EP1144345B1 - Verfahren zur kombinatorischen reaktionsfindung zur herstellung von nützlichen produkten - Google Patents

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EP1144345B1
EP1144345B1 EP00903606A EP00903606A EP1144345B1 EP 1144345 B1 EP1144345 B1 EP 1144345B1 EP 00903606 A EP00903606 A EP 00903606A EP 00903606 A EP00903606 A EP 00903606A EP 1144345 B1 EP1144345 B1 EP 1144345B1
Authority
EP
European Patent Office
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process according
starting materials
products
reaction
chemical
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP00903606A
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English (en)
French (fr)
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EP1144345A2 (de
Inventor
Michael Almstetter
Alexander Doemling
Katrin Illgen
Lutz Weber
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Morphochem AG
Original Assignee
Morphochem AG
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Publication date
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Publication of EP1144345B1 publication Critical patent/EP1144345B1/de
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C40—COMBINATORIAL TECHNOLOGY
    • C40B—COMBINATORIAL CHEMISTRY; LIBRARIES, e.g. CHEMICAL LIBRARIES
    • C40B50/00—Methods of creating libraries, e.g. combinatorial synthesis
    • C40B50/08—Liquid phase synthesis, i.e. wherein all library building blocks are in liquid phase or in solution during library creation; Particular methods of cleavage from the liquid support
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C40—COMBINATORIAL TECHNOLOGY
    • C40B—COMBINATORIAL CHEMISTRY; LIBRARIES, e.g. CHEMICAL LIBRARIES
    • C40B30/00—Methods of screening libraries
    • C40B30/04—Methods of screening libraries by measuring the ability to specifically bind a target molecule, e.g. antibody-antigen binding, receptor-ligand binding
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C40—COMBINATORIAL TECHNOLOGY
    • C40B—COMBINATORIAL CHEMISTRY; LIBRARIES, e.g. CHEMICAL LIBRARIES
    • C40B40/00—Libraries per se, e.g. arrays, mixtures
    • C40B40/04—Libraries containing only organic compounds

Definitions

  • the present invention relates to detection and Manufacture of chemical compounds with desired and useful physical, chemical and / or biological Properties by means of on multi-component reactions based iterative process.
  • the invention Compounds can be used as medicines, veterinary products, Vaccines, cosmetics, pesticides etc. or as additives to these or as ligands, Catalysts, catalytic cofactors, detector molecules, Polymers, peptides and adhesives are used.
  • the libraries with her limited number of sequential reactions which only a low diversity of the basic frameworks used allows.
  • Numerous molecular properties such as e.g. Lipophilia, oral bioavailability, biological Efficacy, metabolic stability etc. are included linked to these skeletons so that many of these properties cannot be represented with these substance libraries are.
  • Random substance libraries usually do not show the disadvantages of low diversity described above (JPDevlin, The Discovery of Bioactive Substances - High Throughput Screening, Marcel Dekkert, 1998 ).
  • the broad testing of these substance libraries for various biological effects is therefore a standard way of finding biologically active compounds.
  • the disadvantage of this process is that the compounds found in this way can often not be prepared with a simple, efficient and rapid synthesis.
  • the development of a combinatorial synthesis as an access to these compounds for the optimization of the substance properties is time-consuming and expensive.
  • Another disadvantage of these random substance libraries in their biological testing is that they are not systematically structured, which does not allow the exclusion of false positive or false negative test results due to SAB.
  • a process that involves searching for and manufacturing chemical compounds with a complex objective function that connects several desired properties or even a wide range of properties (for that chemical target compound) is not yet presented Service.
  • Another object of the present invention is a new access to new classes of substances such as polyketides, in just one or a few steps.
  • a method for fast and efficient detection and production of biological effective compounds provided which the above designated tasks, especially the tasks (a-h) solves, and thus corrects the shortcomings of known procedures.
  • a set of M is first different suitable for multicomponent reactions (MCR's) Educts selected. Then with these starting materials performed all MCR's possible with these starting materials are, preferably at least 3 starting materials and at most all starting materials are implemented together. At 5 Educts are e.g. Reactions of all combinations of three, and all combinations of four and one Reaction of the combination of five possible.
  • MCR's multicomponent reactions
  • the properties of the products are evaluated: If, for example, a product with an antibacterial activity against Pseudomonas aeruginosa is to be found, the product or products which have the best corresponding effect are selected.
  • the product of a 5-component reaction is good Properties, so it is with the products of the possible 4-component reactions compared to these components and also with products by 6-component reactions were produced, in addition to the 5 used in the 5-component reaction Educts another educt is used.
  • the product of the 4-component reaction has similarly good properties on how the product of the 5-component reaction, so the conclusion suggests that the 5th component does not close contributes to the properties of the product and e.g. only as Catalyst acts or is not involved in the reaction is.
  • the starting materials are determined, which too have chosen the product that is the best Has properties. Points out in the above Example the product made from 5 educts the best Properties, so these 5 educts in the other steps of the process.
  • At least one of the starting materials e.g. an amine component
  • 2, 3 or all of the starting materials can also be chemical be varied or modified.
  • the varied or modified starting materials are then unset under the same MCR as in the previous Stages of the process led to the optimal product Has.
  • the product or the products will be included selected the best properties and if necessary determined based on the variations or modifications, whereupon the improvement that may have occurred of the properties: found that the enlargement of a substituent an amine component to improve the properties leads, so when repeating the Steps to select starting materials in which at least one substituent is further enlarged on the amine component.
  • An advantage over the method disclosed here conventional method for drug binding is quick and efficient detection of chemical compounds, that fulfill a desired objective function.
  • the Objective function can e.g. a certain biological effectiveness and / or a spectrum of other desired pharmacological and be physico-chemical properties and is varied depending on the molecule searched for etc. Prefers these are therapeutic properties.
  • Another advantage of the method disclosed here is that neither the Knowledge of the chemical structure of the manufactured or Connections still have knowledge of the Experimental chemical reactions necessary is. The creation of complex structure-activity relationships is therefore not necessary.
  • Another advantage of the method disclosed here is that the desired product with a multi-component reaction can be produced, be it via an already known one or by one found in the process according to the invention new chemical reaction, and hence the product accessible through very simple chemical process steps is, even if it is structurally very complicated Connections.
  • Another advantage of the method disclosed here is that through the combinatorics of the different starting materials a variety of new and diverse chemical Basic structures emerge, whereby not only the substituents of these basic structures, but also the basic structures themselves can be varied and their suitability for the Find novel compounds with excellent properties being checked.
  • Another advantage is that the efficiency of the inventive method for detection and production of biologically active chemical compounds can be measured easily.
  • the method according to the invention can diversity, i.e. the information content of chemical Reactions, chemical compounds or substance libraries the individual phases of discovery, Optimization and production of chemical compounds can be adapted with the desired properties or can match them, especially since the advantages of combinatorial Substance libraries with those of the random libraries be united.
  • a method is thus disclosed that fast and efficient access to new connections with pharmacologically outstanding properties through the iterative selection of the starting materials, the production of selected products using multicomponent reactions and their biological, pharmacological and / or physico-chemical testing, especially their testing on their therapeutic potential, in several cycles.
  • the method can e.g. for the production of any Products with desired properties such as drugs Veterinary products, vaccines, cosmetics, Plant protection products etc. or additives to these or ligands, catalysts, catalytic cofactors, Detector molecules, polymers, peptides and adhesives be used.
  • the invention relates to both the method and also the products found with this process.
  • a number M of different chemical starting materials is selected that contain functional groups that are common in organic chemistry and suitable for multicomponent reactions (MRCs) such as Passerini or Ugi MCRs (J.March, Advanced Organic Chemistry , Wiley-Interscience, New York, 1984 ) -NC, -CO-, -CS-, -CN, -OCN, -NCO, -NO, -NO 2 , -ONO 2 , -CHO, -COOR, -COSR, -CSSR, -COCOOR, -SCN, - NCS, -halogen, -N 3 , -NNNR, -OR, -SR, -OCOOR, -SCOOR, -NRCOOR ', -OCSOR, -SCSOR, -NRCSOR', -OCSSR, -SCSSR, -NRCSSR ', -NRCSSR ', -NRCSSR ', -NRCSSR ',
  • Some of the functional groups can be provided with protective groups customary in organic chemistry (TWGreene, Protective Groups in Organic Synthesis, Wiley-Interscience, New York, 1981 ).
  • Such starting materials are preferably selected which are known to be good starting materials for multicomponent reactions, such as alpha-haloketones, esters, carboxylic acids, thiocarboxylic acids, aldehydes, amines, ketones, isonitriles, nitriles, alpha-keto acids, alpha-keto esters, and their derivatives and alpha-beta unsaturated variants, as well as combinations thereof, corresponding mono-, di-, tri-, tetra-, penta- or hexacarbonyl variants of the above-mentioned functional groups are particularly preferred.
  • these M educts are preferably encoded in a form that is accessible to an algorithm, binary, decimal or alphanumeric encodings being assigned to the selected educts either randomly or systematically.
  • An educt type of a certain chemical is preferred Class, such as Aldehydes, a characteristic basic coding such as. Assigned "A”, with particular preference different starting materials that fall into this class, like various special aldehydes, an additional coding like the numbers "1, 2, 3 " randomly assigned is, so that an alphanumeric coding A1 for benzaldehyde and A2 for acetaldehyde, or B1 for aniline and B2 for methylamine.
  • Designate chemical classes e.g. e.g. Aldehydes, amines, carboxylic acids, in particular they denote component groups of MCRs.
  • N different codes are obtained for M different starting materials.
  • the amount N is intended to mean the amount of the (different) educt classes or chemical classes, an educt according to the invention being able to be assigned to various such classes and coded accordingly, such as beta-ketopropionic acid which can be assigned to the class of ketones, carboxylic acids or beta-keto acids ,
  • a coding is particularly preferred in which each educt is coded in only one class at a time.
  • the product space i.e. the type and amount of expected products to be obtained at least in certain Frames are selected or specified.
  • M is preferably ⁇ 40, more preferably M ⁇ 30, even more preferred M ⁇ 20 and most preferred M ⁇ 12.
  • An advantage of the method according to the invention is that that a knowledge of the possible reactions this Educts can enter, is not required.
  • the optionally selected educts can be combined in one or more solvents such as methanol, tetrahydrofuran, dioxane, dimethyl sulfoxide, water or mixtures thereof, possibly with the exclusion of air or a nitrogen, oxygen, hydrogen or argon atmosphere in a temperature range between -60 ° C to 150 ° C become.
  • solvents such as methanol, tetrahydrofuran, dioxane, dimethyl sulfoxide, water or mixtures thereof, possibly with the exclusion of air or a nitrogen, oxygen, hydrogen or argon atmosphere in a temperature range between -60 ° C to 150 ° C become.
  • auxiliaries or catalysts such as Lewis acids such as boron trifluoride etherate, zinc chloride, ytterbium triflate, iron chloride, other acids such as hydrochloric acid, para-toluenesulfonic acid, acetic acid or bases such as potassium carbonate, triethylamine, cesium carbonate, or dehydrating agents such as molecular sieves or orthoesters can be used Find.
  • Lewis acids such as boron trifluoride etherate, zinc chloride, ytterbium triflate, iron chloride
  • other acids such as hydrochloric acid, para-toluenesulfonic acid, acetic acid or bases
  • acetic acid or bases such as potassium carbonate, triethylamine, cesium carbonate
  • dehydrating agents such as molecular sieves or orthoesters
  • reaction products obtained can further chemically modified in a subsequent step, worked up or suitable for step (3) Be prepared way.
  • Such a chemical modification can, for example Removal of the chemical protective groups e.g. by trifluoroacetic acid, or the hydrogenation of the products with the help of hydrogen, optionally with the addition of a hydrogenation catalyst such as. Palladium on carbon, platinum oxide, Be palladium acetate, or by oxidation the products with oxygen or another oxidizing agent such as. Bromine, hydrogen peroxide, tert-butyl peroxide or a suitable metal salt such as e.g. Cobalt chloride, or a suitable metal complex such as e.g. Iron hexacyanoferrate or chromium tetraphenyl porphyrinate or by irradiation with light of the wavelength 200-600 nm.
  • the reaction products can also with one or more enzymes such as oxidoreductases, Treated ligases, peptidases, lipases or isomerases become.
  • the processing of the products can be done in a known manner Way as by chromatography e.g. over silica gel or RP-18 silica gel, or solid phase extraction or removal unreacted starting materials by binding to one suitable solid support such as Ion exchange resins or chemically modified solid phase resins, or it can be the expected products by selective binding to such a solid support with subsequent washing and detachment are cleaned from this carrier.
  • chromatography e.g. over silica gel or RP-18 silica gel
  • solid phase extraction or removal unreacted starting materials by binding to one suitable solid support such as Ion exchange resins or chemically modified solid phase resins, or it can be the expected products by selective binding to such a solid support with subsequent washing and detachment are cleaned from this carrier.
  • reaction conditions, modifications, Refurbishments or preparations for testing can also in a form suitable for an algorithm, e.g. encoded in binary, decimal or alphanumeric form become.
