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

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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

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Forschung Produktion Forschung und Produktion

16 Forschung

19 Produktion

58 Filialen

5000 Beschäftigte

Intervets StandorteIntervets Standorte

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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

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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

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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

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1

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3

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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

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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

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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

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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

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• 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

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Die Natur der chem. VerbindungenDie Natur der chem. Verbindungen

TestosteronName

2D Struktur

3D Strukturen und Konformere Oberflächen und Eigenschaften

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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

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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

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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

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3D Strukturen 23D Strukturen 2VRML Structure Generator

Demo 1 Demo 2

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3D Strukturen 23D Strukturen 2VRML Structure Generator

Demo 1 Demo 2

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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/

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Molekül-OrbitaleMolekül-Orbitale

OrbVis, http://www2.chemie.uni-erlangen.de/services/orbvis/

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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

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Spektren und NormalmodenSpektren und Normalmoden

ComSpec3D, http://www2.chemie.uni-erlangen.de/services/vrmlvib/

Demo

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ReaktionsanimierungReaktionsanimierung

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

Demo

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ReaktionsanimierungReaktionsanimierung

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

Demo

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Frank.Oellien@intervet.com

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Vielen Dank für Ihr InteresseVielen Dank für Ihr Interesse

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• 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