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 新型コロナウイルス感染症対策を契機に、人工知能(AI)などのITを用いた創薬プロセスが一気に加速しそうだ。ビッグデータの活用が浸透し、深層学習などのアルゴリズムも進歩した。それを支える計算機の性能も高まった。ここ数年で整ってきたデジタル環境を背景に、新型コロナ禍がきっかけとなって「AI創薬」が一気に花開こうとしている。

スパコンの頂点、富岳が貢献

 AI創薬を後押しするのがスーパーコンピューターの計算能力の高まりだ。2020年6月22日(ヨーロッパ夏時間)、スーパーコンピューターの性能を競う世界ランキング「TOP500」で理化学研究所と富士通が共同開発した「富岳(ふがく)」が1位を獲得した。この富岳を使った分子シミュレーションで、早くも新型コロナウイルスの治療薬候補が見つかりそうだ。6月26日時点では途中経過だが、「有望そうな治療薬が見つかってきている」と京都大学大学院医学研究科の奥野恭史教授は声を弾ませる。

理化学研究所と富士通が共同開発したスーパーコンピューター「富岳(ふがく)」
理化学研究所と富士通が共同開発したスーパーコンピューター「富岳(ふがく)」
(出所:理化学研究所)
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 新型コロナ対策として、理研などは富岳を1年前倒しして2020年春から運用を始めた。奥野教授らはターゲットとなる新型コロナウイルスの4つのたんぱく質のそれぞれについて、親和性を持ち治療効果を持つと期待される治療薬候補を見つけ出すために、富岳を使った分子シミュレーションの実験に着手した。

 分子シミュレーションでは、分子の3次元構造の動きや相互作用をコンピューターの中で再現する。新型コロナウイルスが持つたんぱく質と、抗ウイルス薬など既存の医薬品がどう結合するかをシミュレーションすることで、結合の強さなどを割り出し、新型コロナの治療薬として効果がありそうなものを見つけ出す。

 奥野教授らはこれまでに、新型コロナウイルスウイルスが持つ「Main protease」と呼ぶたんぱく質との結合を、既存医薬品2128種の全てについて富岳でシミュレーションした。その結果、効果がありそうな2種の医薬品が見つかったという。

 富岳はまだ本稼働ではなく使える時間も限定されているうえ、アプリケーションの調整も完全ではない。本来の計算能力を発揮できていないため、今回は10日間の計算時間がかかったが、「調整が済めば1~2日で計算が終わる」(奥野教授)。残る3つのたんぱく質についてのシミュレーションも今後計画している。

「ようやく道具がそろった」

 今回のようなシミュレーションは、「(富岳の前世代機である)京(けい)では到底できない計算量が必要」(奥野教授)という。富岳の計算能力は京の約50~100倍とされる。まだ調整が完全でない段階の富岳でも思った以上の結果が出たことで、治療薬発見の期待はさらに高まる。

 奥野教授はかねてシミュレーションや機械学習などを用いたAI創薬の研究に取り組んできた。ここ数年でビッグデータの活用や深層学習などのアルゴリズムが進歩してきたが、新型コロナ禍で富岳が前倒し稼働したことで思わぬ膨大な計算能力を利用できるようになった格好だ。奥野教授は「ようやく道具がそろった段階だ」と表情を引き締める。

 創薬研究の基礎段階では、大量の化合物をスクリーニング(探索)して安全性や効果を評価し、薬の種を絞り込む。ただそれにはコストや時間がかかる点が課題だった。コンピューターを使ってシミュレーションしたり、大量のデータを解析したりすることで、このスクリーニングの効率を高める研究はこれまでもあったが、計算能力やデータ量が十分ではないといった壁にぶつかり、模索が続いていた。

 「製薬会社は万のオーダーの化合物を実験室で数カ月かけて実験して、薬の候補を絞り込んでいる。富岳の能力を最大限発揮できるようになればこの期間を1週間まで縮められる」。奥野教授はフルパワーの富岳への期待をこう話す。