Nous proposons une nouvelle approche pour déterminer le coefficient de diffusion dans des membranes lipidiques se basant sur la formation d'excimères. Alors que les autres modèles statistiques considèrent le système comme un ensemble de points sur un réseau, nous utilisons un modèle à gros grain afin d'étudier des bicouches lipidiques simulées à l'aide du champs de force Martini. Nous déterminons le taux de réaction dépendant du temps à partir des probabilités de survie obtenues a posteriori à l'aide des trajectoires numeriques des bicouches symétriques de DOPC (1,2-Dioleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine) et POPC (1-palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine) simulées à 283 K et 293 K respectivement. Les dynamiques de collision sont obtenues en distinguant virtuellement les molécules simulées. Les sondes fluorescentes sont supposées semblables aux lipides, et par conséquent, ne modifient pas la dynamique. Nous obtenons une expression générale pour la probabilité de survie en combinant approximation des paires indépendantes et propriétés d'échelle, mais aucune hypothèse n'est faite pour le taux de formation d'excimère. En superposant les intensités d'émission de fluorescence normalisées, déterminées numériquement, aux courbes de titrations expérimentales, nous obtenons deux ensembles de résultats pour le coefficient de diffusion latéral, selon que l'association entre feuillets est autorisée ou pas. Nous utilisons un rayon de capture de 0.5 nm, la distance à partir de laquelle les deux sondes réagissent pour former un excimère. En comparant la dynamique Martini aux expériences de fluorescence, il est possible d'estimer le facteur d'accélération. / We propose a novel approach to extract the lateral diffusion coefficient in lipid bilayers using excimer formation. In contrast to previous statistical models that modeled the system as points undergoing jumps from site to site on a lattice, we use coarse-grained molecular dynamics to study lipid bilayers simulated using the Martini force field. We derive time dependent reaction rates from survival probabilities obtained a posteriori from numerically generated trajectories of symmetric DOPC (1,2-Dioleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine) and POPC (1-palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine) bilayers at 283K and 293K respectively. Collision dynamics are determined by virtually relabeling the simulated molecules. The fluorescent probes are assumed to behave like ordinary membrane lipids and therefore the dynamics remain unaffected. We derive a generalized expression for the survival probability combining independent pairs and size scaling assumptions, but no assumption is made regarding the kinetic rate of the excimer formation process. By fitting the numerically determined normalized fluorescence emission intensities to experimental titration curves, we obtain two sets of results for the lateral diffusion coefficients depending whether interleaflet excimer association is allowed or not. We use a capture radius of 0.5 nm, the distance at which the probes react to form excimers. By relating Martini dynamics to real fluorescence experiments, we estimate the numerical Martini acceleration factor. We also study mixtures of oxidized-non oxidized DOPC and POPC bilayers using a hydroperoxidized model of these lipids for different concentrations of the oxidized component (3.1%, 25% and 50%). Using pair correlation functions, we extract structural information on the systems and determine whether the two components are prone to mixing or not. Finally, we calculate the thermodynamic mixing parameters within the framework of the virial expansion.

As a direct consequence of the misuse of antibiotics since its first discovery, bacteria have developed extensive resistance mechanisms making them once again potential lethal threats. This eventuality has triggered a vast research effort from scientists worldwide to find solutions to mitigate antimicrobial resistance. One such option is the identification of new potential antimicrobial agents, like for example antimicrobial peptides (AMPs). Various methods have been applied to evaluate the properties and determine the complex mechanism of AMPs. However, the details of the mechanism remain unknown and hence the work in this project seeks to examine the suitability of using TIR Raman, a vibrational spectroscopy technique which is sufficiently surface sensitive to study the interaction of AMPs in contact with lipid bilayers, which are just a few nanometres thick. In order to evaluate the information that could be extracted from TIR Raman, measurement of solid supported lipid bilayers in the absence of peptides were first carried out. In particular, the lipid DMPC with a phase transition close to room temperature, was measured at various temperatures to determine spectral changes associated with the transition. For the peptide-membrane interactions, the AMP LL37 was put into contact with solid supported lipid bilayers modelling the cell membranes of bacteria (DOPE, DOPG) or humans (DOPC) respectively. The data clearly indicates that the membrane composition, and specifically the lipid head group charge, play an important role in the peptide-membrane interactions. In the bilayers mimicking bacteria cell membranes, the peptide either absorbed onto or inserted into the bilayer. In contrast, for the bilayer modelling a human cell membrane, no significant variations were detected, indicating no interaction with LL37. The findings presented in this work generally coincide with similar research of LL37 using other techniques. At hand of the herein presented data, TIR Raman has proven suitable and effective in detecting effects of antimicrobial peptides in contact with model lipid bilayers, and hence can be recommended for further studies. / Som en direkt följd av missbruket av antibiotika sedan det först upptäcktes, har bakterier utvecklat omfattande resistensmekanismer vilket föranlett dem att återigen utgöra potentiellt dödlig hot. Denna situation har manat fram en väsentlig forskningsinsats från forskare världen över att hitta lösningar för att minska antimikrobiell resistens. Ett sådant alternativ har varit identifieringen av nya potentiella antimikrobiella substanser, så som till exempel antimikrobiella peptider. Ett flertal metoder har använts för att både evaluera peptiders egenskaper och fastställa deras komplexa mekanism. Detta till trots förblir de exakta detaljerna i mekanismen okända, vilket föranlett arbetet i detta projekt att undersöka lämpligheten i att använda TIR Raman, en vibrational-spektroskopisk metod som är tillräckligt ytkänslig för att studera interaktionen hos antimikrobiella peptider i kontakt med lipidmembran, vilka endast är några få nanometer tjocka. För att evaluera informationen som kan utvinnas med TIR Raman, utfördes först mätningar av lipidmembran, skapade på ett solitt underlag, utan tillägg av peptider. Mer noggrant, har lipiden DMPC med en fasövergång nära vid rumstemperatur, mätts vid olika temperaturer för att fastställa spektrala variationer associerade till övergången. För peptid-membran interaktionerna, sattes den antimikrobiella peptiden LL37 i kontakt med lipidmembran som modellerar cellmembranet hos bakterier (DOPE, DOPG) respektive människor (DOPC). Mätdatan indikerar tydligt att membrankompositionen, och där specifikt laddningen av lipidens huvudgrupp, spelar en viktig roll i membran-peptid interaktionerna. För lipidmembranen som imiterar bakteriella cellmembran, adsorberade peptiden till membranet eller integrerades in i det. Till skillnad från detta, kunde inga signifikanta variationer detekteras för lipidmembranet som modellerade ett mänskligt membran vilket indikerar att det inte interagerar med peptiden LL37. Upptäckterna som presenteras i detta arbete sammanfaller generellt med andra, liknande studier där andra instrument använts för att undersöka LL37. Det kan ur materialet som presenterats här utläsas att TIR Raman visat sig lämpligt och effektivt i detekteringen av antimikrobiella peptider i kontakt med modeller av lipidmembran, och kan därav rekommenderas för fortsatta studier.

No description available.

No description available.