Calculation of the potential of mean force (PMF) for inserting Keratin derived antimicrobial peptides (KAMPS) in lipid bilayers

Τα αντιμικροβιακά πεπτίδια παρουσιάζουν σημαντικό ενδιαφέρον στην αντιμετώπιση της αντιμικροβιακής αντίστασης. Η πλειοψηφία αυτών δρα διαταράσσοντας τη δομή της κυτταρικής μεμβράνης, ενώ ο ακριβής τρόπος δράσης τους είναι συνάρτηση των εγγενών ιδιοτήτων και της συγκέντρωσης των πεπτιδίων, όπως και της σύστασης της μεμβράνης. Οι υπολογιστικές μέθοδοι χρησιμοποιούνται ευρέως για να συμπληρώσουν τις πειραματικές παρατηρήσεις σε ό,τι αφορά το μηχανισμό δράσης αντιμικροβιακών πεπτιδίων. Ο συνδυασμός πειράματος και υπολογισμών μπορεί να δώσει μια πληρέστερη εικόνα της δράσης των εν λόγω πεπτιδίων και να καθοδηγήσει τον ορθολογικό σχεδιασμό νέων θεραπευτικών πεπτιδίων.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία θα μελετηθούν τα προφίλ της ελεύθερης ενέργειας (potential of mean force, PMF) και η γενικότερη συμπεριφορά αντιμικροβιακών πεπτιδίων προερχόμενων από κερατίνη (keratin-derived antimicrobial peptides, KAMPs), όταν αυτά εισέρχονται στη βακτηριακή μεμβράνη υπό την εφαρμοφή εικονικών εξωτερικών δυνάμεων (μεροληπτικά δυναμικά). Τα KAMPs αποτελούν μια ενδιαφέρουσα και ασυνήθιστη περίπτωση αντιμικροβιακών πεπτιδίων, λόγω της μη-κανονικής τριτοταγούς δομής τους, χαρακτηριστικό που έρχεται σε αντίθεση με την πλειοψηφία των ενεργών πεπτιδίων τα οποία παρουσιάζουν οργανωμένη δομή (κυρίως α-έλικες και β-φυλλώσεις).

Ο φοιτητής θα εξοικειωθεί αρχικά με το υπολογιστικό περιβάλλον στο οποίο θα εκτελεθούν οι μοριακές προσομοιώσεις και η ανάλυση αυτών. Συγκεκριμένα, ο φοιτητής θα εκπαιδευτεί στην περιήγηση σε περιβάλλον Linux, στη χρήση bash και Python, στη χρήση υπολογιστικών πακέτων για μοριακές προσομοιώσεις (GROMACS), και στην κατανόηση και αξιοποίηση υπολογιστικών πόρων υψηλής απόδοσης (High Performance Computing, HPC). Σε δεύτερο στάδιο, θα εκπαιδευτεί στις αρχές της μοριακής δυναμικής και σε μεθόδους εμπλουτισμένης δειγματοληψίας, με έμφαση στη δειγματοληψία με μεροληπτικά δυναμικά (δειγματοληψία «ομπρέλας», umbrella sampling), θα προετοιμάσει και θα εκτελέσει τις αντίστοιχες προσομοιώσεις, και θα υπολογίσει, μεταξύ άλλων, το PMF για την είσοδο των KAMPs στη βακτηριακή μεμβράνη.