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Projekt
Importance Sampling in Chemical Space: Thermodynamische Eigenschaften aus High-Throughput-Simulationen mit vergröberten Modellen
Antragsteller
Professor Dr. Tristan Bereau
Fachliche Zuordnung
Theoretische Chemie: Elektronenstruktur, Dynamik, Simulation
Förderung
Förderung von 2016 bis 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 285228850
Das computergestützte rationale Design kleiner Moleküle zur Optimierung der Funktion eines biomolekularen Prozesses besitzt großes Potential, dem allerdings noch große Herausforderungen gegenüberstehen. In diesem Zusammenhang zeichnet sich die Verwendung von Computersimulationen noch immer durch einen hohen Rechenaufwand aus, wodurch die Zahl der innerhalb eines Projekts typischerweise berücksichtbaren Verbindungen auf etwa 10 - 100 begrenzt ist. Diese Arbeiten basieren auf dem Konzept der Exploration des Chemical Space mit Blick auf die Frage, wie molekulare Strukturen die gewünschte Funktion beeinflussen. Für eine systematische Herangehensweise an dieses Problem ist jedoch erforderlich, eine viel größere Zahl von Molekülen zu berücksichtigen. Ziel dieses Projekts ist daher die Entwicklung von High-Throughput-Methoden für biomolekulare Simulationen, die es erlauben, die freien Energien einer Vielzahl von Verbindungen unter bestimmten Umgebungsbedingungen zu bestimmen. Ermöglicht wird dieses durch die Kombination zweier komplementärer Techniken: Zum einen verringert die Verwendung von vergröberten (coarse-grained) Modellen sowohl den Rechenaufwand für die einzelnen Verbindungen als auch die Größe des Chemical Space selbst. Die Rolle der Vergröberungsmethode als Mittel zur gleichzeitigen Reduktion des Phasenraums und des Chemical Space unterstreicht den vielversprechenden Ansatz einer systematischen Untersuchung einer Reihe unterschiedlicher chemischer Strukturen. Zum anderen unterstützt die Einführung eines Importance-Sampling-Verfahrens eine direkte, gesteuerte Entwicklung von kleinen Molekülen zur Optimierung einer bestimmten Funktion. Diese neuartige Methodik wird auf zwei Szenarien angewandt: Insertion von Molekülen in eine Membran (z. B. Anästhetika) und Protein-Ligand-Bindung.
DFG-Verfahren
Emmy Noether-Nachwuchsgruppen
Internationaler Bezug
Schweiz
