Multi-resolution Approaches to Modeling the 3D Structure, Delivery, and Replication of Viral Genomes

病毒基因组 3D 结构、传递和复制建模的多分辨率方法

基本信息

项目摘要

This project will develop computational approaches for quantitative studies of viral infection. At the core of these approaches is a multi-resolution description of nucleic acids and proteins that permits mixed-resolution simulations of very large biomolecular systems, accurate resolution switching from coarse to fine and vice versa, including a fully atomistic representation, and an explicit mechanism to account for biochemical transformations. Building on a recent multi-resolution model of DNA, the project will develop a computational method for determining the physical organization of viral genomes inside pressurized and self-assembled viral capsids. The method will be applied to resolve the structure of several packaged genomes at a resolution suitable for drug development applications. In parallel, a multi-resolution model of bacterial and eukaryotic cytoplasm will be developed to account for specific and nonspecific interactions of the cytoplasmic proteins with double-stranded DNA. The model will be applied to determine the spatial organization of double-stranded genomes ejected into cytoplasm and to evaluate the effect of the cytoplasm-like environment on the ejection process. The multi- resolution simulation framework will elucidate the microscopic factors governing genome ejection and the transport of an intact viral particle through a nuclear pore complex. Finally, the project will develop the first physical model of a viral genome replication, accounting for essential biochemical transformations and the effect of external forces on the reaction rates. The replication model will be used to determine how competition between DNA binding proteins of the host cell affect viral genome replication fidelity. The multi-resolution simulation methods developed through this program will be implemented in a GPU-accelerated code Atomic Resolution Brownian Dynamics. The methods and the code, along with all required documentation, examples and tutorials, will be made freely available to the research community to study a wide range of biophysical processes.
该项目将开发用于病毒感染定量研究的计算方法。这些的核心 方法是核酸和蛋白质的多分辨率描述,允许混合分辨率 非常大的生物分子系统的模拟,从粗略到精细的精确分辨率切换,反之亦然, 包括完全原子的表示,以及解释生化转化的明确机制。 该项目以最近的 DNA 多分辨率模型为基础,将开发一种计算方法 确定加压和自组装病毒衣壳内病毒基因组的物理组织。这 该方法将用于以适合药物的分辨率解析几个包装基因组的结构 开发应用程序。同时,细菌和真核细胞质的多分辨率模型将是 开发用于解释细胞质蛋白与双链的特异性和非特异性相互作用 脱氧核糖核酸。该模型将用于确定喷射到的双链基因组的空间组织。 细胞质并评估类细胞质环境对喷射过程的影响。多 分辨率模拟框架将阐明控制基因组喷射的微观因素和 通过核孔复合体运输完整的病毒颗粒。最后,该项目将开发第一个 病毒基因组复制的物理模型,解释了基本的生化转化及其影响 外力对反应速率的影响。复制模型将用于确定之间的竞争方式 宿主细胞的 DNA 结合蛋白影响病毒基因组复制保真度。多分辨率模拟 通过该计划开发的方法将在 GPU 加速的代码中实现原子分辨率 布朗动力学。方法和代码,以及所有必需的文档、示例和教程, 将免费提供给研究界以研究广泛的生物物理过程。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Single-molecule biophysics experiments in silico: Toward a physical model of a replisome.
单分子生物物理计算机实验:建立复制体的物理模型。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022-05-20
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.8
  • 作者:
    Maffeo, Christopher;Chou, Han;Aksimentiev, Aleksei
  • 通讯作者:
    Aksimentiev, Aleksei
Chiral Systems Made from DNA.
由 DNA 制成的手性系统。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2021-03
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Winogradoff, David;Li, Pin;Joshi, Himanshu;Quednau, Lauren;Maffeo, Christopher;Aksimentiev, Aleksei
  • 通讯作者:
    Aksimentiev, Aleksei
DNA sequence and methylation prescribe the inside-out conformational dynamics and bending energetics of DNA minicircles.
DNA 序列和甲基化规定了 DNA 小环由内而外的构象动力学和弯曲能量学。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2021-11-18
  • 期刊:
  • 影响因子:
    14.9
  • 作者:
    Yoo, Jejoong;Park, Sangwoo;Maffeo, Christopher;Ha, Taekjip;Aksimentiev, Aleksei
  • 通讯作者:
    Aksimentiev, Aleksei
{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Aleksei Aksimentiev其他文献

