KI nicht mehr wegzudenken

Ligandenbasierte Methoden wurden über die Zeit optimiert, um die genannten Einschränkungen zu adressieren. Die Codierung der räumlichen Darstellung von Molekülen im Computer, die Integration von physikochemischen Parametern wie logP-Werten und komplexere Architekturen wie KNN erlauben seit Mitte der 1990er-Jahre die routinemäßige Anwendung in virtuellen Screeningverfahren.

Screeningverfahren, sowohl im Experiment als auch am Computer, identifizieren immer Verbindungen, die mit einer Zielstruktur interagieren oder eine Wirkung auslösen.

Besonders im Zusammenspiel mit Daten aus Hochdurchsatz-Screeningverfahren ist virtuelles Screening attraktiv, da so biologische Aktivitäten für eine hohe Anzahl an Liganden vorliegen. Das Hochdurchsatz-Screening ist ein experimentelles Screeningverfahren, bei dem Verbindungen in biologischen Testverfahren identifiziert werden. Diese Verfahren sind allerdings zeitaufwendig und teuer. In Hochdurchsatz-Screeningverfahren sollen viele Zehntausende Verbindungen möglichst automatisiert und schnell getestet werden. Virtuelles Screening hingegen bezeichnet das Screenen von Verbindungen aus virtuellen Liganden-Bibliotheken.

Virtuelle Screeningverfahren sind dabei vor allem nützlich, um die chemische Diversität der Liganden zu erweitern. Hintergrund hierfür ist, dass obwohl in Hochdurchsatz-Screeningverfahren viele Tausende, Zehntausende oder Hundertausende Verbindungen getestet werden, sie immer nur einen Bruchteil der chemischen Diversität von Arzneistoffen darstellen, die sich auf schätzungsweise 10⁶⁰ mögliche Verbindungen beläuft (3). Eine solche Anzahl an Verbindungen darzustellen, ist synthetisch gar nicht möglich, unter anderem, weil nicht genug Atome im Universum dafür vorhanden wären.

Klassischerweise beschränkt man virtuelle Screenings nur auf chemische Verbindungen, die auch synthetisierbar sind und wirkstoffartige Eigenschaften besitzen. Solche Verbindungen werden in Datenbanken gespeichert. Als Standard gilt die ZINC-Datenbank (4). Typischerweise wird zur Wirkstoffentwicklung dann eine limitierte Anzahl der virtuell gescreenten Verbindungen bestellt und experimentell auf ihre Aktivität untersucht. Dies limitiert die Zahl zu testender Verbindungen. Oft lassen sich zu diesem Zeitpunkt kritische Strukturelemente ableiten, die für die nachfolgende Optimierung wichtig sind.