Cheminformatics – Computergestützte Anwendungen in der Chemie

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Advanced training for high school teachers as part of the Curie AG, University of Hannover, 2001

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Cheminformatics – Computergestützte Anwendungen in der Chemie

  1. 1. BIOCHEMINFORMATICS • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • Cheminformatics – Computergestützte Anwendungen in der Chemie Frank Oellien, 10.11.04 Intervet Innovation GmbH Schwabenheim
  2. 2. Übersicht BIOCHEMINFORMATICS • Intervet Innovation GmbH – Übersicht – Computergestützte Wirkstoffforschung • Computeranwendungen in der Chemie • Die Natur der Moleküle – – – – 2D Strukturen 3D Strukturen Oberflächen und Eigenschaften Flexibilität • Online-Demos
  3. 3. BIOCHEMINFORMATICS
  4. 4. Akzo Nobels Geschäftsbereiche BIOCHEMINFORMATICS Umsatz 2002 ca. 14.0 Milliarden Euro (€) Ca. 68 000 Beschäftigte in 80 Ländern 39% 33% 28% Pharma Coatings Chemicals
  5. 5. Intervets Standorte BIOCHEMINFORMATICS 16 Forschung 19 Produktion 58 Filialen 5000 Beschäftigte Forschung Produktion Forschung und Produktion
  6. 6. Intervets Weltmarktplatzierung BIOCHEMINFORMATICS Rang Firma 2002 Umsatz Zuwachs Per. 01/02 in m $ In % In mio $ 1 2 Pfizer (+ Pharmacia)* Merial 1625 1505 9.1 3.8 135 55 3 Intervet 1019 3.9 38 4 Bayer 736 4.3 30 5 Elanco 693 1.0 7 6 Schering-Plough 677 -2.4 -17 7 Fort Dodge 653 -15.8 -123 8 Novartis 521 12.1 56 9 Virbac 333 11.3 34 Alpharma 320 -4.0 -13 10 * Proforma Ergebnis, unter der Annahme, daß keine Produkte eingestellt werden
  7. 7. Intervets Verkauf 2002 BIOCHEMINFORMATICS Ca. 1,081 Milliarden Euro (€) 12% 14% 53% 21% Europa Europe USA und Canada USA andCanada Lateinamerika Latin America Übrige Welt Rest of World
  8. 8. Produkt Segmente BIOCHEMINFORMATICS 9% 17% 49% 12% 13% Biologicals Biologika Antiinfectives Antiinfektiva Futter-Zusatzstoffe Feed Additives Antiparasitics Antiparasitika Other Pharm aceuticals Weitere Pharmazeutika
  9. 9. Produkt Highlights BIOCHEMINFORMATICS Panacur® Nobivac® E. coli inac Inaktivierter Impfstoff, der 93% aller aus Hühnchen isolierten E. coli Stämme abdeckt. Cobactan® Eine Reihe von AntiinfektivaFormulierungen auf Basis des proprietären Moleküls Cefquinome Breitband Anthelmintikum mit einem herausragenden Sicherheitsprofil für die Verwendung in allen Tieren. MKS-Impfstoffe und MKS-Marker Tests Impfstoff und Test ermöglichen die Unterscheidung geimpfter und infizierter Tiere
  10. 10. Werdegang eines Medikaments BIOCHEMINFORMATICS 1 3 20 Substanzen Vorklinische Entwicklung 4 5 Jahre Arzneimittelforschung ca. 10 Präparate 6 7 Entwickeln ca. 5 Präparate Klinische Phase I Klinische Phase II 8 9 10 2 Präparate 1 Präparat Klinische Phase III 11 12 Einführen Klinische Phase IV 200-250 Mio. Euro 2 Finden
  11. 11. BIOCHEMINFORMATICS
  12. 12. Von der Idee zum Produkt Target Identifizierung & Wirkstoff Design BioChemInformatics BIOCHEMINFORMATICS Target Discovery Molekularbiologie Lead Discovery Assay Development & HTS Lead Optimization Kombinatorische und Medizinische Chemie Profiling Biologische und in vitro-vivo Profilierung Product Development Präklinik / Klinik
  13. 13. BIOCHEMINFORMATICS
  14. 14. BioInformatik BIOCHEMINFORMATICS actttgataatagacttgtagatttttgcgtt
  15. 15. Rationales Wirkstoffdesign BIOCHEMINFORMATICS Leitstrukturoptimierung Aktivitätsprüfung (HTS) Chemoinformatik
  16. 16. ChemoInformatik und MM 1 BIOCHEMINFORMATICS Homology Modelling Pharmakophor Modelling Docking und in silco Screening
  17. 17. ChemoInformatik und MM 2 BIOCHEMINFORMATICS O N O Substruktur- und Ähnlichkeitssuchen N O O Cl N S 7 Training Set rms=0.63 6 Test Set rms=0.72 5 exp. logKoc 4 3 2 1 0 -1 Berechnung phys.-chem. Eigenschaften -1 0 1 2 3 4 COSMO-KOC Struktur-Aktivitäts-Beziehungen Vorhersagemodelle 5 6 7
  18. 18. BIOCHEMINFORMATICS Paul Selzer Jörg Schröder Richard Marhöfer Andreas Rohwer Jörg Cramer Who we are ... Anette Klinger Carsten Beyer Frank Oellien Kristin Engels Andreas Krasky Hon Tran
