途径提供了强有力的证据。我们还发现，当第一个核生长完成之前，同一RNA上出现多个核时，畸形结构就会组装起来。我们的测量揭示了RNA周围病毒衣壳的复杂组装途径的定量细节，包括成核阈值，成核时间，生长时间和限制的临界核大小。这些结果可能为工程合成衣壳或破坏致病病毒组装的策略提供信息。
2018-08-09 cond-mat.soft physics.bio-ph
Viral RNA as a branched polymer
本章探讨如何通过平面图将病毒长 RNA 分子视为支化聚合物，揭示其特征性紧凑度，并展示如何结合聚合物物理学已知结果与额外相互作用来扩展该模型。
2023-03-27 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
An effective approach to reduce the penetration potential of Sars-Cov-2 and other viruses by spike protein: Through surface particle electrostatic charge negotiation
本文的目的是提供一个数学模型，以构建一个屏障，可能是有用的，以防止不同的病毒（例如）的渗透。SARS-COV-2）以及带电气溶胶通过静电电荷协商的概念。（相反类型电荷的融合和相似类型电荷的排斥）。在回顾了不同作者在不同实验条件下对不同气溶胶的电荷、表面电荷密度（σ）、电荷迁移率（μ）和静电势的研究的基础上，我们还对不同RNA和DNA病毒（包括SARS-COV-2）的S蛋白的供电子和受电子（供空穴）性质进行了类似的深入研究。根据不同尺寸粒子的电子输运特性，建立了不同尺寸粒子在不同静电场下的穿透电势数学模型。已经进行了深入的研究，以找出由于电子的表面发射（SEE）而产生的静电荷，当导电材料如丝绸，尼龙或羊毛与Gr IV元素如锗或硅摩擦时，它在外部导电表面和内部半导体表面中产生相反的电荷层，由介电材料隔开。这种相反的电荷势垒可以被认为是反型层（IL）。在Gr IV Ge之间的层中积累的静电荷足以融合或排斥RNA、DNA病毒（包括SARS-Cov-2（RNA病毒））或气溶胶的刺突蛋白的电荷。
2020-06-18 physics.bio-ph physics.med-ph
Monte Carlo simulation of SARS-CoV-2 radiation-induced inactivation for vaccine development
本研究使用Monte Carlo工具包Geant4-DNA模拟电离辐射对SARS-CoV-2的灭活，发现加速带电粒子相比gamma射线能减少包膜蛋白损伤，为疫苗开发提供新方法。
2021-01-08 physics.bio-ph q-bio.BM
Single virus fingerprinting by widefield interferometric defocus-enhanced mid-infrared photothermal microscopy
提出宽场干涉离焦增强中红外光热（WIDE-MIP）显微镜，实现单病毒的高通量指纹识别，揭示了病毒蛋白与核酸特征以区分DNA和RNA病毒。
2023-08-04 physics.bio-ph physics.optics
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
Effect of the charge distribution of virus coat proteins on the length of packaged RNAs
单链RNA病毒有效地将其基因组封装到称为衣壳的蛋白质外壳中。衣壳蛋白N-末端尾部的正电荷与带负电荷的基因组之间的静电相互作用被假定为病毒装配的主要驱动力。最近的实验结果表明，具有相同电荷数和相同长度的N端尾部包裹了不同数量的RNA，这表明单独的静电作用无法解释RNA自组装实验中观察到的所有结果。利用平均场论，我们表明，基因组构型熵和静电的组合效应可以在一定程度上解释包装的RNA与突变蛋白质的位置和尾部上的电荷数被改变的量。了解促成病毒组装的因素可以促进阻断病毒感染或构建用于基因治疗应用的衣壳的尝试。
2020-12-05 physics.bio-ph
Molecular dynamics characterization of the free and encapsidated RNA2 of CCMV with the oxRNA model
本文利用 oxRNA2 粗粒化分子动力学模拟和多尺度方法，系统表征了 CCMV RNA2 在自由折叠态与衣壳内构象差异，揭示衣壳内长程基序和假结的形成，并阐明 N 端尾部在衣壳静电建模中的关键作用。
2024-08-07 cond-mat.soft physics.bio-ph