  • a reaction product can thus e.g. either as a combination of the coding of the starting materials used or preferably as a combination of the coding of the used educts and the coding for the used Reaction conditions, modifications, refurbishments or preparations for testing are coded, whereby in a particularly preferred manner, both those used Educts, the reaction conditions, modifications, workups or preparations for testing as well the reaction vessels are encoded.
  • Such a coding is intended to be simplified as Genome of the reaction product can be called.
  • a third process step e.g. test solutions the products from the second process step e.g. in a biological and / or pharmacological and / or physico-chemical test for their biological activity, Effectiveness, side effects or selectivity and / or Another test procedure is the physico-chemical properties of these products examined.
  • concentration in the process step examined and determined two starting materials used.
  • the test to determine the biological or pharmacological Activity, effectiveness, side effects or selectivity is preferably with isolated proteins, Receptors, enzymes, or mixtures thereof, cells, cell lysates, complex cell systems, with organs or parts of it or several organs or also with whole organisms or membranes and optionally using of auxiliary substances, substrates necessary for the test or detection aids.
  • test procedure for the physico-chemical properties of the products can for example measure lipophilicity through the octanol-water partition coefficient, solubility in water, non-specific protein binding on e.g. Bovine serum albumin, the binding to the proteins of human serum plasma or chemical stability involve in cancer buffer.
  • test results obtained are preferably with the Genomes of the reaction products, preferably in one for the Algorithm accessible form, e.g. in a computer data file or correlated to a computer database.
  • the knowledge of the content of the individual Reaction products such as also knowledge of the expired chemical reaction or the existing new one chemical compounds and their structure not for that Procedure necessary because of the systematic nature of the Selection of a systematic evaluation of the test results allows. It may even be possible that in one or several of the parallel reaction vessels no reaction has expired without this being a disadvantage for the invention Represents procedure.
  • According to the invention contains the list of genomes and theirs assigned test results all for further optimization necessary information.
  • the method according to the invention can implicitly use a statistical analysis of the reactions and work steps carried out, the systematics used in the selection of the educts M making it possible to dispense with the precise and explicit knowledge of the chemical reactions and structures of the resulting compounds.
  • a reaction which is per se desirable and known does not take place, but another reaction which has not hitherto been known provides a new chemical compound which has desirable properties, such as, for example, oral bioavailability.
  • the corresponding genome of this reaction product and the associated test results thus implicitly also contain the process, as well as the yield and structure of the chemical compound from this new multicomponent reaction. This makes it possible to use this reaction with the algorithm according to the invention even without its explicit knowledge.
  • test results measured for the manufactured products are used to evaluate the preferably coded products and, for example, to sort them according to a predetermined objective function and to select at least one product.
  • this target function can be any combination of desired properties for the target compound sought and the sorting criterion can be derived from the extent to which the individual products fulfill this target function.
  • the products are preferably evaluated according to their concentration dependence.
  • the products can either be ranked sorted or in different evaluation categories to be grouped.
  • the target function can be any function that from the combination of the desired properties in the used test systems for the target connection is constructed. It is the evaluation criterion for the Sort or categorize the genomes by how individual corresponding products fulfill this objective function.
  • concentration dependence of the test results was determined and these in enter the objective function, i.e. these properties in different and concentration-dependent weighting enter into this objective function.
  • the target function is particularly preferably a linear one Combination or using a polynomial of these properties "fuzzy" logic weights, with particular preference given to the "fuzzy” logic weights individual properties of the Extent of fulfillment of other properties, as well as the The number of cycles already completed may depend.
  • Such an objective function can thus, according to the invention Take the form of a program that a genome in Dependence on various properties and conditions with logical and conditional links of different Rating functions rated differently.
  • such genomes can have a high Get a rating that e.g. high oral bioavailability own, or after several cycles several of these have desirable properties.
  • compounds according to the invention which are some desirable Have properties, but beyond also possess properties that are considered undesirable have been designated, e.g. a measured logD value for lipophilia above 5, a negative Receive rating, with the desirable properties can no longer be considered.
  • a new set of starting materials selected. Further a list of new experiments to be carried out, and the starting materials are selected accordingly Multi-component combinations combined and for Reaction brought, but preferably one already performed experiment not repeatedly proposed becomes.
  • At least one, preferably two, of the in process step (5), educts determined a variant or modification provided in the sense that in at least one substituent was exchanged for this starting material and / or introduced at least one (additional) substituent and / or an existing substituent by an H atom is replaced.
  • a combinatorial optimization method such as a genetic algorithm or a pattern recognition method such as a neural network or a combination of a genetic algorithm with a neural network can be used as the algorithm, wherein preferably a genetic algorithm or a pattern recognition method, such as a neural network or a combination of a genetic algorithm with a neural network implicitly or explicitly correlates the occurrence of desired properties with the components of the product genome of the previous generation.
  • Those components of the genomes of the products tested which are more likely to explicitly or implicitly correlate with the desired properties are preferably used for generating the new genomes, such genomes, the products of which have not received a good rating, are preferably not used for the generation of new genomes, and individual components of the new genomes are preferably and randomly selected from the number of possible codings by a random generator.
  • the assignment of the probability of a random selection of such a module can preferably depend on the type of this module, the genomes are particularly preferably divided into one or more groups, so-called populations.
  • the genomes of a group are particularly preferably used only for the generation of new genomes of a new group of genomes and thus each of these populations will generate a new population, preferably, after any number of cycles, all populations of genomes can be divided into a new number of populations with the same or a different number of genomes.
  • This realignment is particularly preferably carried out, when a product is particularly desirable in a population Has properties.
  • the different coding of the starting materials, the reaction conditions, Modifications, refurbishments or preparations for testing as well as the reaction vessels are defined.
  • this method step represents a Transfer of the natural evolution of biopolymers such as DNA, RNA or peptides on the chemistry of multicomponent reactions in connection with the properties of the chemical compounds produced by them. According to the invention becomes a significantly increased in this step Number of reaction options allowed.
  • There arbitrary building blocks by the algorithm according to the invention of the genome can be deleted or added, are e.g. Multiple uses of a block, such as Example of a starting material, a catalyst, etc. possible.
  • the starting materials and / or reactions / reaction conditions individually or several or all can be varied together.
  • the sixth Process step provided educts if necessary together with the others in process step (5) certain educts implemented:
  • E 2' implemented with E 1 , E 3 , E 4 and E 5 .
  • only one molecule is used in the reaction per starting material type, ie for example only one amine, one isocyanide, one carboxylic acid compound.
  • process steps four to seven are repeated until a reaction product is found which fulfills the criteria of the objective function, frequently up to 50, preferably up to 30, cycles are required to find such a product.
  • the probability of finding such a product can be estimated after 2 to 6 cycles, so a little promising way in one early stage can be canceled.
  • the difference between the average extent of fulfillment of the target criteria by the products of a genome population from a cycle x and the average extent of fulfillment of the target criteria by the products of a genome population from a later cycle x + i is used for this estimate, where i is a completely natural one Number is.
  • This difference can serve a new number of starting materials to select and the iterative method according to the invention to start over, especially if this difference is small is.
  • the in the Reaction product that has the desired properties has shown chemical compounds contained in the tests in a manner known per se, such as purified by chromatography or crystallization and their structure using known methods such as mass spectroscopy or NMR spectroscopy.
  • the new procedure is exemplary for the discovery and making a very wide variety of unnatural antibiotic, immunosuppressive, antineoplastic or antihelmintic polyketoid compounds described with desired properties in order to clarify the advantages over existing processes.
  • Polyketides are a structurally highly diverse family of natural products that are built up in nature through a common biosynthetic pathway. An exceptionally large number of substances with interesting biological activities were found in the polyketide family. For example, many representatives of the polyketides provide cancer drugs, antibiotics, antihelmintics, immunosuppresives, etc. Prominent, commercially available examples are the tetracycline antibiotics, FK 506 and rapamycin, adriamycin and epothilone, or monensin (Fig. 1).
  • Figure 1 Different structures of polyketides.
  • Polyketides are formed by almost all classes of organisms, primarily from mycelium-forming bacteria Class Actinomyces.
  • polyketides are synthesized using the so-called polyketide route. Putative polyketides are assumed to be the intermediate stage of biosynthesis (Fig.2).
  • Figure 2 A polyketide precursor that leads to different products depending on the cyclization mode.
  • Polyketide synthases are multifunctional enzyme complexes which are related to fatty acid synthases.
  • the structural diversity of the polyketides comes from the repetitive construction via decarboxylating claise condensation between different thioesters (mostly acetyl, Propionyl, butyryl, malonyl, methylmalonyl) to polyketides and their modifications such as Reduction to alcohols, Dehydration etc.
  • Any product of the polyketide synthesis route comes through a characteristic Number of cycles, at the end of the synthesis, often cleaved from the PKS with cyclization becomes.
  • the first Type I class is capable of complex macrolides such as. Synthesize erythromycin.
  • the second class Type II is able to produce aromatic products synthesize.
  • the new process is described by way of example for the production of a very large variety of unnatural antibiotic, immunosuppressive, antineoplastic or antihelmintic polyketides.
  • Example 1 Preparation of a substance library of different multicomponent reactions with an antibacterial effect.
  • 10 starting materials 1-10 (see Fig. 3) with different functional groups are selected: benzaldehyde 1 , aniline 2 , 3-phenyl-3-keto-propionic acid ethyl ester 3, 2,4-diketovaleric acid ethyl ester 4 , 3-keto- dimethyl glutarate 5 , 2-keto-propionaldehyde 6 , 3-methyl-2,4-diketopentane 7 , 3,5-diketo-5-phenyl-valeric acid 8, 2,4-diketo-phenyl-butyric acid 9 and diphenylmethanisononitrile 10 .
  • Figure 3 The selected starting materials for a combinatorial library of 1023 different multicomponent reactions.
  • the 10 starting materials were used as 0.05M solutions in ethanol presented the combination of the individual reactions.
  • the 1013 different possible combinations were under four different reaction conditions (set A, B, C, D).
  • Reaction set A from 1013 parallel batches was carried out without further additions.
  • Reaction set B was additionally added in each case 10 ⁇ l of a 0.2M solution of p-toluenesulfonic acid in EtOH.
  • reaction set C was also made for reaction set of 10 ⁇ l of a 0.2M solution of triethylamine in EtOH.
  • the germ suspension was centrifuged off, the pellet resuspended in fresh medium and incubated for a further 2 hours. The pellet was then resuspended in 0.9% NaCl solution and the cell number was adjusted to about 10 8 CFU / ml (bacteria) or 10 7 CFU / ml (yeast) using the standard curves.
  • the suspensions thus obtained were then diluted in CASO broth (bacteria) or Sabourad broth to about 10 6 CFU / ml. 15 ⁇ l of the solution of the reaction products was inoculated with 100 ⁇ l of these germ solutions. Immediately after the inoculation, as well as 7 and 22 hours of incubation, the plates were measured in a plate reader (Bio-tek EL 311 autoreader) at 550 nm.
  • reaction sets are analogous A, B, C and D compared with each other and accordingly the next cycle of the process the best reaction variants considered.
  • the process consists of (1) producing a algorithmic library of different multicomponent reactions, starting from a library more suitable and various types of chemical raw materials, the (2) biological testing of this library, the (3) Identification of suitable multicomponent reactions from this space of possible reactions, the (4) selection a variety of chemical starting materials of such types, those for the identified and suitable multicomponent reactions are needed, the (5) detection of optimal combinations of the so constructed chemical space of these suitable multi-component reactions through (6) algorithmic manufacturing and biological Testing compounds from this library.
  • the procedure is exemplified by the discovery of new antibiotic examples of effective polyketoid-like compounds explained.
  • Table 1 The inhibitory activity of reaction set A of the 1013 different reactions from starting materials 1-10 against Pseudomonas aeruginosa.
  • Table 2 The inhibitory activity of reaction set A of the 1013 different reactions from starting materials 1-10 against Staphylococcus aureus.
  • Table 3 Sequence of the inhibitory activity of the best starting material combinations of reaction set A according to a cycle of the process according to the invention against Pseudomonas aeruginosa.
  • Table 4 Sequence of the inhibitory activity of the best starting material combinations of reaction set A according to a cycle of the process according to the invention against Staphylococcus aureus.

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Auffindung und Herstellung von chemischen Verbindungen mit gewünschten und nützlichen physikalischen, chemischen und/oder biologischen Eigenschaften mittels eines auf Multikomponentenreaktionen basierenden iterativen Verfahrens. Die erfindungsgemäßen Verbindungen können als Medikamente, Veterinärprodukte, Impfstoffe, Kosmetika, Pflanzenschutzmittel etc. oder als Zusatzstoffe zu diesen oder als Liganden, Katalysatoren, katalytische Cofaktoren, Detektormoleküle, Polymere, Peptide und Klebstoffe Verwendung finden.
