Le Macchine Molecolari: La minaccia del Coronavirus SARS-CoV-2. Parte I

Difficilmente è vinto colui che sa conoscere le forze sue e quelle del nemico.

Nicollò Machiavelli in Dell’arte della guerra (1519-1520)

Un virus è la vita nella forma più semplice. È la riduzione minimalista di un organismo ai suoi elementi essenziali di funzionalità. Più pragmaticamente, un virus è un contenitore di codice genetico dotato di un efficiente meccanismo molecolare che gli consente d’invadere una cellula ospite di un organismo capace di riprodursi autonomamente. Come macchina molecolare, un virus può assomigliare nella forma e potere distruttivo, alla Morte Nera della saga di Star Wars. Pertanto, è un tipo di macchina molecolare che non vogliamo assolutamente avere dentro di noi!

La diffusione del coronavirus SARS-CoV-2 (COVID-19) ha prodotto una nuova pandemia, ovvero una infezione causata da un agente patogeno che colpisce l’intera popolazione di una specie vivente, in questo caso quella umana. Questa situazione di emergenza globale è il risultato di una competizione naturale tra specie viventi che ci rammenta di essere ancora un tassello nell’ecosistema di Gaia. Tuttavia, anche se sia sempre arduo da credere visto lo stato in cui abbiamo ridotto il nostro pianeta, siamo la forma di vita più intelligente nell’universo conosciuto. Quindi sarebbe abbastanza imbarazzante essere sconfitti da un nemico invisibile.

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Nanoparticles in Biology and Medicine

I am very pleased to announce that the second edition of the book Nanoparticles in Biology and Medicine edited by Enrico Ferrari, Mikhail Soloviev is now out.

This fully updated volume presents a wide range of methods for synthesis, surface modification, characterization and application of nano-sized materials (nanoparticles) in the life science and medical fields, with a focus on drug delivery and diagnostics. Beginning with a section on the synthesis of nanoparticles and their applications, the book continues with detailed chapters on nanoparticle derivatization, bio-interface, and nanotoxicity, as well as nanoparticle characterization and advanced methods development. Written for the highly successful Methods in Molecular Biology series, chapters include introductions to their respective topics, lists of the necessary materials and reagents, step-by-step, readily reproducible laboratory protocols, and tips on troubleshooting and avoiding known pitfalls. Authoritative and cutting-edge, Nanoparticles in Biology and Medicine: Methods and Protocols, Second Edition serves as an ideal guide for scientists at all levels of expertise to a wide range of biomedical and pharmaceutical applications including functional protein studies, drug delivery, immunochemistry, imaging, and more.

I have contributed with a chapter (14) titled The Molecular Dynamics Simulation of Peptides on Gold Nanosurfaces.

In this chapter a short tutorial on the preparation of molecular dynamics (MD) simulations for a peptide in solution at the interface of an uncoated gold nanosurface is given. Specifically, the step-by-step procedure will give guidance to set up the simulation of a 16 amino acid long antimicrobial peptide on a gold layer using the program Gromacs for Molecular Dynamics simulations.

Molecular Machines: the Coronavirus SARS-CoV-2 Menace. Part I

If you know the enemy and know yourself, you need not fear the result of a hundred battles. If you know yourself but not the enemy, for every victory gained you will also suffer a defeat. If you know neither the enemy nor yourself, you will succumb in every battle.”

SunTzu. The Art of War

A virus is the Bauhaus of the form of life: the minimalist reduction of an organism to its essential element of functionality. More pragmatically, it is a container of genetic code provided with a smart mechanism that allows it to invade cells of another host organism. As a molecular machine, a virus can resemble in shape and destructive power the Death Star spaceship of the Star War saga. Therefore, it is a molecular machine that we do not definitively want to have within us!

The spread of the coronavirus SARS-CoV-2 has produced a new pandemic, i.e. an infection caused by a pathogen that affects the entire population of a living species, in this case the human one. This global emergency situation is the result of a natural competition between living species that reminds us that we are still a small brick of the Gaia ecosystem. However, although it is always difficult to believe given the state in which we have reduced our planet, we are the most intelligent life form in the known universe. So it would be quite embarrassing to be defeated by an invisible enemy.

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Modular Assembly of Proteins on Nanoparticles

I have recently contributed to a proof of concept study published in the prestigious Nature Communication (doi:10.1038/s41467-018-03931-4) [1]. The study involved collaborations with experimental groups across the University of Lincoln (UoL), University of Molise (Italy) and the Royal Holloway University of London coordinated by Dr Enrico Ferrari (UoL).

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Il calcolo delle cariche parziali atomiche

Le cariche parziali da usare nel campo di forze si ottengono generalmente da calcoli quantomeccanici. Nel caso di molecole rigide, il calcolo delle cariche è abbastanza semplice. Nel caso di molecole flessibili, occorre valutare quanto le diverse conformazioni influenzano la distribuzione di carica e, quindi, stimare la carica parziale come media pesata tra i vari conformeri. Il calcolo QM fornisce le cosidette cariche di Mulliken. Questo tipo di cariche possono portare ad una elevata inaccuratezza nel riprodurre proprietà chimico-fisiche di piccole molecole. Per evitare questo inconveniente sono state introdotte varie procedure per ottenere delle cariche parziali che tengano conto della diversa capacitá dei singoli atomi di accomodare una diversa distribuzione di carica. Queste procedure vanno sotto il nome di metodi di Electrostatic potential fitting tra cui i più usati solo il RESP e il CHELPG. Vediamo come questi metodi funzionano.

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