Computer simulations of the interaction between enveloped viruses and materials

Resum

La pandèmia de la COVID-19, causada pel virus SARS-CoV-2, ha provocat molt de dolor i patiment a la societat humana. Milions de persones han traspassat degut a la malaltia i la majoria de la població mundial ha viscut períodes de confinament. Aquesta tesi se centra en com el virus de la COVID-19 interacciona amb les superfícies de l'entorn, les possibles maneres en què es pot escampar el virus i les estratègies utilitzades per desinfectar i controlar la seva transmissió. La possibilitat que les superfícies tinguin un paper en la propagació de la malaltia va portar els científics a estudiar com els virus interactuen amb diferents materials. Els investigadors, durant la pandèmia, s'han centrat a estudiar la supervivència dels virus a les superfícies i han trobat que el seu temps de supervivència depèn del tipus de superfície i d'altres factors ambientals com la temperatura o la humitat. Hi ha estudis experimentals que també s'han centrat en com els virus es poden transferir des de superfícies a altres materials, com la pell humana, i com els desinfectants poden inactivar el virus. Tanmateix, els mecanismes microscòpics darrere de la interacció entre el coronavirus, les superfícies i els desinfectants encara no s'entenen prou bé. Per ajudar a solucionar aquest buit, he realitzat simulacions per ordinador de diversos sistemes per explorar aquestes interaccions en detall. En primer lloc, em centro en la interacció virus-pell ja que la pell humana pot tenir un paper important en la transmissió del virus. Les simulacions mostren que la proteïna espícula pot patir danys substancials quan interactua amb la part més externa de la pell humana. També he trobat que la proteïna espícula manté la seva integritat quan interactua amb una pell greixosa. També he estudiat com interactuen les diferents variants que van aparèixer durant l'evolució de la pandèmia COVID-19 amb superfícies carregades. Les mutacions que es produeixen a la proteïna espícula canvien significativament la càrrega d'aquesta i, en conseqüència, s'espera un comportament diferent quan la proteïna interactua amb superfícies carregades. Les meves troballes mostren que la variant Omicron del coronavirus, identificada per primera vegada el novembre de 2021, presenta una forta atracció per les superfícies carregades negativament. En canvi, la soca original del virus i la variant Delta mostren interaccions repulsives o només una atracció feble quan s'exposen a superfícies carregades. Hem estudiat aquest fenomen mitjançant un nou mètode que proporciona resultats generals per a la interacció com una funció de la densitat de càrrega superficial. D'altra banda, m'he focalitzat en l'estudi dels desinfectants que s'utilitzen habitualment per eliminar els virus de l'entorn. He investigat sobre el mecanisme molecular d'un d'aquests desinfectants, els tensioactius, que estan presents en productes desinfectants i sabons. El pensament comú és que els tensioactius són capaços de dissoldre l'embolcall del virus i així inactivar el virus. No obstant, les simulacions de dinàmica molecular han demostrat que els tensioactius també tenen una forta atracció amb la proteïna espícula del coronavirus. A més a més, els experiments dels nostres col·laboradors han demostrat que els tensioactius són capaços d'inactivar el virus atacant la proteïna espícula. Finalment, he estudiat un altre tipus de virus, el lentivirus. Aquest virus s'utilitza per a una aplicació clínica que consisteix en produir cèl·lules dissenyades per curar el càncer. Vaig trobar que els lentivirus tenen una interacció electrostàtica millorada amb l'hidrogel, el material utilitzat per produir aquestes cèl·lules. Per dur a terme aquesta tesi, he utilitzat diverses tècniques computacionals: dinàmica molecular, càlculs electrostàtics a nivell de Poisson-Boltzmann i acoblament molecular.

Data del Ajut	29 de jul. 2025
Idioma original	Anglès
Supervisor	Jordi Faraudo Gener (Director/a)