Aleksei Aksimentiev的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Aleksei Aksimentiev', 18)}}的其他基金

Asymmetric Single-Chain MspA nanopores for electroosmotic stretching and sequencing proteins
用于电渗拉伸和蛋白质测序的不对称单链 MspA 纳米孔
  • 批准号:
    10646810
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 29.28万
  • 项目类别:
Improving biological nanopores for precision nucleic acid sequencing using a computational microscope
使用计算显微镜改进生物纳米孔以进行精确核酸测序
  • 批准号:
    10664981
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 29.28万
  • 项目类别:
Improving biological nanopores for precision nucleic acid sequencing using a computational microscope
使用计算显微镜改进生物纳米孔以进行精确核酸测序
  • 批准号:
    10664981
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 29.28万
  • 项目类别:
Improving biological nanopores for precision nucleic acid sequencing using a computational microscope
使用计算显微镜改进生物纳米孔以进行精确核酸测序
  • 批准号:
    10414906
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 29.28万
  • 项目类别:
Improving biological nanopores for precision nucleic acid sequencing using a computational microscope
使用计算显微镜改进生物纳米孔以进行精确核酸测序
  • 批准号:
    10214806
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 29.28万
  • 项目类别:
Multi-resolution Approaches to Modeling the 3D Structure, Delivery, and Replication of Viral Genomes
病毒基因组 3D 结构、传递和复制建模的多分辨率方法
  • 批准号:
    10201674
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 29.28万
  • 项目类别:
Multi-resolution Approaches to Modeling the 3D Structure, Delivery, and Replication of Viral Genomes
病毒基因组 3D 结构、传递和复制建模的多分辨率方法
  • 批准号:
    10414908
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 29.28万
  • 项目类别:
Plasmonic nanopores for trapping, controlled motion and sequencing of DNA
用于 DNA 捕获、控制运动和测序的等离激元纳米孔
  • 批准号:
    8572877
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    $ 29.28万
  • 项目类别:
Plasmonic nanopores for trapping, controlled motion and sequencing of DNA
用于 DNA 捕获、受控运动和测序的等离激元纳米孔
  • 批准号:
    8728989
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    $ 29.28万
  • 项目类别:
Plasmonic nanopores for trapping, controlled motion and sequencing of DNA
用于 DNA 捕获、控制运动和测序的等离激元纳米孔
  • 批准号:
    9128456
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    $ 29.28万
  • 项目类别:

相似国自然基金

基于增广拉格朗日函数的加速分裂算法及其应用研究
  • 批准号:
    12371300
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    43.5 万元
  • 项目类别:
    面上项目
肠菌源性丁酸上调IL-22促进肠干细胞增殖加速放射性肠损伤修复的机制研究
  • 批准号:
    82304065
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
基于肌红蛋白构象及其氧化还原体系探究tt-DDE加速生鲜牛肉肉色劣变的分子机制
  • 批准号:
    32372384
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于联邦学习自动超参调整的数据流通赋能加速研究
  • 批准号:
    62302265
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
M2 TAMs分泌的OGT通过促进糖酵解过程加速肝细胞癌恶性生物学行为的机制研究
  • 批准号:
    82360529
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    32 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目

相似海外基金

Novel MRI coil technology for safe imaging of children with implants
新型 MRI 线圈技术可对植入儿童进行安全成像
  • 批准号:
    10639661
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 29.28万
  • 项目类别:
Dissecting the drivers of persistent SARS-CoV-2 infections
剖析 SARS-CoV-2 持续感染的驱动因素
  • 批准号:
    10736007
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 29.28万
  • 项目类别:
Determining the Efficacy of Corneal Cross-Linking Protocols using Brillouin Microscopy
使用布里渊显微镜确定角膜交联方案的功效
  • 批准号:
    10642876
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 29.28万
  • 项目类别:
Development of the UValidate platform for the profiling of topically applied chemical agents.
开发 UValidate 平台,用于分析局部应用的化学制剂。
  • 批准号:
    10707098
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 29.28万
  • 项目类别:
PROTEAN-CR: Proteomics Toolkit for Ensemble Analysis in Cancer Research
PROTEAN-CR:用于癌症研究中整体分析的蛋白质组学工具包
  • 批准号:
    10615697
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 29.28万
  • 项目类别:
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了