Aleksei Aksimentiev

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教育

• 博士化学，物理化学研究所波兰科学院，1999年

传

Aksimentiev教授在1999年在伊万·弗兰科·利维夫州立大学（Ivan Franko Lviv State University）在他的祖国乌克兰（Ukraine）在1996年在波兰华沙的物理化学研究所获得了化学博士学位。

从1999年至2001年，他在日本东京的Mitsui Chemicals材料科学实验室研发中心接受了博士后培训，当时他加入了伊利诺伊大学的理论和计算生物物理学小组，担任博士后研究助理。他于2005年接受了伊利诺伊州物理学助理教授的职位

研究声明

想象一下，将几千枚大理石组装成能够将电场能量转换为机械扭矩效率接近100％的机械扭矩并持续一千万个循环的机器。尽管大理石不是原子，但大自然确实做到了，将碳，氧气，氮和氢原子组装成显着的纳米机器。尽管大自然花费了数十亿年的原始污垢，将原始污垢转化为动力活细胞的分子电动机，但包含当今生物机器的原子与共同的无机化合物中的原子没有什么不同，它们遵守了相同的物理定律，这些定律可以使机器的物理学定律惊人的属性。了解生物纳米机器的显着功能如何来自其原子的空间布置，并利用这些知识来设计其生物学对应物进行超过的合成系统，这是该小组研究计划的重点。

单分子检测和操纵的纳米孔系统
在过去的几年中，稀薄的生物学和合成膜中的纳米孔已成为一种用于检测和操纵单个生物分子的多功能新研究工具。在典型的设置中，电场用于通过纳米孔驱动生物分子，产生可以鉴定转运分子化学构成的电信号。最近的实验研究表明，纳米孔系统对DNA分子的高通量实时测序的巨大潜力。广泛的实验努力是针对改善测序保真度的，这涉及基于石墨烯膜的合成纳米孔传感器的设计和制造。计算机建模，尤其是全原子MD模拟，已成为纳米级生物医学传感器开发中的值得信赖的合作伙伴，使人们可以可视化和量化生物分子与合成材料之间相互作用的纳米级细节。在纳米孔测序技术的开发中，该组允许可视化纳米孔易位过程以及用于测序DNA（例如离子电流）的信号的预测。该领域的最新研究项目的例子包括通过石墨烯纳米孔进行DNA传输的模拟，工程为实时和超低成本的生物纳米孔MSPA设计，并开发了物理方法，以减慢DNA通过固态纳米孔的速度减慢DNA传输。

DNA加工机械的分子力学
DNA复制，包装和修复是最重要的细胞过程之一，均通过DNA-蛋白质相互作用促进并严格调节。在DNA中编码的过程信息的蛋白质电动机的异常操作是遗传和多因素结肠，癌症的已知原因，并且与衰老有关。在与单分子实验者的合作中，该组开发了示例性蛋白DNA系统的计算模型，以阐明DNA加工机械的分子机制。当前的研究项目集中在DNA复制周围。对细胞基因组的快速但准确重复的需求需要许多蛋白质的合作操作，这些蛋白质共同形成了重新分散体。使用可用的结构数据，该组正在构建重置体的计算模型，该模型结合了所有必需组件。补充DNA复制，DNA修复对于生物生物的存活至关重要。DNA损伤最灾难性的形式之一是双链DNA断裂，通常以模板为模板修复了类似核苷酸序列的另一个DNA分子。该区域中的一个项目旨在确定细胞在很长的DNA分子上找到这种类似的序列模板片段的机制。在真核生物中，随着DNA围绕蛋白质包裹成层次结构，DNA中编码的信息的处理也很复杂。 The projects in this area focus on mechanisms of remodeling DNA-protein structures and epigenetic regulation of such remodeling processes.

DNA组件的物理学
尽管生物细胞利用无数蛋白质来复制，表达，调节和修复DNA中存储的遗传信息，但DNA分子的独特物理特性是其生物学功能的基础。实际上，DNA分子的特性可能会跨学科惊讶。一位物理学家发现令人惊讶的是，DNA是一种高电荷的聚合物，可以通过明显的DNA景点形成有序的冷凝物。生物学家对细胞利用DNA凝结来存储和保护其遗传信息的事实感到惊讶。多价阳离子的结合，堆积运动的压力或组蛋白蛋白强力DNA形成紧凑的生物结构的压力，其中空间，静电和结构力会产生独特的物理现象。当然，DNA自组装的最著名形式是杂交，其中一对携带互补序列的DNA核酶的单个DNA链形成DNA双链体。除此之外，还将从DNA片段的无序溶液中出现一些计算和大量的人类创造力和复杂的三维结构。这项研究推动了生物学和合成DNA系统的精确原子尺度和粗粒度模型，并使用此类模型来表征此类系统中的各种过程。正在进行的研究项目着重于噬菌体衣壳中DNA包装的物理学，DNA折纸的微力学和DNA自组装动力学。

