Cheminformatics – Computergestützte Anwendungen in der Chemie
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BIOCHEMINFORMATICS
Frank Oellien, 10.11.04Intervet Innovation GmbH
Schwabenheim
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Cheminformatics – ComputergestützteAnwendungen in der Chemie
Cheminformatics – ComputergestützteAnwendungen in der Chemie

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
ÜbersichtÜbersicht

BIOCHEMINFORMATICS

BIOCHEMINFORMATICS
Akzo Nobels GeschäftsbereicheAkzo Nobels Geschäftsbereiche
28%
39%
33%
Pharma Coatings Chemicals
Umsatz 2002 ca. 14.0 Milliarden Euro (€)Ca. 68 000 Beschäftigte in 80 Ländern

BIOCHEMINFORMATICS
Forschung Produktion Forschung und Produktion
16 Forschung
19 Produktion
58 Filialen
5000 Beschäftigte
Intervets StandorteIntervets Standorte

BIOCHEMINFORMATICS
2002 in m $ In % In mio $1 Pfizer (+ Pharmacia)* 1625 9.1 1352 Merial 1505 3.8 553 Intervet 1019 3.9 384 Bayer 736 4.3 305 Elanco 693 1.0 76 Schering-Plough 677 -2.4 -177 Fort Dodge 653 -15.8 -1238 Novartis 521 12.1 569 Virbac 333 11.3 34
10 Alpharma 320 -4.0 -13
* Proforma Ergebnis, unter der Annahme, daß keine Produkte eingestellt werden
Rang Firma Umsatz Zuwachs Per. 01/02
Intervets WeltmarktplatzierungIntervets Weltmarktplatzierung

BIOCHEMINFORMATICS
14%
12%
53%
21%
Europe USA and Canada Latin America Rest of World
Ca. 1,081 Milliarden Euro (€)
Europa USA und Canada Lateinamerika Übrige Welt
Intervets Verkauf 2002Intervets Verkauf 2002

BIOCHEMINFORMATICS
49%
13%
12%
17%
9%
Biologicals AntiparasiticsAntiinfectives Other PharmaceuticalsFeed Additives
BiologikaAntiinfektivaFutter-Zusatzstoffe
AntiparasitikaWeitere Pharmazeutika
Produkt SegmenteProdukt Segmente

BIOCHEMINFORMATICS
Panacur®
Breitband Anthelmintikum mit einem herausragenden Sicherheitsprofil für die Verwendung in allen Tieren.
Panacur®
Breitband Anthelmintikum mit einem herausragenden Sicherheitsprofil für die Verwendung in allen Tieren.
Cobactan®
Eine Reihe von Antiinfektiva-Formulierungen auf Basis des
proprietären Moleküls Cefquinome
Cobactan®
Eine Reihe von Antiinfektiva-Formulierungen auf Basis des
proprietären Moleküls Cefquinome
MKS-Impfstoffe und MKS-Marker TestsImpfstoff und Test ermöglichen die Unterscheidung geimpfter und infizierter Tiere
MKS-Impfstoffe und MKS-Marker TestsImpfstoff und Test ermöglichen die Unterscheidung geimpfter und infizierter Tiere
Nobivac® E. coli inacInaktivierter Impfstoff, der 93%
aller aus Hühnchen isoliertenE. coli Stämme abdeckt.
Nobivac® E. coli inacInaktivierter Impfstoff, der 93%
aller aus Hühnchen isoliertenE. coli Stämme abdeckt.
Produkt HighlightsProdukt Highlights

BIOCHEMINFORMATICS
1
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10
11
12
Finden
Entwickeln
Einführen
Arzneimittelforschung
20 SubstanzenVorklinische Entwicklung
ca. 10 Präparate
ca. 5Präparate
2 Präparate
1 Präparat
KlinischePhase I
KlinischePhase II
KlinischePhase III
KlinischePhase IV
Jahr
e
200-
250
Mio
. Eur
o
Werdegang eines MedikamentsWerdegang eines Medikaments

BIOCHEMINFORMATICS

BIOCHEMINFORMATICSB
ioC
hem
Info
rmat
ics
Targ
et Id
entif
izie
rung
& W
irkst
off D
esig
n Target DiscoveryMolekularbiologie
Lead DiscoveryAssay Development & HTS
Lead OptimizationKombinatorische und Medizinische Chemie
ProfilingBiologische und in vitro-vivo Profilierung
Product DevelopmentPräklinik / Klinik
Von der Idee zum ProduktVon der Idee zum Produkt

BIOCHEMINFORMATICS

BIOCHEMINFORMATICS
actttgataatagacttgtagatttttgcgtt
BioInformatikBioInformatik

BIOCHEMINFORMATICS
Rationales WirkstoffdesignRationales Wirkstoffdesign
Aktivitätsprüfung (HTS)Leitstrukturoptimierung
Chemoinformatik

BIOCHEMINFORMATICS
ChemoInformatik und MM 1ChemoInformatik und MM 1
Docking undin silco Screening
Homology Modelling
PharmakophorModelling