Verfahren zur Auffindung neuer chemischer Verbindungen mit gewünschten physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften und neuer Reaktionen zur Herstellung chemischer Verbindungen mit gewünschten physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften sind Gegenstand zahlreicher Patente, Verfahren, Methoden und wissenschaftlicher Untersuchungen. Diese sollen insbesondere jeweils eine oder mehrere der folgenden Aufgaben lösen:
  • (a) Die Generierung von neuen chemischen Reaktionen, Grundstrukturen, Verbindungen oder kombinatorischen Substanzbibliotheken,
  • (b) die Generierung hoher chemischer Diversität, wobei der Begriff Diversität als der Informationsgehalt einer chemischen Reaktion, Verbindung oder Substanzbibliothek definiert wird,
  • (c) die Bereitstellung von Verfahren zur Generierung von kombinatorischen Substanzbibliotheken,
  • (d) die Bereitstellung von Optimierungs- und anderen Verfahren zur Auffindung aktiver Verbindungen aus solchen Bibliotheken,
  • (e) die Bereitstellung von neuen biologischen Testsystemen und Verfahren;
  • (f) die Bereitstellung von Verfahren zur Synthese von gewünschten Verbindungen,
  • (g) die Analyse und Optimierung der Zeitdauer der einzelnen Schritte der Auffindung und Herstellung solcher Verbindungen, und
  • (h) die Analyse und Optimierung der Kosten der einzelnen Schritte der Auffindung und Herstellung solcher Verbindungen.
    • Keines der bisher bekannten Verfahren löst jedoch gleichzeitig alle der oben genannten Aufgaben (a-h). Das Ziel einer schnellen und effizienten Auffindung und Herstellung von nützlichen chemischen Verbindungen wird somit durch den Stand der Technik bestenfalls nur teilweise ermöglicht:
    Die (gezielte) Synthese von kombinatorischen Substanzbibliotheken ist als ein Weg zur Auffindung neuer chemischer Verbindungen mit gewünschten Eigenschaften beschrieben worden (Gallop, Journal of Medicinal Chemistry, 37(9), 1994, 1233-1250, Angemandle Chemie Jul.Ed.Bd. 34(20), 1995, Seihen 2280-2282). Diese Methode liefert eine große Zahl von neuen chemischen Verbindungen - eine Substanzbibliothek - bei der meist nur die Substituenten um ein gemeinsames chemisches Grundgerüst variiert werden.
    Darüber hinaus werden bei ihr die Bibliotheken mit einer beschränkten Anzahl sequentieller Reaktionen aufgebaut, die nur eine geringe Diversität der verwendeten Grundgerüste zuläßt. Zahlreiche molekulare Eigenschaften wie z.B. Lipophilie, orale Bioverfügbarkeit, biologische Wirksamkeit, metabolische Stabilität etc. sind jedoch mit diesen Grundgerüsten verknüpft, so daß viele dieser Eigenschaften mit diesen Substanzbibliotheken nicht darstellbar sind.
    Die generelle Diversität, d.h. der Informationsgehalt dieser systematischen Substanzbibliotheken ist also aufgrund ihres Aufbauprinzipes im Vergleich zu zufälligen Substanzbibliotheken gering. (Als zufällige Substanzbibliotheken werden hier solche Substanzsammlungen bezeichnet, die nicht durch ein einheitliches, systematisches Verfahren herstellbar sind, wie z.B. Naturstoffsammlungen.) Solche kombinatorischen Substanzbibliotheken weisen also aufgrund ihrer geringen Diversität und ihres redundanten Informationsgehaltes den Nachteil auf, daß bei ihnen eine verminderte Wahrscheinlichkeit besteht, interessante chemische Verbindungen mit der gewünschten biologischen Aktivität zu finden. Ferner weisen sie bezüglich der benötigten Zeit und der entstehenden Kosten für die Herstellung und Testung dieser Verbindungen Nachteile auf.
    Die geringe Diversität birgt jedoch auch Vorteile: da die Verbindungen immer als chemisch verwandte Familien hergestellt und getestet werden, erhält man jeweils limitierte Struktur-Aktivitäts-Beziehungen (SAB). Diese SAB ermöglichen den Ausschluß häufig auftretender Fehler bei der biologischen Testung, wie zum Beispiel falsch positive oder falsch negative Signale, die durch Gerätefehler, Verunreinigungen in den Testproben u.s.w. auftreten können. Weiterhin kann eine solche SAB Hinweise auf eine mögliche Optimierung der chemischen Verbindungen hinsichtlich ihrer biologischen und anderen Eigenschaften geben.
    Zufällige Substanzbibliotheken zeigen meist nicht die oben geschilderten Nachteile der geringen Diversität (J.P.Devlin, The Discovery of Bioactive Substances - High Throughput Screening, Marcel Dekkert, 1998). Die breite Testung dieser Substanzbibliotheken auf verschiedene biologische Wirksamkeiten ist deshalb ein Standardweg zur Auffindung biologisch wirksamer Verbindungen. Nachteil dieses Verfahrens ist jedoch, daß die so gefundenen Verbindungen sich oft nicht mit einer einfachen, effizienten und schnellen Synthese herstellen lassen. Die Ausarbeitung einer kombinatorischen Synthese als Zugang zu diesen Verbindungen für die Optimierung der Substanzeigenschaften ist zeitraubend und teuer. Ein weiterer Nachteil dieser zufälligen Substanzbibliotheken besteht bei ihrer biologischen Testung darin, daß sie nicht systematisch aufgebaut sind, was den Ausschluß falsch positiver oder falsch negativer Testergebnisse aufgrund von SAB nicht erlaubt. Solche SAB müssen nach dem Testen dieser Bibliotheken erst in einem Folgeschritt durch die Synthese chemisch verwandter Verbindungen aufgebaut werden. Hat man durch das Testen der Zufallsbibliotheken eine große Anzahl chemisch diverser Verbindungen mit interessanten biologischen Aktivitäten erhalten, so ist dieser nachfolgende Schritt äußerst zeitaufwendig, da für die Herstellung einer jeden dieser Verbindungen andere, nicht immer bekannte chemische Verfahren angewendet werden müssen. Dieses Verfahren führt deshalb oft zu einer Auswahl solcher Verbindungen, die sich chemisch leichter herstellen lassen, wobei kompliziertere Verbindungen, wie zum Beispiel Naturstoffe nicht weiter betrachtet werden.
    Verfahren zur Auffindung und Herstellung von biologisch wirksamen Verbindungen sind bereits beschrieben worden. Dazu zählen Verfahren wie Molekular Modelling, in denen entweder die Struktur des biologischen Zielmoleküls oder eine Serie von bekannten Verbindungen mit bekannter biologischer Aktivität benutzt werden, um neue und bessere Verbindungen zu planen. Dieses Verfahren ist jedoch aus verschiedenen Gründen nur beschränkt anwendbar, insbesondere dann, wenn die Struktur des biologischen Zielmoleküls nicht bekannt ist, oder noch keine Verbindungen mit bekannter Aktivität vorliegen.
    Andere Verfahren (Agrafiotis, System and Method of Automatically Generating Chemical Compounds with Desired Properties, US 5,463,564, Oct. 31, 1995) benötigen die komplizierte Auswertung von Struktur-Aktivitäts-Beziehungen, die wiederum die sequentielle, automatisierte Synthese von gereinigten Verbindungen mit bekannter Struktur voraussetzen. Solche expliziten Struktur-Aktivitäts-Beziehungen haben sich in der Vergangenheit als nur partiell nützlich erwiesen, da mit ihnen zwar teilweise eine Verbesserung der Aktivität am Zielmolekül vorausgesagt werden kann, jedoch andere Faktoren, wie z.B. orale Bioverfügbarkeit oder Toxizität, die eine andere Abhängigkeit von der Struktur zeigen, nicht berücksichtigt werden.
    Weiter ist ein Verfahren vorgestellt worden, welches die Auffindung und Herstellung von chemischen Verbindungen mit gewünschten Eigenschaften ohne Kenntnis der Struktur der synthetisierten Verbindungen beinhaltet (S. Kauffman, J. Rebek, Random Chemistry for the Generation of New Compounds, WO 94/24314). Dieses Verfahren verwendet jedoch eine Vielzahl von sequentiellen Syntheseschritten, um zu molekularer Diversität zu gelangen. Dabei wird die gewünschte Diversität nur dann erzielt, wenn die Zahl der verschiedenen chemischen Verbindungen in einer Synthese und Testprobe eine hohe Komplexität erreicht und einen superkritischen Punkt übersteigt. Dieses Verfahren beseitigt außerdem nicht die Probleme der Testung hochkomplexer und unbekannter Produktgemische, die bekanntermassen zu falsch positiven und falsch negativen Resultaten führen kann. Ferner ist die Identifizierung und Isolierung der in nur geringer Konzentration vorliegenden chemischen Verbindungen technisch aufwendig; auch ist die einfache Resynthese einer Verbindung aus einem solchen superkritischen Gemisch noch nicht gezeigt worden und sollte schwierig sein, wenn es sich nicht um biologisch amplifizierbare Verbindungen wie Peptide, DNA oder RNA, die nur beschränkte pharmazeutische Bedeutung haben, handelt.
    Ein Verfahren, welches die Suche nach und die Herstellung von chemischen Verbindungen mit einer komplexen Zielfunktion verbindet, die mehrere gewünschte Eigenschaften oder sogar ein breites Spektrum von Eigenschaften (für die chemische Zielverbindung) beinhaltet, ist noch nicht vorgestellt worden.
    Aufgrund der oben geschilderten Probleme besteht ein Bedarf an einem Verfahren zur schnellen und effizienten Auffindung und Herstellung biologisch wirksamer Verbindungen, welches die geschilderten Nachteile beseitigt.
    Weiter besteht ein Bedarf an einem Verfahren, daß die Herstellung strukturell neuer und naturstoffanaloger Verbindungen auf einfache Weise ermöglicht.
    Weiter besteht ein Bedarf an einem Verfahren, daß die einfache Testung dieser Verbindungen ermöglicht, wobei die Testresultate einen größtmöglichen Einfluß auf die weitere Herstellung neuer, verbesserter chemischer Substanzen haben sollen.
    Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein neuer Zugang zu neuen Substanzklassen wie Polyketiden, in nur einem oder wenigen Schritten.
    Erfindungsgemäß wird ein Verfahren für die schnelle und effiziente Auffindung und Herstellung von biologisch wirksamen Verbindungen bereitgestellt, welches die vorstehend bezeichneten Aufgaben, insbesondere die Aufgaben (a-h) löst, und somit die Mängel bekannter verfahren behebt.
    Das Verfahren umfaßt die folgenden Schritte:
  • (1) Auswahl von M unterschiedlichen für Multikomponentenreaktionen (MCRs) geeigneten Edukten,
  • (2) Umsetzung von jedem Edukt mit jeder möglichen Kombination von 2 bis zu M-1 anderen gemäß (1) ausgewählten Edukten,
  • (3) Analyse der Produkte,
  • (4) Bewertung der Produkte und Auswahl mindestens eines Produkts,
  • (5) Bestimmung der Edukte, die zu dem oder den in (4) ausgewählten Produkt(en) geführt haben, und
  • (6) Bereitstellung von mindestens einer Variante von mindestens einem der Edukte, die in (5) bestimmt wurden,
  • (7) Umsetzung der in (6) bereitgestellten Edukte gegebenenfalls mit den übrigen in (5) bestimmten Edukten im Rahmen einer MCR,
  • (8) Wiederholung der Schritte (4) bis (7) bis mindestens ein Produkt gefunden wird, das die gewünschte(n) Eigenschaft(en) aufweist, und
  • (9) gegebenenfalls Isolierung und Charakterisierung des Produkts.
    • Erfindungsgemäß wird also zunächst ein Satz von M unterschiedlichen für Multikomponenten-Reaktionen (MCR's) geeigneten Edukten ausgewählt. Dann werden mit diesen Edukten alle MCR's durchgeführt, die mit diesen Edukten möglich sind, wobei vorzugsweise mindestens 3 Edukte und maximal alle Edukte miteinander umgesetzt werden. Bei 5 Edukten sind also z.B. Reaktionen aller DreierKombinationen, und aller Vierer-Kombinationen und eine Reaktion der Fünfer-Kombination möglich.
    Sodann werden die Eigenschaften der entstandenen Produkte durch Analysen, Assays etc. festgestellt, wobei es nicht zwingend notwendig ist, die Produkte selbst zu analysieren oder ihre Struktur aufzuklären. Ein solcher Schritt ist jedoch selbstverständlich möglich und wird auch von der vorliegenden Erfindung umfaßt.
    Dann werden die Eigenschaften der Produkte bewertet: Soll z.B. ein Produkt mit einer antibakteriellen Wirkung gegen Pseudomonas aeruginosa gefunden werden, so werden das oder die Produkte ausgewählt, die die beste entsprechende Wirkung haben.
    Diese Produkte oder dieses Produkt kann dann gegebenenfalls mit dem nächstbesten Produkt oder den nächstbesten Produkten verglichen werden, um Rückschlüsse über mögliche Faktoren zu erlangen, die für die Wirkung des besten Produkts oder der besten Produkte relevant sind.
    Um festzustellen, durch welche MCR das optimale Produkt entstanden ist, kann es mit seinen Sub- und Suprakombinationen verglichen werden:
    Weist z.B. das Produkt einer 5-Komponentenreaktion gute Eigenschaften auf, so wird es mit den Produkten der mit diesen Komponenten möglichen 4-Komponentenreaktionen verglichen und außerdem mit Produkten, die durch 6-Komponentenreaktionen hergestellt wurden, bei denen zusätzlich zu den 5 bei der 5-Komponentenreaktion verwendeten Edukten ein weiteres Edukt verwendet wird. Weist z.B. das Produkt der 4-Komponentenreaktion ähnlich gute Eigenschaften auf wie das Produkt der 5-Komponentenreaktion, so liegt der Schluß nahe, daß die 5. Komponente nicht zu den Eigenschaften des Produkts beiträgt und z.B. nur als Katalysator wirkt oder gar nicht an der Reaktion beteiligt ist.
