Projekti / Programi
Posplošeni ohranitveni zakon za polimerne nematike in ureditvena stanja nematskih biopolimerov
| 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 nematiki, biopolimeri, DNK, vektorski, tenzorski, posplošeni ohranitveni zakon, kontinuumski opis, mikroskopske simulacije, 3D numerika
Raziskovalci (10)
Organizacije (2)
Povzetek
Cilj raziskovalnega projekta je preveriti, interpretirati, razčleniti in posplošiti, teoretično in z mikroskopskimi simulacijami, naše nedavno dognanje – tenzorski ohranitveni zakon za nematske polimere, ter poiskati nove polimerne konfiguracije, ki mu zadoščajo, še posebej konfiguracije DNK v sferičnih ali ikozaedričnih ograditvah s trdimi stenami, s katerimi predstavljamo pakiranje DNK znotraj virusne ovojnice. Tenzorski ohranitveni zakon je nova makroskopska kontinuitetna enačba, ki izvira iz mikroskopske povezanosti polimerne verige in sklaplja gradiente ureditvenega tenzorja polimernega nematika z variacijami gostote polimera, analogno vektorski kontinuitetni enačbi za t.i. polimerni tok. Predstavlja temeljni napredek pri razumevanju urejanja gostih polimernih faz. Predlagane raziskave so odločilnega pomena za dejanski preboj novega posplošenega kontinuitetnega zakona za nematske polimere, katerega dve limiti bržkone predstavljata tenzorski in vektorski ohranitveni zakon.
Pomen za razvoj znanosti
Poleg temeljnega pomena za splošni kontinuumski opis urejenih polimerov je nova posplošena kontinuitetna enačba bistvena tudi za opis pakiranja DNK (ali drugih sintetičnih molekularnih polielektrolitskih transportirancev) inverznega navitja v ograditve na nanoskali, kot so proteinske ovojnice virusov, obočni organeli in polielektrolitske krogle. V tem kontekstu so predlagane raziskave relevantne tudi za širšo sliko samosestavljanja in rasti virusov, kakor tudi pakiranja molekularnega tovora za učinkovito dostavo. Konsistentna vključitev pregibov/prelomov verige skozi formalizem nove tenzorske kontinuitetne enačbe bo omogočila tudi analizo neurejenih, z defekti pogojenih konfiguracij DNK, za katere zaenkrat še nimamo ustrezne formalne podlage.
Predlagane raziskave so ključnega pomena za konsistentno implementacijo nove tenzorske kontinuitetne enačbe in predstavljajo temeljni napredek pri razumevanju urejanja gostih polimernih faz. Ta enačba predstavlja močen odmik od v preteklosti obravnavanih vezi, ki jih zahteva polimerna narava nematogena, in bo v temelju spremenila pogled na povezavo med enostavnimi in polimernimi nematogeni. Zahtevala bo ponoven razmislek o nekaterih obstoječih rezultatih, pri katerih nova vez ni bila upoštevana.
Poleg prej osvetljenega pomembnega vpliva na kontinuumski opis urejenih polimerov v splošnem bo posplošena kontinuitetna enačba uporabljena tudi na specifičnih strukturah. Predlagane bodo nove konfiguracije urejenih biopolimerov, predvsem konfiguracije DNK, pakirane v virusne proteinske ovojnice (posebej zanimiva bo primerjava z zvitimi toroidnimi konformacijami Petrova in Harveya [16]) ter konfiguracije samosestavljajoče zvojne arhitekture v kolagenskih gelih. Predvsem problem pakiranja DNK v ovojnicah bakteriofagov je fundamentalen za razumevanje procesa izrivanja in njegove energetike. Naš grobozrnat kontinuumski ravnovesni opis z dodano makroskopsko kontinuitetno enačbo bo odstrl nov pogled na možne konfiguracije in strukturne prehode DNK, ograjene z ovojnicami bakteriofagov, ter nam omogočil konsistentno upoštevanje vpliva konfiguracijskih defektov, kot so pregibi in prelomi verige, ki sledijo iz nedavno odkrite nelinearne elastičnosti DNK.
Predlagane raziskave, ki črtajo nove smernice na svojem področju, odlikuje konceptualna izvirnost, oblikovna eleganca in jasnost formulacije. Pomembno bodo prispevale k širitvi obzorja znanja in pričakovati je velik vpliv predvsem na področju fizikalne virologije, s pomembnimi praktičnimi posledicami, povezanimi s kontroliranjem in manipuliranjem procesa izrivanja DNK iz virusa. Velika znanstvena in družbeno-ekonomska odmevnost vodje projekta ter izkušnje in dosedanje objave projektne ekipe na tem področju govorijo v prid izvedljivosti in uspešnosti predlaganih raziskav.
Pomen za razvoj Slovenije
Specifični pomen predlaganih raziskav se kaže tudi na področju genske terapije, saj te raziskave osvetljujejo konfiguracije molekularnega tovora znotraj proteinskih ovojnic, ki jih lahko uporabljamo za dostavo in ciljanje genov. Vodja projekta že aktivno in uspešno sodeluje s korporacijo Lek-Sandoz v Sloveniji in s predlaganimi novimi raziskavami se bo njegova skupina še bolje povezala z ospredjem slovenske farmacevtske industrije. Potencialne nove smeri in tehnologije, ki bodo vzniknile s področja fizikalne virologije, bodo tako nemudoma zastopane tudi v slovenski temeljni in aplikativni znanosti.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Vmesno poročilo,
zaključno poročilo
