病毒DNA在受限空間中的多區域有序性研究獲進展

2020-12-01 中國科學院

　　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，使細絲傾向於保持直線；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複雜行為。當細絲的密度很高時，它在球殼內的最優結構是一種複雜排布的、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之間複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，有助於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》雜誌上。物理所研究員Jure Dobnika為該論文的通訊作者。這項研究得到國家自然科學基金委的支持。

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