Comportamiento de la amoxicilina en agua mediante métodos de solvatación implícita y explícita

El comportamiento molecular de la amoxicilina en agua fue explorado con solvatación implícita y explícita mediante dos estrategias que combinan diferentes técnicas de simulación molecular para evaluar el alcance de estos procedimientos. Con estas dos estrategias de cálculo computacional, la conformación molecular de la amoxicilina fue determinada en fase acuosa. En la primera estrategia se utilizó el generador de conformaciones Ballon-v1.8.2 y la estabilidad de las conformaciones en agua fue evaluada utilizando la energía libre de solvatación determinada con el método de solvatación implícita SMD. En la segunda estrategia, con la dinámica molecular tipo NVT fue evaluado el arreglo espacial de esta molécula en agua y, además, la interacción molecular entre la amoxicilina y el agua fue evaluada en esta simulación. Los resultados obtenidos muestran que la conformación de la amoxicilina más estable en fase acuosa es la plegada. Además, los valores de energías de solvatación de -121,42 y -14,58 kJ/mol obtenidos con solvatación implícita y dinámica molecular sugieren que esta molécula tiene una alta afinidad por el agua. Las funciones distribución radial y espacial sugieren que se forman 3 capas de solvatación alrededor de la amoxicilina y que esta molécula tiene una región altamente hidrofílica. Finalmente, la estrategia usando dinámica molecular permite obtener mejores conformaciones en equilibrio que la estrategia de simulación usando el generador de conformaciones Ballon-v1.8.2.

The molecular behavior of amoxicillin in water was explored with implicit and explicit solvation using two strategies that combine different molecular simulation techniques to assess the scope of these procedures. With these two computational calculation strategies, the molecular conformation of amoxicillin was determined in aqueous phase. In the first strategy, the conformation generator Ballon-v1.8.2 was used and the stability of the conformations in water was evaluated using the solvation free energy determined with the SMD implicit solvation method. In the second strategy, with NVT-type molecular dynamics, the spatial arrangement of this molecule in water was evaluated and, in addition, the molecular interaction between amoxicillin and water was evaluated in this simulation. The results obtained show that the most stable conformation of amoxicillin in the aqueous phase is the folded one. In addition, the solvation energy values of -121.42 and -14.58 kJ/mol obtained with implicit solvation and molecular dynamics suggest that this molecule has a high affinity for water. The radial and spatial distribution functions suggest that 3 solvation shells form around amoxicillin and that this molecule has a highly hydrophilic region. Finally, the strategy using molecular dynamics allows to obtain better equilibrium conformations than the simulation strategy using the Ballon-v1.8.2 conformation generator.

O comportamento da amoxicilina em água foi analisado com solvatação implícita e explícita mediante duas estratégias que combinam diferentes técnicas de simulação molecular para avaliar o escopo destes procedimentos. Com estas duas estratégias de cálculo computacional, a conformação molecular da amoxicilina foi determinada em fase aquosa. Na primeira estratégia, utilizou-se o gerador de conformação do software Ballon-v1.8.2 e avaliou-se a estabilidade das conformações em água a partir da energia livre de solvatação determinada pelo método de solvatação implícita SMD. Na segunda estratégia, avaliou-se o arranjo espacial da amoxicilina e sua interação com a água através de simulações de dinâmica molecular NVT. Os resultados obtidos mostram que a conformação dobrada é a mais estável em fase aquosa. Ademais, os valores de energía de solvatação de -121,42 e -14,58 kJ/mol obtidos com solvatação implícita e dinâmica molecular sugerem que esta molécula possui alta afinidade pela água. As funções de distribuição radial e espacial sugerem que se formam 3 camadas de solvatação ao redor da amoxicilina e que esta molécula possui uma região altamente hidrofílica. Finalmente, a estratégia usando dinâmica molecular permite obter melhores conformações de equilíbrio do que a estratégia de simulação usando o gerador de conformação do software Ballon-v1.8.2.

Análisis in silico de la inmunogenicidad e interacción molecular de péptidos de plantas aromáticas con SARS-CoV-2 / In silico analysis of immunogenicity and molecular interaction of aromatic plant peptides with SARS-CoV-2

SARS-CoV-2 es un coronavirus de ARN que causa infecciones respiratorias como la actual pandemia de COVID-19. Los sistemas de salud combaten esta infección con cuidados paliativos; sin embargo, existen pocos tratamientos específicos para este patógeno. Este contexto representa la posibilidad de buscar tratamientos alternativos, como el uso de moléculas naturales. El objetivo de este estudio fue determinar in silico la interacción de péptidos de plantas aromáticas con proteínas específicas de SARS-CoV-2 que no comprometan la respuesta inmune. Se procesaron quinientos ochenta y tres péptidos con menos de 30 aminoácidos de Thymus vulgaris L., Cymbopogon citratus, Salvia officinalis, Ocimum basilicum L y Zingiber officinale. La metodología aplicó filtros de acuerdo a los más altos puntajes de docking molecular para encontrar 20 péptidos por cada planta. Los péptidos registraron interacción molecular fuerte de los sitios activos de las proteínas Spike RBD, S2 y Nsp4, empleando una energía de menos de ­150 kcal/mol. La proteína Nsp4 mostró la mayor interacción con todas las especies. El 35% y el 65% de estos péptidos se registraron con baja activación de la respuesta inmune a través de la antigenicidad, puntuación inferior a 0,5 y ausencia de alergenicidad. Estos resultados indican el uso de moléculas de origen vegetal que pueden implementarse en el consumo para combatir la replicación viral del SARS-CoV-2.

SARS-CoV-2 is an RNA coronavirus that causes respiratory infections as the current COVID-19 pandemic. The health systems combat this infection with palliative care; however, there are few specific treatments for this pathogen. This context represents the possibility of searching for alternative treatments, such as using molecules from natural products. Our main objective was the in silico study of aromatic plant peptides and their interaction with specific proteins of SARS-CoV-2 that do not compromise the immune response. Five hundred eighty-three peptides with less than 30 amino acids from Thymus vulgaris L., Cymbopogon citratus, Salvia officinalis, Ocimum basilicum L, and Zingiber officinale were processed. The methodology applied filters according to the highest molecular docking scores to find 20 peptides for each plant species. The peptides show solid molecular interaction of the Spike RBD, S2, and Nsp4 proteins' active sites, using less than ­150 kcal/mol energy. Nsp4 protein exposes the most interaction with all species. 35 and 65% of these peptides were recorded with low activation of the immune response through antigenicity, score below 0.5, and absence of allergenicity. These results indicate the use of plant-derived molecules that can be implemented in consumption to combat the viral replication of SARS-CoV-2.