中國科學院物理研究所
北京凝聚態物理國家研究中心
SM9組供稿
第27期
2020年04月17日
病毒DNA在受限空間中的多區域有序性

  病毒,有著各種各樣的形狀和大小,既有極其微小的二十面體鼻病毒(如普通流感病毒),也有較大尺寸的磚型正痘病毒(如天花)。然而,DNA是以怎樣的形態和方式堆積在病毒內部的,仍舊是一個具有爭議的問題。最近,中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心的研究人員在《物理評論快報》上發表了一篇文章,通過理論分析和數值模擬,解答了這一病毒DNA的堆積問題。
  文章的作者把DNA在病毒內的堆積問題簡化為一根被限制在球殼內的彈性細絲。這一模型中存在著三種互相競爭的作用:第一,細絲的彈性作用,使細絲傾向于保持直線;第二,體積排除作用,避免了細絲與自身發生重疊;第三,球殼對細絲的限制作用,與前兩種作用相競爭。作者們發現,如此簡單的模型卻產生出驚人的復雜行為。當細絲的密度很高時,它在球殼內的最優結構是一種復雜排布的、可以被區分成多個區域的有序交織環(如圖所示),而不是早前工作中提出的單個“甜甜圈”型結構。

  染色質的結構也會出現多區域有序性,其中蛋白質與DNA之間復雜的相互作用能夠驅動DNA的分離。目前這一工作表明即使在沒有特定結構束縛的情況下,DNA的多區域有序性仍可以出現在更簡單與更微小的系統中。當然,如果要精確地預測DNA在病毒中的堆積形態,則需要進一步考慮DNA與病毒外殼之間、以及DNA分子內部所具有的特定相互作用。這項研究成果為DNA在病毒內部的堆積形態提出了全新見解,有助于人們進一步揭示其中蘊含的重要物理機制。
  該工作以‘’Spontaneous Domain Formation in Spherically-Confined Elastic Filaments‘’為題,發表在《物理評論快報》雜志上。物理所研究員Jure Dobnika為該論文的通訊作者。這項研究得到了國家自然科學基金委的支持。
  文章鏈接:
  Tine Curk, James D. Farrell, Jure Dobnikar, Rudi Podgornik, Spontaneous Domain Formation in Spherically-Confined Elastic Filaments, Phys. Rev. Lett. 123, 047801 (2019).
  https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.123.047801