Grupa za simulaciju molekularne dinamike

prof.dr.sc. Franjo Sokolić
doc.dr.sc. Bernarda Lovrinčević
mag.phys. Martina Požar
mag.phys. Tomislav Primorac
dr.ing. Yogesh Sonavane
dr.sc. Nada Ilić
mag.educ.bio.et.chem. Tomislav Rončević

Područje istraživanja:

Fizika meke tvari
Biofizika
Simulacije klasičnih sustava metodom molekularne dinamike i Monte Carlo simulacija

Opis istraživanja:

Vodene otopine, ionske tekućine na sobnoj temperaturi, mikroemulzije, biomakromolekule u stanici, imaju kompleksnu strukturnu organizaciju koja je opisana lokalnom heterogenosti u distribuciji tvari u otopini. Ova grupa provodi istraživanja koja se odnose na različite tipovi strukturiranja u tekućinama, te vodenim i drugi otopinama od molekularnih klastera, domena u mikroheterogenim otopinama, stvaranja micela do lipidnih dvoslojeva. Glavna ideja je naći zajedničke fizikalne principe koji bi opisali ponašanje ovih uređenih struktura na molekularnom i staničnom nivou. Istraživanje će imati dvije glavne teme, uređenost u više komponentnim molekularnim otopinama i ponašanje bioloških membrana u interakciji s antimikrobskim peptidima. Metode istraživanja su računalne simulacije metodom molekularne dinamike, uz razvoj teorijske metode integralnih jednadžbi i eksperimentalna mjerenja sustava od interesa.

Kontakti s akademskim i drugim institucijama:

1. dr. sc. Aurélien Perera, Laboratoire de Physique Théorique de la Matière Condensée, Université Pierre et Marie Curie, Paris, France
2. dr. sc. Tomaž Urbič, Fakultet kemije i kemijske tehnologije, Sveučilište u Ljubljani, Slovenija
3. dr. sc. Jadran Vrabec, Fakultät für Maschinenbau, Universität Paderborn, Warburger Str. 100, 33098 Paderborn, Germany (The Chair of Thermodynamics and Energy Technology)
4. dr. sc. Marijana Mijaković, Zavod za javno zdravstvo, Split

Opis dosadašnje suradnje:

1. Dugogodišnja zajednička suradnja s dr. sc. Aurélienom Pererom (Laboratoire de Physique Théorique de la Matière Condensée, Université Pierre et Marie Curie, Paris, France) rezultuirala je nizom publikacija na temu mikroheterogenih otopina. Dr. sc. Perera bio je mentor na dvojnom doktoratu L.Zoranić i B. Lovrinčević. Doktorandica M. Požar također pohađa dvojni doktorat Sveučilišta u Splitu i Sveučilišta Pierre i Marie Curie uz mentorstvo A. Perere i L. Zoranić. A. Perera sudjeluje u projektu UIP 4514 HRZZ. Ostvaren je zajednički bilatelarni projekt Hrvatsko-francuski Program “Cogito” Partnerstvo Hubert Curien za 2015./2016.
2. Kroz bilatelarni Projekt sufinanciranja znanstvenoistraživačkih projekata u sklopu zajedničke hrvatsko-slovenske suradnje 2016.-2017. ostvarena je suradnja s dr. sc. Tomažom Urbičem (Fakultet kemije i kemijske tehnologije, Sveučilište u Ljubljani, Slovenija), te je T. Primorac obranio diplomski rad naslova “Monte Carlo simulacije Mercedes-Benz metanola” (2015.). Rad na ovom projektu uključuje razvoj dvodimenzionalnih modela za tekućine i mješavine.
3. Suradnja s dr. sc. Jadranom Vrabecom (Fakultät für Maschinenbau, Universität Paderborn, Warburger Str. 100, 33098 Paderborn, Germany) krenula je 2016-e godine prepoznavanjem područja zajedničkih interesa. Istražuje se utjecaj različitih polja sila u simulacijama molekularne dinamke, primijenjih na tekućine i miješavine, na strukturna i dinamička svojstva. Suradnja će se ostvariti kroz doktorski rad T. Primorca pod mentorstvom prof. dr. sc. F. Sokolića.
4. dr. sc. Marijana Mijaković (Zavod za javno zdravstvo, Split) je suradnica na UIP 4514 HRZZ projektu, te sudjeluje u simulacijama peptida u otopinama.

Planovi budućih istraživanja:

Istraživanje molekularnim otopinama proširit će se na modeliranje ionskih tekućina i otopina, koje također pokazuju vrlo zanimljivu strukturnu uređenost. Uz statičke veličine, analizirat će se i dinamičke veličine kao što su vremenske korelacijske funkcije i difuzijski koeficijent.
Osmišljavanjem jednostavih modelih sustava (u dvije i tri dimezije) istražit će se specifični doprinosi interakcija na lokalnu i globalnu strukturu te dinamiku sustava.
Mehanizam djelovanja antimikrobskih peptida (AMP) će se ispitivati metodama molekularne dinamike. Ovi rezultati će se kombinirati s biološkim i biofizikalnim mjerenjima aktivnosti AMP s različitim sojevima bakterija, ako i mjerenjima djelovanja AMP na membrane s mikroskopijom atomskom silom (atomic-force microscope).

Popis odabranih znanstvenih radova:

• Rončević, T. et al. (2017) PGLa-H tandem-repeat peptides active against multidrug resistant clinical bacterial isolates. BBA Biomembranes, 1859 (2), 228-237
• Požar, M. et al. (2016) The microscopic structure of cold aqueous methanol mixtures. J. Chem. Phys., 145, 144502
• Požar, M. et al. (2016) Micro-heterogeneity versus clustering in binary mixtures of ethanol with water or alkanes. Phys. Chem. Chem. Phys., 18, 23971-23979
• Požar, M. et al. (2016) A re-appraisal of the concept of ideal mixtures through a computer simulation study of the methanol-ethanol mixtures. J. Chem. Phys., 145, 064509
• Požar, M. et al. (2015) Simple and complex disorder in binary mixtures with benzene as a common solvent. Phys. Chem. Chem. Phys., 17, 9885-9898
• Kežić-Lovrinčević, B. et al. (2015) Repulsive core-soft models for binary aqueous mixtures, Mol. Phys. 113, 9-10; 1108-1118.
• Mijaković, M. et al. (2014) A comparison of force fields for ethanol-water mixtures. Molecular Simulation., 41 (9), 699-712
• Kežić (Lovrinčević), B. and Perera, A. (2012) Revisiting aqueous-acetone mixtures through the concept of molecular emulsions, J. Chem. Phys., 137, 134502-1-134502-6
• Kežić (Lovrinčević), B. and Perera, A. (2011) Towards a more accurate reference interaction site model integral equation theory for molecular liquids, J. Chem. Phys., 135, 234104-1-234104-11.
• Zoranić, L., Sokolić, F. and Perera, A. (2007) Microstructure of neat alcohols: A molecular dynamics study. J. Chem. Phys., 127, 2; 024502-10
  Book chapter
• Perera, A. et al. (2012) Micro-Heterogeneity in Complex Liquids. In: Wang, L. (ed.), Molecular Dynamics – Studies of Synthetic and Biological Macromolecules. Rijeka : InTech, 193-220.