Molekulare Maschinen: Die Coronavirus SARS-CoV-2 Bedrohung, Teil I.

Was Freunde mit und für uns tun, ist auch ein Erlebtes; denn es stärkt und fördert unsere Persönlichkeit. Was Feinde gegen uns unternehmen, erleben wir nicht, wir erfahren’s nur, lehnen’s ab und schützen uns dagegen wie gegen Frost, Sturm, Regen und Schloßenwetter oder sonst äußere Übel, die zu erwarten sind.

Johann Wolfgang von Goethe (1749-1832), Maximen und Reflexionen. Aphorismen und Aufzeichnungen.

Ein Virus ist Leben in der einfachsten Form. Es ist die minimalistische Reduktion eines Organismus auf seine wesentlichen Funktionselemente. Noch pragmatischer ist ein Virus ein Behälter mit genetischem Code mit einem effizienten molekularen Mechanismus, der es ihm ermöglicht, in eine Wirtszelle eines Organismus einzudringen, der sich selbstständig reproduzieren kann. Als molekulare Maschine kann ein Virus der Form und der zerstörerischen Kraft des Todessterns in der Star-Wars-Saga ähneln. Daher ist es eine Art molekulare Maschine, die wir absolut nicht in uns haben wollen!

Wie der große Goethe sagt, ist der Feind Teil unserer Erfahrung und wir müssen ihn jagen und uns tatsächlich vor anderen möglichen Feinden schützen. Dieser epische Naturkrieg veranlasste mich, diesen Blog zu starten, in dem ich mitteilen werde, was ich über diese gefährliche molekulare Maschine lerne.

Continue reading

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.

Continue reading

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.

Continue reading

Examples of the Particle in a Box Model Applications

In a previous article, I have shown a simple derivation of the properties of a quantum particle confined in a one-dimensional box. Although the model is straightforward with unrealistic assumptions, such as the infinite walls, it produced qualitative results that paved the way for the development of quantum chemistry. There are several example practical applications in chemistry and nanoscience where the particle in a box model can be applied or serves as a conceptual foundation.

Continue reading

Platonic Solid and Chemistry: the Icosahedral Boron Clusters

Boron is the fifth element in the periodic table. It is also the first element of the boron group or the group thirteenth of the periodic table. It is a metalloid element, meaning its properties are between a metal and a nonmetal. The chemical symbol for boron is B, which has an atomic weight of 10.81 grams per mole.

The position of the Boron element in the periodic table. Figure generated using Mendeleev’s Dream program.

In its ground state, a boron atom contains five electrons arranged in two energy levels. The first energy level, or shell, can hold up to two electrons, while the second can hold up to eight. However, boron has three valence electrons, meaning only the first two energy levels are filled, leaving the third energy level partially empty.

Continue reading

The Almighty​ Curcumin

Curcumin is a polyphenol derived from the root of turmeric (Curcuma longa) that it is widely used as a dietary spice and natural food colouring agent throughout the world.

Figure 1: Turmeric plant. source: Franz Eugen Köhler, Köhler’s Medizinal-Pflanzen
Continue reading

Modeling Natural Shapes: Seashells

O conchiglia marina, figlia
della pietra e del mare biancheggiante,
tu meravigli la mente dei fanciulli.

La conchiglia Marina di Alceo. (Traduzione di Salvatore Quasimodo, da Lirici greci, 1940) 

Continue reading

Il Guscio di una Chiocciola Ciociara e la sua Digitalizazione 3D con l’algoritmo Structure-from-Motion

Viva la Chiocciola,
viva una bestia
che unisce il merito
alla modestia.
Essa all’astronomo
e all’architetto
forse nell’animo
destò il concetto
del cannocchiale
e delle scale:
viva la Chiocciola
caro animale…

La Chiocciola di Giuseppe Giusti (1847)

Introduzione

La bella poesia del Giusti esprime la piacevole simpatia che infonde questo piccolo abitante dei nostri giardini. Sono sempre stato affascinato da questo gasteropode, tanto che è stato uno degli invertebrati favoriti per le mie giovanili osservazioni naturalistiche amatoriali. Inoltre, ricordo ancora con piacere e nostalgia la raccolta di quelle chiamate in dialetto ciociaro ‘ciammaruchelle‘, ovvero delle chiocciole piccoline. Queste si raccoglievano a manciate nei campi di grano dopo la mietitura. Era una delle varie tradizioni culinarie che coinvolgevano ogni anno tutta la mia famiglia e venivano portate a termine con assidua devozione. La raccolta veniva organizzata con un’accurata scelta di tempi, luoghi e condizioni meteorologiche per aumentare la probabilità di successo. Solitamente si tornava a casa con un ricco e gustoso bottino, ma non senza patimenti, visto che le piccole lumache si arrampicavano sulle piante di cardo (Cynara cardunculus L., 1753) dove si nascondevano tra le spine per proteggersi dai predatori. Per loro sfortuna, il predatore Homo Sapiens Sapiens Frusinenses, dotato di vista acuta e grande tenacia, non mollava facilmente la sua preda!

La specie raccolta era varietà della chiocciola Eobania vermiculata o “rigatella”, molto comune nelle regioni mediterranee. Le ciammaruchelle venirano raccolte in ceste di vimini e una volta tornati a casa, venivano rinchiuse dentro gabbie circolari con pareti di rete a piccole maglie per vari giorni per spurgarne l’intestino del contenuto. Venivano quindi cucinate per qualche ora in un sugetto di pomodoro speziato con mentuccia (Clinopodium nepeta) con una ricetta di origini antiche. Il piatto veniva poi consumato con pane fresco o meglio infornato per renderlo croccante. Una sonora festa di profumi, sapori e colori: il suono dei risucchi nel tentativo di svuotare i gusci del loro succulento contenuto. Una delicata festa di odori e sapori: il profumo del pomodoro aromatizzato dalla carne della chiocciola e dalla mentuccia, combinato con il suo colore rosso variagato dalle striature bianco-marroncino del guscio delle ciammaruchelle.

Continue reading

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).

Continue reading