  19. 19. Computer und Chemie BIOCHEMINFORMATICS Allgemeine Betrachtungen • Gebiete – – – – – BioInformatik ChemoInformatik Molecular Modelling Theoretische Chemie Material Science • Verbreitung und Bedeutung – Im akademischen Umfeld – In der Industrie
  20. 20. Die Natur der chem. Verbindungen BIOCHEMINFORMATICS 2D Struktur Testosteron Name 3D Strukturen und Konformere Oberflächen und Eigenschaften
  21. 21. Substanznamen BIOCHEMINFORMATICS Substanznamen sind ungeignet • unterschiedliche Schreibweisen (IUPAC, etc…) • Trivialnamen (z.B. Salzsäure, Natronlauge, Zyankali) • Synonyme und ID (z.B. AHNO 5555, CAS 100-52-7) • Nomenklatur komplexer Strukturen problematisch • ACD/IUPAC Name ACD/Name-to-Structure • BioRad IUPAC NameIt und DrawIt ► Datenbankrecherchen fehleranfällig ► Zu umständlich
  22. 22. 2D Strukturen 1 BIOCHEMINFORMATICS Die Konnektivitätsinformation ist der zentrale Schlüssel Strukturaustauschformate Cl O O Line Notations (Strings) SMARTS: OC(=O)C1=CC=CC=C1Cl OC(=O)c1ccccc1Cl SLN: C(C[2]:C(:CH:CH:CH:CH:@2)Cl)(=O)OH
  23. 23. 2D Strukturen 2 BIOCHEMINFORMATICS Struktur-Zeichenprogramme • MDL ISIS Draw • ACD ChemSketch • CACTVS • ChemDraw • ACD Drawing Applet • JChemPaint • Marvin • JME • C-Design • BioRad KnowItAll • GIF/PNG-Creator for 2D Plots of Chemical Structures: http://cactus.nci.nih.gov/services/gifcreator/
  24. 24. 3D versus 2D BIOCHEMINFORMATICS Strukturen sind keine 2D-Objekte aus: Molecules are like Humans, Johann Gasteiger, Erlangen
  25. 25. 3D Strukturen 1 BIOCHEMINFORMATICS 3D Struktur-Generatoren • CORINA, http://www2.chemie.uni-erlangen.de/software/corina/free_struct.htm 3D Struktur-Generatoren/Betrachter • VRML File Creator for Chemical Structures, http://www2.chemie.uni-erlangen.de/services/vrmlcreator • Online Smiles Translator • BioRad KnowItAll • ACD/Labs ChemSketch / 3D Viewer • ChemDraw 3D Struktur-Betrachter • • • • JMOL JSV Rasmol und Chime und viele andere mehr
  26. 26. 3D Strukturen 2 BIOCHEMINFORMATICS VRML Structure Generator Demo 1 Demo 2
  27. 27. 3D Strukturen 2 BIOCHEMINFORMATICS VRML Structure Generator Demo 1 Demo 2
  28. 28. Struktur vs. Oberflächen BIOCHEMINFORMATICS Moleküle haben Oberflächen und Eigenschaften! aus: Molecules are like Humans, Johann Gasteiger, Erlangen
  29. 29. Oberflächen und Eigenschaften BIOCHEMINFORMATICS MOLSURF, http://www2.chemie.uni-erlangen.de/services/molsurf/ Demo
  30. 30. Oberflächen und Eigenschaften BIOCHEMINFORMATICS MOLSURF, http://www2.chemie.uni-erlangen.de/services/molsurf/ Demo
  31. 31. Atom-Orbitale BIOCHEMINFORMATICS Orbital Viewer, http://www.orbitals.com/orb/ov.htm • Atomorbitale • Hybridorbitale
  32. 32. Molekül-Orbitale BIOCHEMINFORMATICS OrbVis, http://www2.chemie.uni-erlangen.de/services/orbvis/
  33. 33. Molekül-Orbitale BIOCHEMINFORMATICS OrbVis, http://www2.chemie.uni-erlangen.de/services/orbvis/
  34. 34. Molekül-Orbitale BIOCHEMINFORMATICS OrbVis, http://www2.chemie.uni-erlangen.de/services/orbvis/
  35. 35. Flexibilität BIOCHEMINFORMATICS Moleküle sind flexibel und nicht starr! aus: Molecules are like Humans, Johann Gasteiger, Erlangen
  36. 36. Spektren und Normalmoden BIOCHEMINFORMATICS ComSpec3D, http://www2.chemie.uni-erlangen.de/services/vrmlvib/ Demo
  37. 37. Spektren und Normalmoden BIOCHEMINFORMATICS ComSpec3D, http://www2.chemie.uni-erlangen.de/services/vrmlvib/ Demo
  38. 38. Spektren und Normalmoden BIOCHEMINFORMATICS ComSpec3D, http://www2.chemie.uni-erlangen.de/services/vrmlvib/ Demo
  39. 39. Reaktionsanimierung BIOCHEMINFORMATICS VRML Animation Generator, http://www2.chemie.uni-erlangen.de/services/vrmlanim/ Demo
  40. 40. Reaktionsanimierung BIOCHEMINFORMATICS VRML Animation Generator, http://www2.chemie.uni-erlangen.de/services/vrmlanim/ Demo
  41. 41. BIOCHEMINFORMATICS • • • • • • • • • • Vielen Dank für Ihr Interesse Frank.Oellien@intervet.com • • • • • • • • • • •
  42. 42. Online-Demos BIOCHEMINFORMATICS • JMol http://jmol.sourceforge.net/preview/ • MolSurf http://www2.chemie.uni-erlangen.de/services/molsurf/ • ComSpec3D http://www2.chemie.uni-erlangen.de/services/vrmlvib/ • Datenbanken http://cactus.nci.nih.gov/ncidb2/ http://www.chemfinder.com

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