BIOCHEMINFORMATICS
ChemoInformatik und MM 2ChemoInformatik und MM 2
Berechnung phys.-chem.Eigenschaften
Substruktur- und Ähnlichkeitssuchen
Struktur-Aktivitäts-BeziehungenVorhersagemodelle
O
O
N
OClN
S
ON
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
-1 0 1 2 3 4 5 6 7
COSMO-KOC
exp.
logK
oc
Training Set rms=0.63
Test Set rms=0.72

BIOCHEMINFORMATICS
Who we are ...Who we are ...
Paul Selzer
Carsten Beyer
Richard MarhöferJörg Schröder
Andreas Krasky
Jörg Cramer
Anette Klinger
Andreas Rohwer
Frank Oellien
Kristin Engels Hon Tran

BIOCHEMINFORMATICS
• Gebiete– BioInformatik– ChemoInformatik– Molecular Modelling– Theoretische Chemie– Material Science
• Verbreitung und Bedeutung– Im akademischen Umfeld– In der Industrie
Computer und ChemieComputer und Chemie
Allgemeine Betrachtungen

BIOCHEMINFORMATICS
Die Natur der chem. VerbindungenDie Natur der chem. Verbindungen
TestosteronName
2D Struktur
3D Strukturen und Konformere Oberflächen und Eigenschaften

BIOCHEMINFORMATICS
SubstanznamenSubstanznamen
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

BIOCHEMINFORMATICS
2D Strukturen 12D Strukturen 1
Die Konnektivitätsinformation ist der zentrale Schlüssel
O
Cl
O
Line Notations (Strings)
SMARTS: OC(=O)C1=CC=CC=C1ClOC(=O)c1ccccc1Cl
SLN: C(C[2]:C(:CH:CH:CH:CH:@2)Cl)(=O)OH
Strukturaustauschformate

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2D Strukturen 22D Strukturen 2
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/

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3D versus 2D3D versus 2D
Strukturen sind keine 2D-Objekte
aus: Molecules are like Humans, Johann Gasteiger, Erlangen

BIOCHEMINFORMATICS
3D Strukturen 13D Strukturen 13D 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

BIOCHEMINFORMATICS
3D Strukturen 23D Strukturen 2VRML Structure Generator
Demo 1 Demo 2

BIOCHEMINFORMATICS
3D Strukturen 23D Strukturen 2VRML Structure Generator
Demo 1 Demo 2

BIOCHEMINFORMATICS
Struktur vs. OberflächenStruktur vs. Oberflächen
Moleküle haben Oberflächen und Eigenschaften!
aus: Molecules are like Humans, Johann Gasteiger, Erlangen

BIOCHEMINFORMATICS
Oberflächen und EigenschaftenOberflächen und Eigenschaften
MOLSURF, http://www2.chemie.uni-erlangen.de/services/molsurf/
Demo

BIOCHEMINFORMATICS
Oberflächen und EigenschaftenOberflächen und Eigenschaften
MOLSURF, http://www2.chemie.uni-erlangen.de/services/molsurf/
Demo

BIOCHEMINFORMATICS
Atom-OrbitaleAtom-Orbitale
Orbital Viewer, http://www.orbitals.com/orb/ov.htm
• Atomorbitale• Hybridorbitale

BIOCHEMINFORMATICS
Molekül-OrbitaleMolekül-Orbitale
OrbVis, http://www2.chemie.uni-erlangen.de/services/orbvis/

BIOCHEMINFORMATICS
Molekül-OrbitaleMolekül-Orbitale
OrbVis, http://www2.chemie.uni-erlangen.de/services/orbvis/

BIOCHEMINFORMATICS
Molekül-OrbitaleMolekül-Orbitale
OrbVis, http://www2.chemie.uni-erlangen.de/services/orbvis/

BIOCHEMINFORMATICS
FlexibilitätFlexibilität
Moleküle sind flexibel und nicht starr!
aus: Molecules are like Humans, Johann Gasteiger, Erlangen

BIOCHEMINFORMATICS
Spektren und NormalmodenSpektren und Normalmoden
ComSpec3D, http://www2.chemie.uni-erlangen.de/services/vrmlvib/
Demo

BIOCHEMINFORMATICS
Spektren und NormalmodenSpektren und Normalmoden
ComSpec3D, http://www2.chemie.uni-erlangen.de/services/vrmlvib/
Demo

BIOCHEMINFORMATICS
Spektren und NormalmodenSpektren und Normalmoden
ComSpec3D, http://www2.chemie.uni-erlangen.de/services/vrmlvib/
Demo

BIOCHEMINFORMATICS
ReaktionsanimierungReaktionsanimierung
VRML Animation Generator, http://www2.chemie.uni-erlangen.de/services/vrmlanim/
Demo

BIOCHEMINFORMATICS
ReaktionsanimierungReaktionsanimierung
VRML Animation Generator, http://www2.chemie.uni-erlangen.de/services/vrmlanim/
Demo

BIOCHEMINFORMATICS
• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •
Vielen Dank für Ihr InteresseVielen Dank für Ihr Interesse

BIOCHEMINFORMATICS
• JMolhttp://jmol.sourceforge.net/preview/
• MolSurfhttp://www2.chemie.uni-erlangen.de/services/molsurf/
• ComSpec3Dhttp://www2.chemie.uni-erlangen.de/services/vrmlvib/
• Datenbankenhttp://cactus.nci.nih.gov/ncidb2/http://www.chemfinder.com
Online-DemosOnline-Demos