    Nach der Bewertung der Produkte werden eines oder mehrere Produkte ausgewählt.
    Im weiteren wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines einzigen ausgewählten Produkts beschrieben, wobei klar ist, daß auch mehrere Produkte ausgewählt und das Verfahren parallel mit mehreren Produkten durchgeführt werden kann.
    Im nächsten Schritt werden die Edukte bestimmt, die zu dem ausgewählten Produkt geführt haben, das die besten Eigenschaften aufweist. Weist im vorstehend angegebenen Beispiel das aus 5 Edukten hergestellte Produkt die besten Eigenschaften auf, so werden diese 5 Edukte in den weiteren Schritten des Verfahrens zugrunde gelegt.
    Mindestens eines der Edukte, z.B. eine Aminkomponente, wird dann in dem Sinne variiert bzw. modifiziert, daß z.B. mindestens ein Substituent ausgetauscht und/oder mindestens ein (weiterer) Substituent eingeführt wird. Selbstverständlich können auch 2, 3 oder alle Edukte chemisch variiert oder modifiziert werden.
    Die variierten bzw. modifizierten Edukte werden daraufhin im Rahmen der selben MCR ungesetzt, die in den vorherigen Stufen des Verfahrens zu dem optimalen Produkt geführt hat. Werden bei dem vorstehenden Beispiel z.B. 2 Edukte so modifiziert, daß von jedem dieser beiden Edukte eine weitere Variante vorliegt, die anderen drei Edukte jedoch unmodifiziert weiterverwendet werden, so sind drei neue Reaktionen desselben MCR-Typs möglich, da bei der einen Reaktion drei ursprüngliche Edukte und zwei neue Edukte und bei den beiden anderen Reaktionen vier ursprüngliche Edukte und jeweils ein modifiziertes Edukt eingesetzt werden können.
    Daraufhin wird wiederum das Produkt oder die Produkte mit den besten Eigenschaften ausgewählt und gegebenenfalls aufgrund der Variationen bzw. Modifikationen festgestellt, worauf die gegebenenfalls eingetretene Verbesserung der Eigenschaften zurückzuführen ist: Wird z.B. festgestellt, daß die Vergrößerung eines Substituenten an einer Aminkomponente zu einer Verbesserung der Eigenschaften führt, so wird man bei der Wiederholung der Schritte Edukte auswählen, bei denen mindestens ein Substituent an der Aminkomponente weiter vergrößert wird.
    Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden also bei einem bestimmten Satz von Edukten zunächst alle mittels Multikomponenten-Reaktionen herstellbaren Grundgerüste hergestellt und die Eigenschaften der unterschiedlichen Gerüste miteinander verglichen.
    In der zweiten Stufe des Verfahrens werden danach z.B. die Substituenten am ausgewählten Gerüst solange verändert, bis ein Produkt mit einer optimalen Wirkung gefunden wurde.
    Ein Vorteil des hier offenbarten Verfahrens gegenüber herkömmlichen Verfahren zur Wirkstoffindung ist die schnelle und effiziente Auffindung von chemischen Verbindungen, die eine gewünschte Zielfunktion erfüllen. Die Zielfunktion kann z.B. eine bestimmte biologische Wirksamkeit und/oder ein Spektrum anderer gewünschter pharmakologischer und physiko-chemischer Eigenschaften sein und wird je nach gesuchtem Molekül etc. variiert. Bevorzugt handelt es sich dabei um therapeutische Eigenschaften.
    Ein weiterer Vorteil des hier offenbarten Verfahrens ist, daß für die Auffindung solcher Verbindungen weder die Kenntnis der chemischen Struktur der herzustellenden bzw. hergestellten Verbindungen noch die Kenntnis der in den Experimenten ablaufenden chemischen Reaktionen notwendig ist. Die Erstellung komplexer Struktur-Aktivitäts-Beziehungen ist damit nicht notwendig.
    Ein weiterer Vorteil des hier offenbarten Verfahrens ist, daß das gewünschte Produkt mit einer Multikomponentenreaktion herstellbar ist, sei es über eine bereits bekannte oder durch eine in dem erfindungsgemäßen Verfahren gefundene neue chemische Reaktion, und daß somit das Produkt durch sehr einfache chemische Verfahrensschritte zugänglich ist, selbst wenn es sich um strukturell sehr komplizierte Verbindungen handelt.
    Ein weiterer Vorteil des hier offenbarten Verfahrens ist, daß durch die Kombinatorik der verschiedenen Startmaterialien eine Vielzahl neuer und verschiedenartiger chemischer Grundstrukturen entsteht, wobei nicht nur die Substituenten dieser Grundgerüste, sondern auch die Grundgerüste selbst variiert werden und auf ihre Eignung für das Finden neuartiger Verbindungen mit hervorragenden Eigenschaften geprüft werden.
    Ein weiterer Vorteil ist außerdem, daß die Effizienz des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Auffindung und Herstellung von biologisch wirksamen chemischen Verbindungen auf einfache Weise gemessen werden kann.
    Insbesondere kann also mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Diversität, d.h. der Informationsgehalt von chemischen Reaktionen, chemischen Verbindungen oder Substanzbibliotheken an die einzelnen Phasen der Auffindung, Optimierung und Herstellung von chemischen Verbindungen mit den gewünschten Eigenschaften angepaßt werden bzw. kann ihnen entsprechen, zumal die Vorteile kombinatorischer Substanzbibliotheken mit denen der Zufallsbibliotheken vereinigt werden.
    Erfindungsgemäß wird also ein Verfahren offenbart, das den schnellen und effizienten Zugang zu neuen Verbindungen mit pharmakologisch herausragenden Eigenschaften durch die iterative Selektion der Edukte, die Herstellung von selektionierten Produkten mittels Multikomponentenreaktionen und ihre biologische, pharmakologische und/oder physiko-chemische Testung, insbesondere ihre Testung auf ihr therapeutisches Potential, in mehreren Cyclen ermöglicht.
    Das Verfahren kann z.B. zur Herstellung von beliebigen Produkten mit gewünschten Eigenschaften wie z.B. Medikamenten, Veterinärprodukten, Impfstoffen, Kosmetika, Pflanzenschutzmitteln etc. oder Zusatzstoffen zu diesen oder Liganden, Katalysatoren, katalytischen Cofaktoren, Detektormolekülen, Polymeren, Peptiden und Klebstoffen eingesetzt werden.
    Gegenstand der Erfindung ist sowohl das Verfahren als auch die mit diesem Verfahren gefundenen Produkte.
    Im weiteren wird das Verfahren der vorliegenden Erfindung im Detail erläutert:
    1) In einem ersten Schritt wird also eine Anzahl M unterschiedlicher chemischer Startmaterialien (Edukte) ausgewählt, die mit in der Organischen Chemie üblichen und für Multikomponentenreaktionen (MRCs) wie Passerini- oder Ugi-MCRs geeigneten funktionellen Gruppen (J.March, Advanced Organic Chemistry, Wiley-Interscience, New York, 1984) ausgestattet sind, wie
    -NC, -CO-, -CS-, -CN, -OCN, -NCO, -NO, -NO2, -ONO2, -CHO, -COOR, -COSR, -CSSR, -COCOOR, -SCN, -NCS, -Halogen, -N3, -NNNR, -OR, -SR, -OCOOR, -SCOOR, -NRCOOR', -OCSOR, -SCSOR, -NRCSOR', -OCSSR, -SCSSR, -NRCSSR', -OCONR'R, -SCONR'R, -NRCONR'R", -NRR', -NRR'NR''R''', -CNNRR', -CNNRR'HX, -NRCONR'R", -NRCSNR'R", -RCOCR'R", -RCSCR'R", -COCRR-'Halogen, -RCNR'CR" wobei R, R', R" und R''' unabhängig voneinander H oder Alkyl, Aryl, Aralkyl, Hetaryl, oder Hetarylalkyl bedeuten können, wobei "Alkyl" vorzugsweise C1-C10-Alkyl bedeutet, "Ar(yl)" vorzugsweise bis zu 10, stärker bevorzugt bis zu 2 oder 3, vorzugsweise aromatische Ringe aufweist und "Het" vorzugsweise N, 0 oder S umfaßt,
    oder Epoxygruppen oder Carbene oder ungesättigte vinyloge Varianten (Alken, Alkin, Aryl) der vorstehend genannten funktionellen Gruppen, oder entsprechende Mono-, Di-, Tri-, Tetra-, Penta- oder Hexacarbonyl Varianten der vorstehend genannten funktionellen Gruppen,
    wobei insbesondere zwei, drei, vier oder mehrere der vorstehend genannten funktionellen Gruppen in einem oder mehreren dieser Edukte, insbesondere in geeigneter Kombination gleichzeitig vorliegen können.
    Ein Teil der funktionellen Gruppen kann mit in der Organischen Chemie üblichen Schutzgruppen (T.W.Greene, Protective Groups in Organic Synthesis, Wiley-Interscience, New York, 1981) versehen sein.
    Bevorzugt werden solche Edukte ausgewählt, die bekanntermaßen gute Edukte für Multikomponentenreaktionen sind, wie alpha-Haloketone, Ester, Carbonsäuren, Thiocarbonsäuren, Aldehyde, Amine, Ketone, Isonitrile, Nitrile, alpha-Ketosäuren, alpha-Ketoester, und deren Derivate und alpha-beta ungesättigte Varianten, sowie Kombinationen davon,
    wobei entsprechende Mono-, Di-, Tri-, Tetra-, Penta- oder Hexacarbonyl Varianten der vorstehend genannten funktionellen Gruppen besonders bevorzugt sind.
    Erfindungsgemäß werden diese M Edukte vorzugsweise in einer für einen Algorithmus zugänglichen Form kodiert, wobei den ausgewählen Edukten entweder zufällig oder systematisch binäre, dezimale oder alphanumerische Kodierungen zugeordnet werden.
    Bevorzugt wird einem Edukttyp einer bestimmten chemischen Klasse, wie z.B. Aldehyden, eine charakteristische Grund-Kodierung wie z.B. "A" zugeordnet, wobei besonders bevorzugt verschiedenen Edukten, die in diese Klasse fallen, wie verschiedene spezielle Aldehyde, eine zusätzliche Kodierung wie die Zahlen "1, 2, 3 ..." zufällig zugeordnet wird, so daß sich eine alphanumerische Gesamtkodierung A1 für Benzaldehyd und A2 für Acetaldehyd, oder B1 für Anilin und B2 für Methylamin ergibt.
    Chemische Klassen (Substanzklassen, Edukt-Typen) bezeichnen also z.B. Aldehyde, Amine, Carbonsäuren, insbesondere bezeichnen sie Komponentengruppen von MCRs.
    Für M verschiedene Edukte erhält man so erfindungsgemäß N verschiedene Kodierungen. Die Menge N soll dabei die Menge der (unterschiedlichen) Eduktklassen oder chemischen Klassen bedeuten, wobei ein Edukt erfindungsgemäß verschiedenen solcher Klassen zugeordnet und entsprechend kodiert werden kann, wie z.B. beta-Ketopropionsäure der Klasse der Ketone, der Carbonsäuren oder der beta-Ketosäuren zuordenbar ist. Besonders bevorzugt ist eine Kodierung, bei der jedes Edukt nur in jeweils einer Klasse kodiert wird.
    Insbesondere kann durch eine geeignete Auswahl von Edukten der Produktraum, d.h. die Art und Menge der voraussichtlich zu erhaltenden Produkte zumindest in gewissem Rahmen selektiert werden bzw. vorgegeben werden.
    Vorzugsweise ist in dem erfindungsgemäßen Verfahren M ≤ 40, stärker bevorzugt ist M ≤ 30, noch stärker bevorzugt ist M ≤ 20 und am stärksten bevorzugt ist M ≤ 12.
    2) In einem zweiten Verfahrenschritt werden die Edukte im Rahmen einer - auch unbekannten - MCR gleichzeitig oder sequentiell umgesetzt. Dabei wird jedes Edukt mit jedem anderen Edukt oder bevorzugt jeder möglichen Kombination von 2 bis zu M-1 anderen Edukten umgesetzt, die im ersten Verfahrensschritt ausgewählt werden.
    Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß eine Kenntnis der möglichen Reaktionen, die diese Edukte eingehen können, nicht erforderlich ist.