合成分子系统
微型机器吸引了人类的想象力。从蜜蜂的飞行到鞭毛的跳动，小动物执行看似不可能的任务的能力激发了我们的敬畏。虽然扩大大小的人类技术的扩展相对简单，但在不失去功能的情况下缩减系统和机制，最终将其扩展到分子尺度，这仍然是一个重大挑战。随机力在重力和惯性上的优势，对体力的表面作用以及传统材料的粒度使纳米级工程原理的应用在纳米级过时。迄今为止，人类为设计和建造纳米机器的努力取得了适度的结果，但生物学提供了可以完成的工作的出色例子。这项研究的重点是开发合成类似物对具有里程碑意义的生物分子机器的开发，例如自主纳米级步行者，由外部刺激门控的选择性纳米渠道以及膜结合的能量转换系统。

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期刊选定的文章

• Woochul Song，Himanshu Joshi，Ratul Chowdhury，Joseph S. Najem，Yue-Xiao Shen，Chao Lang，Codey B. Henderson，Yu-Ming Tu，Megan Farell，Costas D. Maranas，Paul S. Cremer，Robert J. Hickey，Robert J. Hickey，Robert J. Hickey，Robert J.Stephen A. Sarles，Jun-Li Hou，Aleksei Aksimentiev和Manish Kumar。人造水通道可以通过水上线网络快速而选择性的水渗透。自然纳米技术15：73-79（2020）
• Hadjer Ouldali，Kumar Sarthak，Tobias Ensslen，Fabien Piguet，Philippe Manivet，Juan Pelta，Jan C Behrends，Aleksei Aksimentiev和Abdelghani Oukhaled。使用Aerolysin Nanobore对二十种蛋白质氨基酸的电识别。自然生物技术38：176-181（2020）。
• A. Singharoy，C。Maffeo，K.H。Delgado-Magnero，D。J. K. Swainsbury，M.Sener，U。Kleinekathofer，B。Isralewitz，I。Teo，D。Chandler，J。W。Vant，J。E。E. Stone，J.E.Stone，J.Phillips，J.V.V.V.D.V.Pogorelov，-Schulten，P。Tieleman，C。N。Hunter，E。Tajkhorshid，A。Aksimentiev，K。Schulten。原子到表型：细胞能量代谢的分子设计原理。牢房179：1098-1111（2019）。
• Manish Shankla和Aleksei Aksimentiev。DNA向石墨烯纳米孔的踩踏引导输送。自然纳米技术14：858-865（2019）。
• 詹姆斯·威尔逊（James Wilson）和亚历克（Aleksei Aksimentiev）。纳米孔运输的水压缩门。物理评论信120：268101（2018）。
• Alexander Ohmann，Chen-Yu Li，Christopher Maffeo，Kareem al-Nahas，Kevin N. Baumann，Ulrich F. Keyser和Aleksei Aksimentiev。由DNA构建的合成酶在生物膜中每秒10^7脂质。Nature Communications 9：2426（2018）。
• Wei Si和Aleksei Aksimentiev。蛋白质折叠的纳米孔感应。ACS Nano 11：7091-7100（2017）。
• Sergii Pud，Shu-Han Chao，Maxim Belkin，Daniel Verschueren，Teun Huijben，Casper Van Engelenburg，Cees Dekker和Aleksei Aksimentiev。DNA在双纳米孔系统中的机械捕获。Nano Letters 16：8021-8028（2016）。
• 詹姆斯·威尔逊（James Wilson），莱拉·斯洛曼（Leila Sloman），Zhiren He和Aleksei Aksimentiev。石墨烯纳米孔用于蛋白质测序。高级功能材料26：4830-4838（2016）。
• S. Bhattacharya，J。Yoo和A. Aksimentiev。水决定了生物纳米孔中离子电流阻滞的DNA序列特异性。ACS Nano 10：4644-4651（2016）。
• Jejoong Yoo，Hajin Kim，Aleksei Aksimentiev和Taekjip Ha。直接证据表明由甲基化控制的双链DNA之间序列依赖性吸引力。Nature Communications 7：11045（2016）。
• Thuy ngo，Jejoong Yoo，Q Dai，Q Zhang，C He，Aleksei Aksimentiev和Taekjip Ha。胞嘧啶修饰对DNA柔韧性和核小体机械稳定性的影响。自然通讯7：10813（2016）。
• M. Belkin，S.-H。Chao，M。Jonsson，C。Dekker，A。Aksimentiev。等离子纳米孔用于捕获，控制DNA的位移和测序。ACS Nano 9：10598-10611（2015）
• M Shankla和A. Aksimentiev。带电石墨烯上单链DNA的构象转换和停止的纳米孔运输。自然通讯5：5171（2014）。