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Titel: Grafisches Ausrichten von Strukturdiagrammen und interaktive Navigation großer Moleküldatensätze
Sonstige Titel: Graphical alignment of chemical structure diagrams and interactive navigation of large molecule datasets
Sprache: Deutsch
Autor*in: Hilbig, Matthias
GND-Schlagwörter: Organische Chemie; Computervisualistik; Datenbank; Angewandte Informatik; Graphische Benutzeroberfläche; Molekül
Erscheinungsdatum: 2019
Tag der mündlichen Prüfung: 2020-01-20
Zusammenfassung: 
In vielen Anwendungsfeldern der Lebenswissenschaften ist das Arbeiten mit einer großen Anzahl kleiner organischen Moleküle zur Notwendigkeit geworden: Umfangreiche Datenbanken mit organischen Molekülen müssen erstellt, verwaltet und miteinander verglichen werden.

Im Rahmen dieser Dissertation wurde das Programm Mona entwickelt, das einen einfachen intuitiven und interaktiven Umgang mit Molekülmengen erlaubt. Mona benötigt keine aufwendige Installation oder Vorbereitung, sondern ermöglicht es, sofort Molekülmengen mit bis zu einer Million Molekülen explorativ zu erkunden. Moleküle werden von Mona in Mengen organisiert, die betrachtet, gefiltert und verglichen werden können. Anhand von Fallbeispielen wird gezeigt, wie man das Programm möglichst effizient einsetzt.

Eine grundlegende Funktionalität von Mona ist dabei die Anzeige von Strukturdiagrammen kleiner Moleküle. Hierfür wurde der neue Algorithmus Naomi_2D entwickelt, der leicht auch für andere Anwendungsfälle parametrisierbar ist und möglichst gute Strukturdiagramme liefert. Der Algorithmus wurde auf einem großen Datensatz mit 147 Mio. Moleküle getestet und nach objektiven Kriterien verifiziert. Im direkten Vergleich mit anderen Layoutalgorithmen für 2D-Strukturdiagramme generiert Naomi_2D weniger Diagramme mit Kollisionen und verzerrten Winkeln. Die Flexibilität des Algorithmus wird anhand einer Erweiterung demonstriert, die das Ausrichten von Strukturdiagrammen ermöglicht.
Hierbei wählt der Benutzer ein Molekül als Vorlage und Mona richtet die Strukturdiagramme aller anderen Moleküle danach aus. Damit erhält man einen schnellen Überblick über die Ähnlichkeiten und Unterschiede in einer größeren Menge von Molekülen. Das Verfahren wird hinsichtlich der Güte des verwendeten Matching-Verfahrens und des Layouts bewertet.

Working with a large number of small organic molecules has become a necessity in the life sciences: Extensive databases with organic molecules have to be created, managed and compared.

In the context of this dissertation, the program Mona was developed, which enables a simple, intuitive and interactive handling of molecule sets. Mona does not require any complex installation or preparation, but allows to explore molecule sets of up to one million molecules immediately. Molecules are organized by Mona into sets that can be viewed, filtered and compared. Case studies show how to use the program as efficiently as possible.

A basic functionality of Mona is the display of structure diagrams of small molecules. For this purpose the new algorithm Naomi_2D was developed, which can easily be parameterized for other applications and provides high quality structure diagrams. The algorithm was tested on a large data set with 147 million molecules and verified with objective criteria. In direct comparison with other 2D structure diagram layout algorithms, Naomi_2D generates fewer diagrams with collisions and distorted angles. The flexibility of the algorithm is demonstrated by an extension that allows the alignment of structure diagrams.
Here the user selects one molecule as a template and Mona aligns the structure diagrams of all other molecules accordingly. This gives a quick overview of the similarities and differences in a large set of molecules. The procedure is evaluated with regard to the quality of the layouting and matching procedure used.
URL: https://ediss.sub.uni-hamburg.de/handle/ediss/6327
URN: urn:nbn:de:gbv:18-106796
Dokumenttyp: Dissertation
Betreuer*in: Rarey, Matthias (Prof. Dr.)
Enthalten in den Sammlungen:Elektronische Dissertationen und Habilitationen

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