    Erfindungsgemäß werden in dem zweiten Verfahrenschritt alle oder gegebenenfalls nach einem Algorithmus ausgewählte Multikomponenten-Kombinationen MKK(K) von K verschiedenen Edukten aus einer Menge N verschiedener Edukte, die eine Untermenge aus der zu Verfügung stehenden Menge M von Edukten darstellt, unter in der Organischen Chemie üblichen Bedingungen, wie z.B. für Passerini- oder Ugi-MCR Reaktionen mit 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10 Komponenten üblich, gleichzeitig oder in sequentieller Reihenfolge zur Reaktion gebracht. Dazu können die gegebenenfalls ausgewählten Edukte in einem oder mehreren Lösungsmitteln wie Methanol, Tetrahydrofuran, Dioxan, Dimethylsulfoxid, Wasser oder Gemischen von diesen eventuell unter Luftausschluss oder einer Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff oder Argonatmosphäre in einem Temperaturbereich zwischen -60° C bis 150° C zusammengegeben werden. Zusätzlich können Hilfsmittel oder Katalysatoren wie z.B. Lewis-Säuren wie Bortrifluorid-etherat, Zinkchlorid, Ytterbiumtriflat, Eisenchlorid, andere Säuren wie z.B. Salzsäure, para-Toluolsulfonsäure, Essigsäure oder Basen wie z.B. Kaliumcarbonat, Triethylamin, Cäsiumcarbonat, oder wasserentziehende Mittel wie Molsiebe oder Orthoester Verwendung finden.
    Im ersten Cyclus des Verfahrens werden bevorzugt aus der Menge M solche N ausgewählt, die zu verschiedenen Substanzklassen gehören,
    wobei die Gesamtzahl aller Experimente E die Summe von K = 1 bis N über alle K aus N nach Gleichung (1) ist, E = Σ N!/((N-K)!*K!) wobei K somit die Zahl der für eine Reaktion verwendeten, verschiedenen Edukte, und N die höchstmögliche Zahl der in einer Reaktion verwendeten verschiedenen Edukte darstellt,
    wobei im ersten Cyclus des Verfahrens besonders bevorzugt alle Kombinationen von K =1 bis K=N ausgewählt werden.
    Jedes dieser Experimente kann räumlich getrennt und in nachvollziehbarer Weise, z.B. in verschiedenen Reaktionsgefäßen, durchgeführt werden und insbesondere die Zuordnung der verschiedenen Kombinationen mit ihrer Kodierung zu den Positionen der Reaktionsgefäße in einer einem Algorithmus zugänglichen Form im Computer gespeichert werden.
    Zumindest ein Teil der erhaltenen Reaktionsprodukte kann in einem nachfolgendem Schritt weiter chemisch modifiziert, aufgearbeitet oder für Schritt (3) in geeigneter Weise vorbereitet werden.
    Eine solche chemische Modifizierung kann zum Beispiel die Abspaltung der chemischen Schutzgruppen z.B. durch Trifluoressigsäure, oder die Hydrierung der Produkte mit Hilfe von Wasserstoff, gegebenenfalls unter Zusatz eines Hydrierkatalysators wie z.B. Palladium auf Kohle, Platinoxid, Palladiumacetat sein, oder durch die Oxydation der Produkte mit Sauerstoff oder einem anderen Oxydationsmittel wie z.B. Brom, Wasserstoffperoxyd, tert-Butylperoxyd oder einem geeigneten Metallsalz wie z.B. Cobaltchlorid, oder einem geeigneten Metallkomplex wie z.B. Eisenhexacyanoferrat oder Chromtetraphenylporphyrinat oder durch die Bestrahlung mit Licht der Wellenlänge 200-600 nm erfolgen. Weiter können die Reaktionsprodukte mit einem oder mehreren Enzymen wie z.B. Oxidoreductasen, Ligasen, Peptidasen, Lipasen oder Isomerasen behandelt werden.
    Die Aufarbeitung der Produkte kann in an sich bekannter Weise wie durch Chromatographie z.B. über Kieselgel oder RP-18 Kieselgel, oder Festphasenextraktion oder die Entfernung nicht umgesetzter Edukte durch Binden an einen geeigneten festen Träger wie z.B. Ionenaustauscherharze oder chemisch modifizierte Festphasenharze erfolgen, oder es können die erwarteten Produkte durch selektives Binden an einen solchen festen Träger mit anschließendem Waschen und Ablösen von diesem Träger gereinigt werden.
    Durch anschließendes Lösen in einem geeigneten Lösungsmittel wie z.B. Wasser oder DMSO, kann eine Testlösung vorbereitet werden.
    Die verwendeten Reaktionsbedingungen, Modifizierungen, Aufarbeitungen oder Vorbereitungen für die Testung können ebenfalls in einer für einen Algorithmus geeigneten Form, z.B. in binärer, dezimaler oder alphanumerischer Form kodiert werden. Ein Reaktionsprodukt kann somit z.B. entweder als Kombination der Kodierung der verwendeten Edukte oder aber bevorzugt als Kombination der Kodierung der verwendeten Edukte und der Kodierung für die verwendeten Reaktionsbedingungen, Modifizierungen, Aufarbeitungen oder Vorbereitungen für die Testung kodiert werden, wobei in besonders bevorzugter Weise sowohl die verwendeten Edukte, die Reaktionsbedingungen, Modifizierungen, Aufarbeitungen oder Vorbereitungen für die Testung als auch die Reaktionsgefäße kodiert werden.
    Eine solche Kodierung soll nachfolgend vereinfachend als Genom des Reaktionsproduktes bezeichnet werden.
    Für das hier beschriebene verfahren ist es nicht notwendig zu wissen, welche Reaktionen in dem einzelnen Reaktionsgefäß ablaufen können, bzw. ablaufen. Erfindungsgemäß können jedoch in allen Reaktionsgefäßen maximal E verschiedene Reaktionstypen und somit E verschiedene chemische Substanzen mit jeweils verschiedenen Grundgerüsten gebildet werden, wenn alle Edukte aus verschiedenen Substanzklassen ausgewählt werden, wie es im ersten Cyclus des Verfahrens bevorzugt ist. Das Genom eines Reaktionsproduktes kodiert in besonders bevorzugter Weise nicht, was in einem Reaktionsgefäß enthalten ist, sondern durch welche Edukte und mit welchen Arbeitsschritten das Reaktionsprodukt entstanden ist.
    3) In einem dritten Verfahrensschritt werden z.B. Testlösungen der Produkte aus dem zweiten Verfahrenschritt z.B. in einem biologischen und/oder pharmakologischen und/oder physiko-chemischen Test auf ihre biologische Aktivität, Wirksamkeit, Nebenwirkungen oder Selektivität und/oder einem anderen Testverfahren die physiko-chemischen Eigenschaften dieser Produkte untersucht.
    Diese biologischen, pharmakologischen und physiko-chemischen Testverfahren sind dem einschlägig vorgebildeten Fachmann an sich bekannt.
    Bevorzugt wird dabei insbesondere die Abhängigkeit der Messergebnisse von der Konzentration der im Verfahrensschritt zwei eingesetzten Edukte untersucht und festgestellt. Insbesondere wird ein Konzentrationsbereich von 0.5 bis 0.000001 mol/l, besonders bevorzugt ein Konzentrationsbereich von 100 bis 0.01 mol/l untersucht.
    Der Test zur Feststellung der biologischen oder pharmakologischen Aktivität, Wirksamkeit, Nebenwirkungen oder Selektivität wird vorzugsweise mit isolierten Proteinen, Rezeptoren, Enzymen, oder Mischungen davon, Zellen, Zellysaten, komplexen Zellsystemen, mit Organen oder Teilen davon oder mehreren Organen oder auch mit ganzen Organismen oder Membranen und gegebenenfalls unter Verwendung von für den Test notwendigen Hilfsstoffen, Substraten oder Detektionshilfsmitteln durchgeführt.
    Die Testverfahren für die physiko-chemischen Eigenschaften der Produkte können zum Beispiel das Messen der Lipophilie durch den Octanol-Wasser Verteilungskoeffizienten, die Löslichkeit in Wasser, die unspezifische Proteinbindung an z.B. Rinderserumalbumin, die Bindung an die Proteine des humanen Serumplasmas oder die chemische Stabilität in Krebs-Puffer beinhalten.
    Die erhaltenen Testresultate werden vorzugsweise mit den Genomen der Reaktionsprodukte, bevorzugt in einer für den Algorithmus zugänglichen Form, z.B. in einem Computer Datenfile oder einer Computer Datenbank korreliert.
    Erfindungsgemäß ist die Kenntnis des Inhaltes der einzelnen Reaktionsprodukte wie z.B. auch die Kenntnis der abgelaufenen chemischen Reaktion oder der vorhandenen neuen chemischen Verbindungen und ihrer Struktur nicht für das Verfahren notwendig, da der systematische Charakter der Auswahl eine systematische Auswertung der Testergebnisse zuläßt. Es kann sogar möglich sein, daß in einem oder mehreren der parallelen Reaktionsgefäße keine Reaktion abgelaufen ist, ohne daß dies ein Nachteil für das erfindungsgemäße Verfahren darstellt.
    Hat man zum Beispiel alle Kombinationen von K =1 bis K=N ausgewählt, werden erfindungsgemäß alle Edukte (K =1) auf ihre biologische Wirkung hin geprüft. Alle Reaktionsprodukte, die diese Edukte enthalten, jedoch eine bessere Wirkung als diese zeigen, sollten eine neue chemische Verbindung mit besserer Wirkung enthalten. Das selbe trifft sinngemäß auch auf alle Kombinationen K=3 und alle Zweierkombinationen zu. Eine Dreierkombination, die eine bessere Wirkung als die in ihr enthaltenen Zweierkombinationen, bzw. als die entsprechenden Edukte zeigt, sollte ein neue, wirksame chemische Verbindung aus einer Dreikomponentenreaktion enthalten. In der ausgeführten Weise lassen sich ebenso alle K>2 Reaktionsprodukte analysieren.
    Erfindungsgemäß enhält die Liste der Genome und der ihnen zugeordneten Testergebnisse alle für eine weitere Optimierung notwendigen Informationen.
    Implizit kann das erfindungsgemäße Verfahren eine statistische Analyse der durchgeführten Reaktionen und Arbeitsschritte verwenden, wobei die bei der Auswahl der Edukte M verwendete Systematik es erlaubt, auf die genaue und explizite Kenntnis der abgelaufenen chemischen Reaktionen und Strukturen der entstandenen Verbindungen zu verzichten. So ist es beispielsweise möglich, daß unter den verwendeten Reaktionsbedingungen eine an sich wünschenswerte und bekannte Reaktion nicht abläuft, jedoch eine andere bisher nicht bekannte Reaktion eine neue chemische Verbindung liefert, die über wünschenswerte Eigenschaften, wie z.B. orale Bioverfügbarkeit verfügt. Implizit enthält so das entsprechende Genom dieses Reaktionsproduktes und die assoziierten Testresultate also auch das Verfahren, wie auch die Ausbeute und Struktur der chemischen Verbindung aus dieser neuen Multikomponentenreaktion. Dadurch wird es möglich, diese Reaktion auch ohne ihre explizite Kenntnis mit dem erfindungsgemäßen Algorithmus zu verwenden.
    4) In einem vierten Verfahrensschritt werden die für die hergestellten Produkte gemessenen Testergebnisse dazu benutzt, die vorzugsweise kodierten Produkte zu bewerten und z.B. nach einer vorgegebenen Zielfunktion zu sortieren, und mindestens ein Produkt auszuwählen,
    wobei diese Zielfunktion eine beliebige Kombination von gewünschten Eigenschaften für die gesuchte Zielverbindung sein kann und das Sortierkriterium aus dem Ausmaß, wie die einzelnen Produkte diese Zielfunktion erfüllen, abgeleitet werden kann. Vorzugsweise werden die Produkte nach ihrer Konzentrationsabhängigkeit bewertet.
    Insbesondere können die Produkte entweder in ihrer Rangfolge sortiert oder in verschiedene Bewertungskategorien eingeteilt werden.
    Die Zielfunktion kann eine beliebige Funktion sein, die aus der Kombination der gewünschten Eigenschaften in den verwendeten Testsystemen für die gesuchte Zielverbindung konstruiert wird. Sie ist das Bewertungskriterium für das Sortieren oder Kategorisieren der Genome danach, wie die einzelnen entsprechenden Produkte diese Zielfunktion erfüllen.
    Bevorzugt bilden sowohl die biologische Aktivität, physiko-chemische Eigenschaften als auch weitere biologisch relevante Testresultate diese Zielfunktion.
    Besonders wird bevorzugt, wenn die Konzentrationsabhängigkeit der Testergebnisse ermittelt wurde und diese in die Zielfunktion eingehen, d.h. diese Eigenschaften in unterschiedlicher und konzentrationsabhängiger Wichtung in diese Zielfunktion eingehen.
    Besonders bevorzugt ist die Zielfunktion eine lineare Kombination oder ein Polynom dieser Eigenschaften mit "fuzzy" Logik Wichtungen, wobei besonders bevorzugt die "fuzzy" Logik Wichtungen einzelner Eigenschaften von dem Ausmaß der Erfüllung anderer Eigenschaften, sowie der Zahl der bereits durchlaufenen Cyclen abhängen kann.
    Eine solche Zielfunktion kann somit erfindungsgemäß die Gestalt eines Programmes annehmen, welches ein Genom in Abhängigkeit von verschiedenen Eigenschaften und Bedingungen mit logischen und konditionalen Verknüpfungen unterschiedlicher Bewertungsfunktionen unterschiedlich bewertet. So können erfindungsgemäß solche Genome eine hohe Wertung erhalten, die am Anfang z.B. eine hohe orale Bioverfügbarkeit besitzen, oder nach mehreren Cyclen mehrere dieser wünschenswerten Eigenschaften aufweisen. Ebenso können erfindungsgemäß Verbindungen, die einige wünschenswerte Eigenschaften aufweisen, darüber hinaus jedoch auch Eigenschaften besitzen, die als nicht wünschenswert bezeichnet worden sind, wie z.B. ein gemessener logD Wert für die Lipophilie von über 5, eine negative Wertung erhalten, wobei die wünschenswerten Eigenschaften nicht mehr betrachtet werden.
