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Vergabe der FIZ CHEMIE Berlin-Preise 2012 am 12.11. in Goslar

01.11.2012 - (idw) Fachinformationszentrum Chemie GmbH

FIZ CHEMIE Berlin-Preise 2012 gehen an Dr. Anselm Horn, Erlangen und Dipl.-Chem. Florian Pfeiffer, Stuttgart / Beiträge zur Arzneimittelforschung gegen Alzheimer und zur Verbesserung von Simulationsmethoden werden ausgezeichnet / Die Preise werden am 12. November auf der 8th German Conference on Chemoinformatics (GCC 2012) in Goslar (Beginn 15.10 h) überreicht; die Preisträger stellen ihre Arbeiten vor. Die FIZ CHEMIE Preise 2012 gehen an Dr. Anselm H. C. Horn und Florian Pfeiffer. Die beiden Wissenschaftler haben mit ihren Abschlussarbeiten jeweils hervorragende Ergebnisse zur Verbesserung von computergestützten Simulationen chemischer Vorgänge geliefert. Die Fachgruppe Chemie-Information-Computer (CIC) der Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V. (GDCh) zeichnet sie für ihre Forschungserfolge mit dem FIZ CHEMIE Preis 2012 aus. Der Preis wird an Nachwuchswissenschaftler vergeben, die mit ihrer Dissertation, Master- oder Diplomarbeit eine besondere Leistung zur Weiterentwicklung des Fachgebietes erbringen.
Computerbasierte Forschungsmethoden und Simulationswerkzeuge sind aus der Chemieforschung nicht mehr wegzudenken. In allen Fachgebieten, die auf ihr aufbauen, werden sie heute ganz selbstverständlich als Ergänzung und Unterstützung zu den traditionellen Methoden im Labor eingesetzt. Die Simulationen dienen dazu, neue chemische Verbindungen zu entwerfen, sie (rechnerisch) unterschiedlichen Bedingungen auszusetzen, Reaktionen zu simulieren, neue Arzneimittel zu entwerfen und Wirkmechanismen zu verstehen bzw. vorherzusagen. Auf diese Weise kann zum Beispiel der Kreis von Ausgangsstoffen für experimentelle Untersuchungen auf vielversprechende Kandidaten eingegrenzt und so Zeit und Geld gespart werden. Bei Gefahrstoffen erhöhen Simulationen auch die Arbeitssicherheit.
Anselm Horn hat in seiner Doktorarbeit durch Simulationen wertvolle Erkenntnisse für die Entwicklung eines potentiellen Medikamentes zur Behandlung der Alzheimer-Krankheit gewonnen und einen konkreten Vorschlag zum Wirkmechanismus von Vorläufer-Arzneimitteln gegen Alzheimer unterbreitet. Im theoretischen Teil hat er eine Methode zur quantenchemischen Berechnung des elektrostatischen Potentials in Molekülen entwickelt und programmiert, sowie Simulationsparameter für modifizierte Eiweißbausteine entworfen. Die Ergebnisse stehen der Wissenschaft nun für vielfältige Forschungsarbeiten zur Verfügung, bei denen z.B. solche Eiweißstoffe eine Rolle bei der Signalweiterleitung in der Zelle spielen. Die Dissertation wurde in der Arbeitsgruppe von Professor Dr. rer. nat. Heinrich Sticht, Professor für Bioinformatik am Institut für Biochemie der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg verfasst. Insgesamt 14 Publikationen und ein Patent sind bislang daraus hervorgegangen.
Florian Pfeiffer hat in seiner ausgezeichneten Diplomarbeit ein Computerprogramm erstellt, das eine konsistente Beschreibung von Schwingungszuständen in Molekülen möglich macht und es in ein übergeordnetes Programmpaket implementiert, das weltweit von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern in Industrie und Forschung verwendet wird. Die akkurate Berechnung molekularer Schwingungsspektren wird mit der Größe von Molekülen immer schwieriger, da Resonanzen zwischen Schwingungszuständen mit der zunehmenden Zustandsdichte wahrscheinlicher werden. Das Programm bringt bei Simulationen qualitativ dieselben Ergebnisse wie bisher verfügbare Programme, ist dabei aber um ein Vielfaches schneller. Der junge Chemoinformatiker hat seine Diplomarbeit in der Arbeitsgruppe von Professor Dr. Guntram Rauhut am Institut für Theoretische Chemie der Universität Stuttgart angefertigt.