The pH-dependent electrostatic interaction of a metal nanoparticle with the MS2 virus-like particles
金属纳米粒子与病毒的静电相互作用由于其抗病毒活性和在超低浓度下增强病毒检测的作用而引起了极大的兴趣。我们使用核-壳模型来模拟缺少单链RNA核心的MS 2病毒。在我们的相互作用模型中考虑了内外表面电荷密度对pH值的依赖性。改变pH值会导致外表面电荷的符号发生变化，从而在pH = 4时导致MS 2病毒和金属纳米颗粒之间的静电相互作用发生吸引-排斥转变。
2019-05-25 cond-mat.other cond-mat.soft physics.bio-ph
Stochastic Modeling and Simulation of Viral Evolution
RNA病毒包括大量密切相关但高度遗传多样性的实体，称为准种。了解这种极端多样性产生和维持的机制是在受感染宿主中接近病毒持久性和病理生物学的基础。本文通过基于多型分支过程理论的数学模型引入准种理论，以更好地理解病毒多样性、持久性和灭绝的机制。我们通过结合计算模拟和模型的理论分析来实现这种理解。为了进行模拟，我们已经将数学模型实现到能够运行模拟并以图形格式实时呈现结果的计算平台中。除其他外，我们表明，病毒种群的建立可能会显示四个不同的制度，从它引入新的主机，直到达到平衡或经历灭绝。此外，我们能够模拟不同的适应度分布，代表宿主内的不同环境，这些环境可能有利于或不利于病毒的成功。我们解决了最常用的机制来解释灭绝的RNA病毒种群称为致死突变和突变融化。我们能够证明这两种机制之间的对应关系，这意味着存在一个导致RNA病毒灭绝的统一原则。
2020-06-21 math.PR physics.bio-ph q-bio.PE
Effect of coat-protein concentration on the self-assembly of bacteriophage MS2 capsids around RNA
本文研究噬菌体MS2外壳蛋白浓度对RNA周围衣壳自组装的影响，发现随浓度升高产物从完整VLPs变为怪物颗粒和RNA-蛋白质凝聚体，并通过蒙特卡洛模拟揭示凝聚体形成机制，为VLPs设计提供规则。
2024-01-16 physics.bio-ph
Virus Assembly Pathways inside a Host Cell
简单的RNA病毒自发地自我组装，并将其基因组封装到称为衣壳的外壳中。该过程主要由衣壳蛋白上的正电荷和基因组上的负电荷之间的吸引静电相互作用驱动。尽管它的重要性和几十年的深入研究，病毒如何选择和包装其天然RNA在宿主细胞质的拥挤环境中，在大量的非病毒RNA和其他阴离子聚合物的存在下，仍然是一个谜。在本文中，我们进行了一系列的模拟，以监测病毒外壳的生长，并找到货物外壳蛋白相互作用可以影响病毒外壳的结构和稳定性的机制。我们表明，外壳蛋白亚基可以组装在一个球状核酸核心周围形成非二十面体笼，这是最近观察到的装配实验涉及小片段的RNA。我们发现，由此产生的笼应变，可以很容易地分裂成碎片沿应力线。这表明，如果较大的野生型基因组变得可用，尽管存在无数的非病毒RNA，这种亚稳态非二十面体中间体可以容易地重新组装成稳定的天然二十面体壳。
2022-02-20 physics.bio-ph
A generative model for bipartite gene-sharing networks
Centro de Astrobiología (CSIC-INTA)（天体生物学中心（西班牙国家研究委员会-国家航空航天技术研究所））；Grupo Interdisciplinar de Sistemas Complejos (GISC)（复杂系统跨学科小组）；Instituto de Biocomputación y Física de Sistemas Complejos (BIFI), Universidad de Zaragoza（萨拉戈萨大学生物计算与复杂物理研究所）；Universidad Carlos III de Madrid（马德里卡洛斯三世大学）；Computational Biology Branch, Division of Intramural Research, National Library of Medicine, National Institutes of Health（美国国立卫生研究院国立医学图书馆内部研究部计算生物学分支）；Department of Biodiversity and Evolutionary Biology, Museo Nacional de Ciencias Naturales (CSIC)（西班牙国家研究委员会国家自然科学博物馆生物多样性与进化生物学系）
本文提出一个生成模型，解释双部基因共享网络中基因和基因组的度分布特征，通过水平基因转移等进化过程，揭示基因获得对病毒进化主导作用。
2026-04-15 physics.bio-ph q-bio.PE