    5) In einem fünften Verfahrensschritt werden die Edukte bestimmt, die zu dem oder den im 4. Schritt bewerteten und ausgewählten Produkt(en) geführt haben.
    Es ist in diesem Schritt nicht nötig, die Edukte selbst zu analysieren oder ihre Struktur aufzuklären: Vielmehr reicht eine Identifizierung der Edukte anhand einer gegebenenfalls eingesetzten Kodierung, da jedem Edukt ein spezifischer Code zugeordnet werden kann.
    6) In einem sechsten Verfahrensschritt wird erfindungsgemäß aufgrund der gefundenen Ergebnisse z.B. mit einem Algorithmus eine neue Menge von Edukten ausgesucht. Ferner wird eine Liste neu durchzuführender Experimente erstellt, und es werden die Edukte in entsprechend ausgewählten Multikomponenten-Kombinationen kombiniert und zur Reaktion gebracht, wobei jedoch vorzugsweise ein bereits durchgeführtes Experiment nicht wiederholt vorgeschlagen wird.
    Dazu wird von mindestens einem, vorzugsweise von zwei der in Verfahrensschritt (5) bestimmten Edukte eine Variante oder Modifikation in dem Sinne bereitgestellt, daß in diesem Edukt mindestens ein Substituent aufgetauscht und/oder mindestens ein (zusätzlicher) Substituent eingeführt und/oder ein vorhandener Substiuent durch ein H-Atom ersetzt wird.
    Vorzugsweise werden pro Cyclus mehr als ein Edukt und/oder mehr als ein Reaktionsparameter wie die Konzentration eines Edukts oder die Reaktionstemperatur etc. variiert.
    Aufgrund an sich bekannter kombinatorischer Optimierungsverfahren, vgl. Cook, W. J.; Cunningham, W. H.; Pulleyblank, W. R. und Schrijver, A. Combinatorial Optimization, Wiley 1997; Philip M. Dean und Richard A. Lewis (Ed.) Molecular Diversity in Drug Design, Kluwer Academic Publishers, 1999, ist es möglich, veränderte Produkteigenschaften den variierten Edukten und/oder Reaktionsparametern zuzuordnen.
    Bevorzugt werden die als am besten bewerteten Genome des vorangegangenen Cyclus für die Generierung der neuen Genome verwendet.
    Als Algorithmus kann z.B. ein kombinatorisches Optimierungsverfahren wie ein genetischer Algorithmus oder ein Mustererkennungsverfahren, wie zum Beispiel ein neuronales Netz oder eine Kombination eines genetischen Algorithmus mit einem neuronalen Netz verwendet werden,
    wobei bevorzugt ein genetischer Algorithmus oder ein Mustererkennungsverfahren, wie zum Beispiel ein neuronales Netz oder eine Kombination eines genetischen Algorithmus mit einem neuronalen Netz implizit oder explizit das Auftreten gewünschter Eigenschaften mit den Bestandteilen des Produkt Genoms der vorhergehenden Generation korreliert.
    Bevorzugt werden diejenigen Bestandteile der Genome der getesteten Produkte, welche mit höherer Wahrscheinlichkeit mit den gewünschten Eigenschaften explizit oder implizit korrelieren, mit höherer Wahrscheinlichkeit für die Generierung der neuen Genome verwendet,
    wobei bevorzugt solche Genome, deren Produkte keine gute Bewertung erhalten haben nicht für die Generierung neuer Genome verwendet werden, und bevorzugt und zufällig einzelne Bestandteile der neuen Genome durch einen Zufallsgenerator aus der Zahl der möglichen Kodierungen ausgewählt werden.
    Bevorzugt und zufällig werden einzelne Bestandteile der neuen Genome durch einen Zufallsgenerator aus dem Genom entfernt oder hinzugefügt,
    wobei bevorzugt die Zuordnung der Wahrscheinlichkeit einer zufälligen Auswahl eines solchen Bausteins vom Typ dieses Bausteins abhängen kann,
    wobei besonders bevorzugt die Genome zufällig in eine oder mehrere Gruppen, sogenannte Populationen eingeteilt werden.
    Besonders bevorzugt werden die Genome einer Gruppe nur für die Generierung neuer Genome einer neuen Gruppe von Genomen benutzt und somit wird jede dieser Populationen eine neue Population erzeugen,
    wobei bevorzugt nach einer beliebigen Zahl von Cyclen alle Populationen von Genomen in eine neue Anzahl von Populationen mit gleicher oder einer veränderten Zahl an Genomen aufgeteilt werden kann.
    Insbesondere bevorzugt wird diese Neuaufteilung vorgenommen, wenn in einer Population ein Produkt besonders wünschenswerte Eigenschaften aufweist.
    Als Bestandteile der Genome werden erfindungsgemäß die unterschiedlichen Kodierungen der Edukte, der Reaktionsbedingungen, Modifizierungen, Aufarbeitungen oder Vorbereitungen für die Testung als auch die Reaktionsgefäße definiert.
    Dieser Verfahrensschritt stellt erfindungsgemäß eine Übertragung der natürlichen Evolution von Biopolymeren wie DNA, RNA oder Peptiden auf die Chemie der Multikomponentenreaktionen in Verbindung mit den Eigenschaften der durch sie erzeugten chemischen Verbindungen dar. Erfindungsgemäß wird in diesem Schritt eine deutlich gesteigerte Anzahl von Reaktionsmöglichkeiten ermöglicht. Da durch den erfindungsgemäßen Algorithmus beliebig Bausteine des Genoms gelöscht oder hinzugefügt werden können, sind z.B. Mehrfachverwendungen eines Bausteins, wie zum Beispiel eines Eduktes, eines Katalysators usw. möglich.
    Die Besonderheit des Algorithmus liegt darin, daß zum einen solche Genome, d.h., solche Kombinationen von Edukten, Reaktionsbedingungen, Modifizierungen, Aufarbeitungen oder Vorbereitungen für die Testung bevorzugt werden, deren Produkte auch gewünschte Eigenschaften aufweisen, zum anderen die für die tatsächliche Herstellung dieser zwar unbekannten Verbindungen auch die besten Reaktionsbedingungen implizit ermittelt werden. Obwohl die zu diesem Produkt führende Reaktion nicht bekannt sein muß, wird diese optimiert, da sich z.B. eine höhere Ausbeute an dem durch diese Reaktion entstehendem Produkt durch eine Verbesserung der gewünschten Eigenschaften zeigt. Durch dieses Eigenschaft des erfindungsgemäßen Verfahrens erhält man so neben einem Produkt mit den gewünschten Eigenschaften auch gleichzeitig dessen optimale Herstellung durch eine Multikomponentenreaktion.
    Wahlweise können die Edukte und/oder Reaktionen/Reaktionsbedingungen jeweils einzeln oder mehrere oder alle zusammen variiert werden.
    7) In einem siebten Verfahrensschritt werden die im sechsten Verfahrensschritt bereitgestellten Edukte gegebenenfalls zusammen mit den übrigen im Verfahrensschritt (5) bestimmten Edukten umgesetzt:
    Ist z.B. nur ein Edukt im Verfahrensschritt (6) variiert worden, so wird dieses Edukt vorzugsweise mit den übrigen in Verfahrensschritt (5) bestimmten Edukten außer dem Edukt umgesetzt, das in Verfahrensschritt (6) variiert wurde.
    Wurden im Verfahrensschritt (5) z.B. die Edukte E1, E2, E3, E4 und E5 bestimmt, und wurde E2 im Verfahrensschritt (6) zu E2' variiert, so wird im Verfahrensschritt (7) E2' mit E1, E3, E4 und E5 umgesetzt. Vorzugsweise wird bei der Umsetzung pro Edukt-Typ nur ein Molekül eingesetzt, d.h. z.B. nur ein Amin, ein Isocyanid, eine Carbonsäureverbindung.
    8) In einem achten Verfahrenschritt werden die Verfahrenschritte vier bis sieben solange wiederholt, bis ein Reaktionsprodukt gefunden wird, welches die Kriterien der Zielfunktion erfüllt,
    wobei häufig bis zu 50, bevorzugt bis zu 30 Cyclen benötigt werden, um ein solches Produkt zu finden.
    Die Wahrscheinlichkeit der Auffindung eines solchen Produktes kann bereits nach 2 bis 6 Cyclen abgeschätzt werden, so daß ein wenig aussichtsreicher Weg bereits in einem frühen Stadium abgebrochen werden kann.
    Bevorzugt wird die Differenz des durchschnittlichen Ausmaßes der Erfüllung der Zielkriterien durch die Produkte einer Genompopulation aus einem Cyclus x und das durchschnittliche Ausmaß der Erfüllung der Zielkriterien durch die Produkte einer Genompopulation aus einem späteren Cyclus x+i für diese Abschätzung verwendet, wobei i eine ganze natürliche Zahl ist.
    Diese Differenz kann dazu dienen, eine neue Anzahl Edukte auszuwählen und das erfindungsgemäße iterative Verfahren neu zu beginnen, besonders, wenn diese Differenz klein ist.
    Durch die Verfahrensschritte eins bis acht werden auf neuartige und überraschende Weise verschiedene Probleme bei der Auffindung und Optimierung neuer chemischer Verbindungen gleichzeitig gelöst. Durch das Kombinieren von Edukten aus verschiedenen Substanzklassen unter veschiedenen Reaktionsbedingungen werden neue Multikomponentenreaktionen auf ihre Eignung für die Herstellung neuer chemischer Verbindungen untersucht, wobei solche Multikomponentenreaktionen bevorzugt werden, die Produkte mit gewünschten Eigenschaften ergeben. Weiterhin werden diese Produkte erfindungsgemäß durch die mögliche Verwendung von Edukten aus der selben Substanzklasse, die für diese Multikomponentenreaktionen notwendig sind, variiert und auf ihre Eigenschaften geprüft bzw. optimiert. Weiterhin werden diese neuen Multikomponentenreaktionen erfindungsgemäß selbst optimiert, wenn die Reaktionsbedingungen Bestandteile der entsprechenden Genome sind.
    9)In einem neunten Verfahrensschritt werden die in dem Reaktionsprodukt, welches die gewünschten Eigenschaften in den Testungen gezeigt hat, enthaltenen chemische Verbindungen auf an sich bekannte Weise, wie zum Beispiel durch Chromatographie oder Kristallisation gereinigt und deren Struktur mit bekannten Verfahren wie Massenspektroskopie oder NMR Spektroskopie bestimmt.
    Das neue Verfahren wird beispielhaft für die Auffindung und Herstellung einer sehr großen Vielfalt von nichtnatürlichen antibiotischen, immunsuppressiven, antineoplastischen oder antihelmintischen polyketoider Verbindungen mit gewünschten Eigenschaften beschrieben, um die Vorteile gegenüber bestehenden Verfahren zu verdeutlichen.
    Polyketide sind eine strukturell hochdiverse Familie von Naturstoffen, die in der Natur durch einen gemeinsamen Biosyntheseweg aufgebaut werden. In der Familie der Polyketide wurden außergewöhnlich viele Substanzen mit interessanten biologischen Aktivitäten gefunden. So stellen viele Vertreter der Polyketide Krebsmedikamente, Antibiotika, Antihelmintika, Immunsuppresiva o.ä. dar. Prominente, im Handel befindliche Beispiele sind die Tetracyclinantibiotika, FK 506 und Rapamycin, Adriamycin und Epothilon, oder Monensin (Abb. 1).
    Figure 00330001
    Figure 00330002
    Abbildung 1: Verschiedene Strukturen von Polyketiden.
    Polyketide werden von fast allen Organismenklassen gebildet, vornehmlich aber von mycelbildenden Bakterien der Klasse Actinomyces.
    In der Natur werden Polyketide über den sog. Polyketidweg synthetisiert. Dabei werden putative Polyketide als Zwischenstufe der Biosynthese angenommen (Abb.2).
    Figure 00340001
    Abbildung 2: Ein Polyketidvorläufer, der je nach Cyclisierungmodus zu unterschiedlichen Produkten führt.
    Polyketidsynthasen (PKSs) sind multifunktionelle Enzymkomplexe, die mit den Fettsäuresynthasen verwandt sind. Die strukturelle Vielfalt der Polyketide kommt durch den repetitiven Aufbau via decarboxylierender Claisenkondensation zwischen verschiedenen Thioestern (meist Acetyl-, Proprionyl, Butyryl-, Malonyl-, Methylmalonyl) zu Polyketiden und deren Modfikationen wie z.B. Reduktion zu Alkoholen, Dehydratation etc. zustande. Jedes Produkt des Polyketidsyntheseweges kommt durch eine charakteristische Anzahl von Cyclen zustande, wobei es am Ende der Synthese, häufig unter Cyclisierung von der PKS abgespalten wird.
    Somit kommt die Diversität dieser Substanzgruppe durch den Starterthioester, die reduktiven Cyclen und die Zahl der decarboxylierenden Kondensationscyclen zustande.