Ausführlichere Informationen zur Arbeit von Dr. Anselm Horn
Die Doktorarbeit von Anselm Horn trägt den Titel: Entwicklung computerchemischer Simulationsmethoden und Anwendung auf das Amyloid- Peptid der Alzheimer-Krankheit. Zu diesem Forschungsthema erklärt sein Doktorvater an der Universität Erlangen-Nürnberg, Prof. Heinrich Sticht: Trotz großer Anstrengungen existiert bisher noch kein einziger Wirkstoff, der das Fortschreiten der Alzheimer-Krankheit aufhalten kann. Ein strukturelles Verständnis der Krankheit wird durch die große Variabilität der Konformation und des Aggregationszustandes des Amyloid- Peptids erschwert.
Die Arbeit von Anselm Horn hat hierzu wichtige Erkenntnisse gebracht. Im Methodenteil beschäftigte er sich zunächst mit verfügbaren Verfahren für die Berechnung des elektrostatischen Potentials in Molekülen. Diese Eigenschaft, die positiv bzw. negativ geladene Molekülbereiche beschreibt, spielt z.B. bei der Arzneistoffentwicklung eine große Rolle. Dazu entwickelte er eine neue quantenchemische Methode, die gegenüber bisherigen Algorithmen einen deutlichen Gewinn an Rechenzeit, Genauigkeit und Anwendungsbreite aufweist. Darüber hinaus entwickelte er für die Untersuchung phosphorylierter Eiweiße einen einheitlichen Satz geeigneter Simulationsparameter.
Im Anwendungsteil untersuchte er in Simulationen die Bewegungen derjenigen Eiweißstoffe im menschlichen Körper, von denen man annimmt, dass sie die Alzheimer-Krankheit verursachen. Amyloid--Eiweiße kommen normalerweise in einer gesunden Form im Körper vor, können sich aber unter bestimmten Umständen so verformen, dass sie aggregieren und lange Fäden bilden, die man dann im Hirn von Patienten findet. Den Weg, wie sie sich umformen und dann zusammenlagern, versteht man bis heute nicht.
Nach Moleküldynamiksimulationen verschiedener Amyloid--Aggregate suchte Anselm Horn mit Hilfe weiterer Simulationen nach chemischen Substanzen, die als Wirkstoffe für mögliche Alzheimer-Medikamente in Betracht kommen. Es gelang ihm, einen Vorschlag für den Wirkmechanismus einer Klasse dieser Medikamentenvorläufer zu machen.
Für Fachkollegen erklärt Professor Sticht: Der herausragende Befund der Arbeit ist sicher das rationale Design von Hybridsubstanzen, die aus einem an Aminopyrazol-Trimer gebundenen D-Peptid bestehen. Experimentelle Studien haben gezeigt, dass diese Substanzen hocheffizient sowohl Fibrillen auflösen, als auch den Abbau neurotoxischer A-Oligomere ermöglichen und darüber hinaus in der Lage sind, A-bedingte neurologische Schäden zu verhindern. Seiner Ansicht nach hat Anselm Horn damit eindrucksvoll demonstriert, dass die Methoden der Chemoinformatik heute bereits einen signifikanten Beitrag zur Lösung komplexer medizinischer Fragestellungen beitragen können.
Aus der Dissertation gingen ein Patent und 14 Veröffentlichungen hervor, u.a. in renommierten Journalen wie Angewandte Chemie, JACS, ACS Chemical Neuroscience.

Ausführlichere Informationen zur Arbeit von Florian Pfeiffer
Nach nur neun Semestern Studienzeit hat Florian Pfeiffer seine am Institut für Theoretische Chemie der Universität Stuttgart angefertigte Diplomarbeit mit dem Titel Beschleunigung selbstkonsistenter Multikonfigurationsmethoden zur Berechnung molekularer Schwingungszustände durch Einführung von Polynomen vorgelegt. Dabei hat sich der junge Wissenschaftler, so der Leiter der Arbeitsgruppe, Professor Dr. Guntram Rauhut, nicht nur ausgesprochen erfolgreich mit der anspruchsvollen Theorie auseinandergesetzt, sondern auch immer die Anwendung der Theorie auf forschungsrelevante Systeme gesucht.
Die Grundidee für seine Diplomarbeit hat der begabte Nachwuchswissenschaftler nach eigenen Worten aus der Elektronenstrukturtheorie abgeschaut. Der Ansatz ist schon seit 1971 bekannt, allerdings wurde er bislang nicht effizient in die Schwingungsstrukturtheorie übertragen. Die komplette Berechnung der Schwingungsspektren ist selbst für Moleküle mit einer Hand voll Atomen sehr aufwendig. Mehrere Arbeitskreise arbeiten an Lösungsansätzen. Florian Pfeiffer ist es nun gelungen, eine Methode zu entwickeln und zu programmieren, die eine konsistente und effiziente Beschreibung von Schwingungszuständen in Molekülen ermöglicht. Damit lassen sich Schwingungsspektren für Moleküle mit bis zu zehn Atomen sehr akkurat berechnen. Wichtig wird das zum Beispiel, wenn Resonanzen vorliegen, was bei großen Molek

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