Nalaganje ...
Projekti / Programi vir: ARIS

Teorija nematske nanokapljice in urejanje DNA, enkapsidirane v preprostih virusih

Raziskovalna dejavnost

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 
Ključne besede
polimerni nematik, DNK, nanokapljica, virus, variacija reda in gostote, defekti
Vrednotenje (pravilnik)
vir: COBISS
Raziskovalci (7)
št. Evidenčna št. Ime in priimek Razisk. področje Vloga Obdobje Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  08589  dr. Rudolf Podgornik  Fizika  Vodja  2011 - 2014  703 
2.  32151  dr. Dalija Povše Jesenek  Matematika  Raziskovalec  2014  33 
3.  32154  dr. Anže Rapoš Božič  Fizika  Mladi raziskovalec  2011 - 2013  63 
4.  17046  dr. Gregor Skačej  Fizika  Raziskovalec  2011 - 2014  106 
5.  19136  dr. Daniel Svenšek  Fizika  Raziskovalec  2011 - 2014  203 
6.  18142  dr. Andreja Šarlah  Fizika  Raziskovalec  2011 - 2012  95 
7.  21609  dr. Andrej Vilfan  Fizika  Raziskovalec  2011 - 2014  242 
Organizacije (2)
št. Evidenčna št. Razisk. organizacija Kraj Matična številka Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  0106  Institut "Jožef Stefan"  Ljubljana  5051606000  90.028 
2.  1554  Univerza v Ljubljani, Fakulteta za matematiko in fiziko  Ljubljana  1627007  33.811 
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
Zgodovina ogledov
Priljubljeno