    Man unterscheidet zwischen zwei Klassen von PKSs. Die erste Klasse vom Typ I ist in der Läge, komplexe Macrolide wie z.B. Erythromycin zu synthetisieren. Die zweite Klasse vom Typ II ist in der Lage, aromatische Produkte zu synthetisieren.
    In letzter Zeit ist es einigen Arbeitsgruppen gelungen, über genetisch manipulierte PKSs neuartige, in der Natur bisher nicht gefundene Polyketide zu synthetisieren (Khosla, Leadley, Katz, Chem. Rev. 97, 97,7).
    Auch die chemische Synthese vieler Polyketide wurde und wird intensiv von vielen Arbeitsgruppen bearbeitet (Harris, T.M., Harris, C.M., Pure & Appl. Chem., 1986, 58, 283 - 294. Oder Nicolaou, K. C.; Vourloumis, D.; Li, T.; Pastor, J.; Winssinger, N.; He, Y.; Ninkovic, S.; Sarabia, F.; Vallberg, H.; Roschangar, F.; King, N. P.; Finlay, M.R.V.; Giannakakou, P.; Verdier-Pinard, P.; Hamel, E. Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1997, 36, 2097). Dabei handelt es sich in allen Fällen um vielstufige, zeitaufwendige und wenig variable Synthesen mit geringen Gesamtausbeuten. Weiterhin werden kombinierte biosynthetische - synthetische Wege verfolgt, wobei fermentierte Polyketide nachträglich chemisch modifiziert werden. Keine der chemischen Ansätze erlaubt die Synthese von Polyketiden in hinreichender Vielfalt und mit einer hinreichend kleinen Anzahl von Schritten.
    Deshalb sind alle bisher beschrittenen chemischen Wege langwierig, schwierig, teuer und nicht geeignet für ein schnelles, effizientes und rationelles Auffinden neuer polyketoider Wirkstoffe.
    Beispiele:
    Das neue Verfahren wird beispielhaft beschrieben zur Herstellung einer sehr großen Vielfalt von unnatürlichen antibiotischen, immunsuppresiven, antineoplastischen oder antihelmintischen Polyketiden.
    Beispiel 1: Herstellung einer Substanzbibliothek unterschiedlicher Multikomponentenreaktionen mit antibakterieller Wirkung.
    Es werden 10 Edukte 1-10 (s. Abb. 3) mit verschiedenen funktionellen Gruppen ausgewählt: Benzaldehyd 1, Anilin 2, 3-Phenyl-3-keto-propionsäure Ethylester 3, 2,4-Diketovaleriansäure Ethylester 4, 3-Keto-glutarsäure Dimethylester 5, 2-Keto-propionaldehyd 6, 3-Methyl-2,4-diketopentan 7, 3,5-Diketo-5-phenyl-valeriansäure 8, 2,4-Diketo-phenyl-buttersäure 9 und Diphenylmethanisonitril 10.
    Figure 00360001
    Abbildung 3: Die ausgewählten Edukte für eine kombinatorische Bibliothek von 1023 verschiedenen Multikomponentenreaktionen.
    Die systematische Variation der Edukte von K=2 bis K=10 liefert nach Gleichung (1) 1013 verschiedene Möglichkeiten die Edukte zu kombinieren:
    Aufstellung 1:
    Anzahl der Reaktanden Anzahl der Kombinationen
    2 45
    3 120
    4 210
    5 252
    6 210
    7 120
    8 45
    9 10
    10 1
    Σ = 1013 Reaktionen
    Durch die Auswahl dieser Edukte werden an sich bekannte Reaktionen ermöglicht, wie zum Beispiel die Ugi 4-CR und 3-CR Reaktion, sowie verschiedene Aldol- und Claisenreaktionen, als auch Cyclisierungsreaktionen nach Abbildung 2.
    Die 10 Edukte wurden als 0.05M Lösungen in Ethanol für die Kombination der einzelnen Reaktionen vorgelegt. Die 1013 verschiedenen Kombinationsmöglichkeiten wurden unter vier verschiedenen Reaktionsbedingungen durchgeführt (Set A, B, C, D). Für die 4*1013 verschiedenen Reaktionsansätze wurden jeweils 20 µl der entsprechenden Eduktlösung dispensiert. Das Reaktionsset A aus 1013 parallelen Ansätzen wurde ohne weitere Zusätze durchgeführt. Für das Reaktionsset B erfolgte zusätzlich eine Zugabe von jeweils 10 µl einer 0.2M Lösung von p-Toluensulfonsäure in EtOH. Für das Reaktionsset C erfolgte zusätzlich eine Zugabe von 10 µl einer 0.2M Lösung von Triethylamin in EtOH. Für das Reaktionsset D erfolgte zusätzlich eine Zugabe von 10 µl einer 0.2M Lösung von Kaliumcarbonat in einem 2:1=EtOH:Wasser-Gemisch.
    Nach beendeter Zugabe wurden die insgesamt 4052 Reaktionen verschlossen bei Raumtemperatur 24 Stunden stehengelassen. Danach wurde das Lösungsmittel bei Raumtemperatur abgedampft. Die Rohprodukte wurden mit jeweils 250 µl DMSO verdünnt und jeweils 10 µl dieser Lösung wurde mit 140µl Wasser verdünnt. Diese Lösungen wurden auf ihre inhibitorische Wirkung gegenüber grampositiven und gramnegativen Bakterien und Hefestämmen getestet. Die Testresultate geben Auskunft über solche Reaktionsansätze, bzw. Reaktionstypen, welche für eine weitere Optimierung von Interesse sind. In Tabelle 1 sind die Testresultate bespielhaft für die Wirkung gegenüber Pseudomonas aeruginosa ATCC 9027 und Staphylococcus aureus ATCC 6538 aufgeführt. Die Testkeime wurden über Nacht in CASO-Bouillon (Bakterien) bei 35° C bzw. Sabourad-Bouillon (Hefen) bei 22° C angezogen. Die Keimsuspension wurde abzentrifugiert, das Pellet in frischem Medium resuspendiert und für weitere 2 Stunden inkubiert. Anschließend wurde das Pellet in 0.9%-iger NaCl Lösung resuspendiert und die Zellzahl anhand der Standard-Kurven auf etwa 108 KBE/ml (Bakterien) bzw. 107 KBE/ml (Hefen) eingestellt.
    Die so erhaltenen Suspensionen wurden anschließend in CASO-Bouillon (Bakterien) bzw. Sabourad-Bouillon auf etwa 106 KBE/ml verdünnt. 15 µl der Lösung der Reaktionsprodukte wurde mit 100 µl dieser Keimlösungen angeimpft. Sofort nach der Inokulation, sowie 7 und 22 Stunden Inkubation der Platten wurden diese in einem Platten-Reader (Bio-tek EL 311 Autoreader) bei 550 nm vermessen.
    Die 1013 verschiedenen Kombinationen der Edukte 1-10 sind in Aufstellung 1 aufgeführt, die inhibitorische Aktivität der besten Edukt-Kombinationen des Reaktionssets A nach einem Cyclus des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber Pseudomonas aeruginosa sind in Tabelle 1 und gegenüber Staphylococcus aureus in Tabelle 2 aufgeführt.
    Von den besten Kombinationen können nun z.B. nach einem der vorstehend bezeichneten Algorithmen die ausgesucht werden, die in dem nächsten Cyclus eingesetzt werden sollen.
    Auf analoge Weise werden die Resultate der Reaktionssets A, B, C und D miteinander verglichen und entsprechend bei dem nächsten Cyclus des Verfahrens die besten Reaktionsvarianten berücksichtigt.
    Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß ein Verfahren zur algorithmischen Auffindung und Herstellung von biologisch wirksamen chemischen Verbindungen beschrieben wird. Das Verfahren besteht aus der (1) Herstellung einer algorithmischen Bibliothek von unterschiedlichen Multikomponentenreaktionen, ausgehend von einer Bibliothek geeigneter und diverser Typen von chemischen Ausgangsstoffen, der (2) biologischen Testung dieser Bibliothek, der (3) Identifizierung geeigneter Multikomponentenreaktionen aus diesem Raum der möglichen Reaktionen, der (4) Auswahl einer Vielzahl von chemischen Ausgangsstoffen solcher Typen, die für die identifizierten und geeigneten Multikomponentenreaktionen benötigt werden, die (5) Auffindung von optimalen Kombinationen aus dem damit konstruierten chemischen Raum dieser geeigneten Multikomponentenreaktionen durch die (6) algorithmische Herstellung und biologische Testung von Verbindungen dieser Bibliothek. Das Verfahren wird am Beispiel der Auffindung neuer antibiotisch wirksamer polyketoidartiger Verbindungen beispielhaft erläutert.
    Tabelle 1: Die Inhibitorische Aktivität des Reaktionssets A der 1013 verschiedenen Reaktionen aus den Edukten 1-10 gegenüber Pseudomonas aeruginosa.
    Tabelle 2: Die Inhibitorische Aktivität des Reaktionssets A der 1013 verschiedenen Reaktionen aus den Edukten 1-10 gegenüber Staphylococcus aureus.
    Tabelle 3: Reihenfolge der inhibitorischen Aktivität der besten Edukt-Kombinationen des Reaktionssets A nach einem Cyclus des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber Pseudomonas aeruginosa.
    Tabelle 4: Reihenfolge der inhibitorischen Aktivität der besten Edukt-Kombinationen des Reaktionssets A nach einem Cyclus des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber Staphylococcus aureus.

    Claims (62)

    1. Verfahren für die schnelle und effiziente Auffindung und Herstellung von neuen Verbindungen, gekennzeichnet durch
      (1) Auswahl von M unterschiedlichen für Multikomponentenreaktionen (MCRS) geeigneten Edukten,
      (2) Umsetzung von jedem Edukt mit jeder möglichen Kombination von 2 bis zu M-1 anderen gemäß (1) ausgewählten Edukten,
      (3) Analyse der Produkte,
      (4) Bewertung der Produkte und Auswahl mindestens eines Produkts,
      (5) Bestimmung der Edukte, die zu dem oder den in (4) ausgewählten Produkt(en) geführt haben, und
      (6) Bereitstellung von mindestens einer Variante von mindestens einem der Edukte, die in (5) bestimmt wurden,
      (7) Umsetzung der in (6) bereitgestellten Edukte gegebenenfalls mit den übrigen in (5) bestimmten Edukten im Rahmen einer MCR,
      (8) Wiederholung der Schritte (4) bis (7) bis mindestens ein Produkt gefunden wird, das die gewünschte(n) Eigenschaft(en) aufweist, und
      (9) gegebenenfalls Isolierung und Charakterisierung des Produkts.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß M=<40 ist.
    3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in (1) und/oder in (6) auch für MCRs geeignete Reaktionsbedingungen ausgewählt werden.
    4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Analyse gemäß (3) eine biologische und/oder pharmakologische und/oder physikochemische Analyse ist.
    5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in (4) alle Produkte bewertet werden.
    6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in (4) auch die Reaktionsbedingungen zur Herstellung der Produkte bewertet werden.
    7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung gemäß (7) der in (6) bereitgestellten Edukte gegebenenfalls mit den übrigen in (5) bestimmten Edukten außer dem (den) Edukt(en) erfolgt, deren Varianten in (6) bereitgestellt wurden.
    8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei jeder Umsetzung gemäß (7) pro Edukt-Typ nur ein Molekül ausgewählt wird.
    9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Edukte in der Organischen Chemie übliche funktionelle Gruppen wie -NC, -CO-, -CS-, -CN, -OCN, -NCO, -NO, -NO2, -ONO2, -CHO, -COOR, -COSR, -CSSR, -COCOOR, -SCN, -NCS, -Halogen, -N3, -NNNR, -OR, -SR, -OCOOR, -SCOOR, -NRCOOR', -OCSOR, -SCSOR, -NRCSOR', -OCSSR, -SCSSR, -NRCSSR', -OCONR'R, -SCONR'R, -NRCONR'R", -NRR', -NRR'NR"R''', -CNNRR', -CNNRR'HX, -NRCONR'R'', -NRCSNR'R", -RCOCR'R", -RCSCR'R'', -COCRR'Halogen, -RCNR'CR" wobei R, R' und R" H oder Alkyl, Aryl, Aralkyl, Hetaryl, oder Hetarylalkyl aufweisen.
    10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die funktionellen Gruppen Epoxygruppen oder Carbene oder die ungesättigten vinylogen Varianten Alken, Alkin, Aryl Gruppen oder entsprechende Mono-, Di-, Tri-, Tetra-, Pentaoder Hexacarbonyl Varianten dieser Gruppen sind.
    11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei zwei, drei, vier oder mehrere funktionelle Gruppen in einem oder mehreren Edukten in geeigneter Kombination gleichzeitig vorliegen.
    12. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Edukte für Multikomponentenreaktionen besonders geeignete Edukte sind, wie alpha-Haloketone, Ester, Carbonsäuren, Thiocarbonsäuren, Aldehyde, Amine, Ketone, Isonitrile, Nitrile, alpha-Ketosäuren, alpha-Ketoester, und deren Derivate und alpha-beta ungesättigte Varianten, sowie Kombinationen davon.
    13. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Edukte entsprechende Mono-, Di-, Tri-, Tetra-, Penta- oder Hexacarbonyl Varianten der funktionellen Gruppen aufweisen.
    14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei ein Teil der funktionellen Gruppen der Edukte mit in der Organischen Chemie üblichen Schutzgruppen versehen sind.
    15. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die ausgewählten Edukte in einer für einen Algorithmus zugänglichen Form kodiert werden, wobei den ausgewählen Edukten entweder zufällig oder systematisch eindeutige binäre, dezimale oder alphanumerische Kodierungen zugeordnet werden.
    16. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei einem Edukttyp einer bestimmten chemischen Klasse eine charakteristische Kodierung für diese chemische Klasse zugeordnet wird.
    17. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei im ersten Cyclus des Verfahrens nur solche Edukte ausgewählt werden, die zu verschiedenen chemischen Klassen gehören.
    18. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Edukte nach einem Algorithmus ausgewählt werden.
    19. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei nach einem Algorithmus ausgewählte Multikomponenten-Kombinationen MKK(K) der verschiedenen ausgewählten Edukte unter in der Organischen Chemie üblichen Bedingungen gleichzeitig oder in sequentieller Reihenfolge zur Reaktion gebracht werden.
    20. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei jede ausgewählte Kombination der Edukte in einem räumlich getrennten gegebenenfalls kodierten Reaktionsgefäß zur Reaktion gebracht wird.
    21. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Teil der erhaltenen Reaktionsprodukte in einem nachfolgendem Schritt chemisch modifiziert, aufgearbeitet oder für Schritt (3) in geeigneter Weise vorbereitet wird.
    22. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zusätzliche Hilfsmittel oder Katalysatoren wie z.B. Lewis-Säuren wie Bortrifluorid-etherat, Zinkchlorid, Ytterbiumtriflat, Eisenchlorid, andere Säuren wie z.B. Salzsäure, para-Toluolsulfonsäure, Essigsäure oder Basen wie z.B. Kaliumcarbonat, Triethylamin, Cäsiumcarbonat, oder wasserentziehende Mittel wie Molsiebe oder Orthoester zum Einsatz kommen.
    23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, wobei die chemische Modifizierung eine Abspaltung der chemischen Schutzgruppen z.B. durch Trifluoressigsäure ist, oder die Hydrierung der Produkte mit Wasserstoff gegebenenfalls unter Zusatz eines Hydrierkatalysators wie Palladium auf Kohle, Platinoxid, Palladiumacetat erfolgt, oder die Oxydation der Produkte mit Sauerstoff oder einem anderen Oxydationsmittel wie z.B. Brom, Wasserstoffperoxid, tert-Butyl-peroxid oder einem geeigneten Metallsalz wie Cobaltchlorid, oder einem geeigneten Metallkomplex wie z.B. Eisenhexacyanoferrat oder Chromtetraphenylporphyrinat, oder durch die Bestrahlung mit Licht der Wellenlänge 200-600 nm erfolgt, oder die Reaktionsprodukte mit mindestens einem Enzym wie z.B. Oxidoreductasen, Ligasen, Peptidasen, Lipasen oder Isomerasen behandelt werden.
    24. Verfahren nach Anspruch 21, wobei die Aufarbeitung der Produkte in an sich bekannter Weise durch Chromatographie z.B. über Kieselgel oder RP-18 Kieselgel, oder Festphasenextraktion oder die Entfernung nicht umgesetzter Edukte durch Binden an einen geeigneten festen Träger wie z.B. Ionenaustauscherharze oder chemisch modifizierte Festphasenharze, oder durch selektives Binden der Produkte an einen geeigneten festen Träger erfolgt.
    25. Verfahren nach Anspruch 19 oder 22, wobei den Reaktionsbedingungen und verwendeten Hilfsmittel oder Katalysatoren entweder zufällig oder systematisch eindeutige binäre, dezimale oder alphanumerische Kodierungen zugeordnet werden.
    26. Verfahren nach Anspruch 20, wobei die Zuordnung der verschiedenen kodierten Kombinationen zu den Reaktionsgefäßen entweder zufällig oder systematisch binär, dezimal oder alphanumerisch kodiert wird.
    27. Verfahren nach Anspruch 21 oder 24, wobei der Aufarbeitung der Produkte entweder zufällig oder systematisch binäre, dezimale oder alphanumerische Kodierungen zugeordnet werden.
    28. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei sowohl die verwendeten Edukte, Reaktionsbedingungen, Modifizierungen, Aufarbeitungen oder Vorbereitungen für die Testung als auch die Reaktionsgefässe kodiert werden.
    29. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die MCR eine Passerini oder Ugi Multikomponentenreaktion mit bis zu 20 Komponenten, vorzugsweise mit 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 oder 12 Komponenten ist.
    30. verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Produkte in einem biologischen und/oder pharmakologischen Test auf ihre pharmakologische bzw. biologische Aktivität, Wirksamkeit, Nebenwirkungen und/oder Selektivität und/oder in einem weiteren Testverfahren auf ihre physiko-chemischen Eigenschaften untersucht werden.
    31. Verfahren nach Anspruch 30, wobei die Abhängigkeit der Meßergebnisse von der Konzentration der in Verfahrensschritt zwei eingesetzten Edukte festgestellt wird, wobei die Konzentration bevorzugt in einem Bereich von 0.5 bis 0.000001 mol/l liegt.
    32. Verfahren nach Anspruch 31, wobei die Konzentration in einem Bereich von 100 bis 0.01 mol/l liegt.
    33. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 32, wobei der Test zur Feststellung der biologischen oder pharmakologischen Aktivität, Wirksamkeit, Nebenwirkungen oder Selektivität mit isolierten Proteinen, Rezeptoren, Enzymen, oder Mischungen davon, Zellen, Zellysaten, komplexen Zellsystemen, mit Organen oder Teilen davon oder mehreren Organen oder mit ganzen Organismen oder Membranen und gegebenenfalls unter Verwendung von für den Test notwendigen Hilfsstoffen, Substraten oder Detektionshilfsmitteln durchgeführt wird.
    34. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 32, wobei die Testverfahren für die physiko-chemischen Eigenschaften der Produkte das Messen der Lipophilie durch den Octanol-Wasser Verteilungskoeffizienten, die Löslichkeit in Wasser, die unspezifische Proteinbindung an z.B. Rinderserumalbumin, die Bindung an die Proteine des humanen Serumplasmas und/oder die chemische Stabilität in Krebs-Puffer umfassen.
    35. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erhaltenen Testresultate mit den Kodierungen der einzelnen Reaktionsprodukte in Beziehung gesetzt werden.
    36. Verfahren nach Anspruch 35, wobei die Testresultate in einer für einen Algorithmus zugänglichen Form, z.B. in einem Computer Datenfile oder einer Computer Datenbank gespeichert werden.
    37. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Liste der Kodierungen und der ihnen zugeordneten Testergebnisse alle für eine weitere Optimierung notwendigen Voraussetzungen erfüllen.
    38. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kodierungen der hergestellten und getesteten Produkte bewertet werden, wobei die Genome nach einer vorgegebenen Zielfunktion entweder in ihrer Rangfolge sortiert oder in verschiedene Bewertungskategorien eingeteilt werden.
    39. Verfahren nach Anspruch 38, wobei die Zielfunktion eine beliebige Funktion sein kann, die aus der Kombination der gewünschten Eigenschaften der Zielverbindungen konstruiert wird.
    40. Verfahren nach Anspruch 37 oder 39, wobei das Bewertungskriterium für das Sortieren oder Kategorisieren der Genome aus dem Ausmaß, wie die einzelnen Produkte die Zielfunktion erfüllen, abgeleitet wird.
    41. Verfahren nach einem der Ansprüche 38 bis 40, wobei die biologische Aktivität, die physiko-chemischen Eigenschaften und gegebenenfalls weitere biologisch relevante Testresultate die Zielfunktion bilden.
    42. Verfahren nach einem der Ansprüche 38 bis 41, wobei die Konzentrationsabhängigkeit der Testergebnisse in die Zielfunktion eingeht.
    43. Verfahren nach einem der Ansprüche 39 bis 42, wobei die Eigenschaften in unterschiedlicher und konzentrationsabhängiger Wichtung in diese Zielfunktion eingehen, wobei insbesondere die Zielfunktion eine lineare Kombination oder Polynom dieser Eigenschaften mit "fuzzy"-Logik Wichtungen ist.
    44. Verfahren nach einem der Ansprüche 39 bis 43, wobei die "fuzzy"-Logik Wichtungen einzelner Eigenschaften von dem Ausmaß der Erfüllung anderer Eigenschaften, sowie der Zahl der bereits durchlaufenen Cyclen abhängt.
    45. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die bewerteten Kodierungen der einzelnen Produkte dazu benutzt werden, mit einem kombinatorischen Optimierungsverfahren, wie z.B. einem genetischen Algorithmus oder einem Mustererkennungsverfahren, einem neuronalen Netz oder einer Kombination eines genetischen Algorithmus mit einem neuronalen Netz eine neue Menge von gegebenenfalls kodierten Edukten, Reaktionsbedingungen, Modifizierungs- und Aufarbeitungsverfahren auszusuchen und entsprechende MCRs durchzuführen.
    46. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine bereits durchgeführte Reaktion nicht wiederholt wird.
    47. Verfahren nach Anspruch 45 oder 46, wobei die als am besten bewerteten Kodierungen des vorangegangenen Cyclus im nächsten Cyclus eingesetzt werden.
    48. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 47, wobei bevorzugt ein genetischer Algorithmus oder ein Mustererkennungsverfahren, wie ein neuronales Netz oder eine Kombination eines genetischen Algorithmus mit einem neuronalen Netz, implizit oder explizit das Auftreten gewünschter Eigenschaften mit den Bestandteilen der Kodierung des entsprechenden Produktes der vorhergehenden Cyclen korreliert.
    49. Verfahren nach Anspruch 48, wobei diejenigen Bestandteile der Kodierung der getesteten Produkte, welche mit höherer Wahrscheinlichkeit mit den gewünschten Eigenschaften explizit oder implizit korrelieren, mit höherer Wahrscheinlichkeit für die Generierung der neuen Kodierungen verwendet werden.
    50. Verfahren nach Anspruch 48, wobei solche Kodierungen, deren Produkte keine gute Bewertung erhalten haben, nicht für die Generierung neuer Kodierungen verwendet werden.
    51. Verfahren nach Anspruch 48 oder 49, wobei einzelne Bestandteile der neuen Kodierungen durch einen Zufallsgenerator aus der Zahl der möglichen Kodierungen ausgewählt werden.
    52. Verfahren nach Anspruch 48, 49 oder 51, wobei einzelne Bestandteile der neuen Kodierungen durch einen Zufallsgenerator aus dem Genom entfernt oder hinzugefügt werden.
    53. Verfahren nach Anspruch 51 oder 52, wobei die Zuordnung der Wahrscheinlichkeit einer zufälligen Auswahl eines solchen Bausteins vom Typ dieses Bausteins abhängt.
    54. Verfahren nach Anspruch 51, 52 oder 53, wobei die Kodierungen zufällig in eine oder mehrere Gruppen, sogenannte Populationen eingeteilt werden, wobei besonders bevorzugt die Kodierungen einer Gruppe nur für die Generierung neuer Kodierungen einer neuen Gruppe von Genomen benutzt werden und somit jede dieser Populationen eine neue Population erzeugt.
    55. Verfahren nach Anspruch 54, wobei nach einer beliebigen Zahl von Cyclen alle Populationen von Genomen in eine neue Anzahl von Populationen mit gleicher oder einer veränderten Zahl an Genomen aufgeteilt werden.
    56. Verfahren nach Anspruch 55, wobei diese Neuaufteilung vorgenommen wird, wenn in einer Population ein Produkt besonders wünschenswerte Eigenschaften aufweist.
    57. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei bis zu 30 Cyclen benötigt werden, um ein Produkt mit besonders wünschenswerten Eigenschaften zu finden.
    58. Verfahren nach Anspruch 57, wobei die Wahrscheinlichkeit der Auffindung eines solchen Produktes bereits nach 2 bis 6 Cyclen durch die Differenz des durchschnittliche Ausmaß der Erfüllung der Zielkriterien durch die Produkte einer Population aus einem Cyclus x und des durchschnittliche Ausmaß der Erfüllung der Zielkriterien durch die Produkte einer Population aus einem späteren Cyclus x+i abgeschätzt wird, wobei i eine ganze natürliche Zahl ist.
    59. Verfahren nach Anspruch 58, wobei diese Differenz dazu dienen kann, eine neue Anzahl Edukte, Reaktionsbedingungen, Modifizierungen oder Aufarbeitungen auszuwählen und das iterative Verfahren neu zu beginnen.
    60. Verfahren nach Anspruch 59, wobei das iterative Verfahren neu begonnen wird, wenn die Differenz klein ist.
    61. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die in dem Reaktionsprodukt, welches die gewünschten Eigenschaften in den Testungen gezeigt hat, enthaltenen chemische Verbindungen gereinigt und deren Struktur bestimmt wird.
    62. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei es sich bei der Analyse der Produkte um die Untersuchung handelt, ob das Produkt therapeutische Eigenschaften aufweist.
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