「方程式」を解いて「新薬の開発」をサポートする計算化学

「方程式」を使って医薬品の原料・素材を探す

新しい医薬品を生み出すためには10年前後、場合によってはそれ以上の研究期間と、莫大な額の開発費が必要です。薬効成分になりそうな天然成分や化合物の候補は数万～数十万種類あり、一つひとつの効果を細胞実験などで確認しなければならないからです。その期間と費用を減らし、できるだけ短期間・ローコストで薬を開発できるよう、「計算化学」の物理方程式を用いて薬の候補を効率的に絞り込む研究が進んでいます。候補となる物質と、疾患に関わる特定のタンパク質との結合の強さなどを、計算式によって明らかにしようという取り組みです。

複数の計算手法でタンパクとの結合程度を確認

私たちの体は様々なタンパク質の働きによって維持されています。何らかの原因でタンパク質の働きや性質に異常が生じると、さまざまな疾患が発生します。そのため、治療効果の高い薬を作るためには、異常なタンパク質に、より強く結合する成分を探し出さなければなりません。そこで、成分とタンパク質との結合の強さを算出する「ドッキング計算」、タンパク質の動きまで考慮して結合状態を見る「分子動力学計算」、さらに、タンパク質を構成する電子の状態まで深掘りして、成分との相互作用を観察する「量子化学計算」などの手法を使い分けながら、候補となる成分を絞り込みます。そうした計算は、「ニュートンの運動方程式」や「シュレーディンガー方程式」など複雑な数式に基づいているため、コンピュータで処理します。その際、研究者自身が計算手順をプログラミングすることもあります。

疾患の進行状態に合わせて候補を選ぶ

感染症を引きおこすウイルスがヒトの細胞に侵入する際に使うスパイクタンパク質、侵入後、自己複製のために使うポリメラーゼなど、疾患の進行段階で薬が標的とするタンパク質は異なります。それに合わせて、特定のタンパク質を狙い撃ちする、「分子標的薬」の成分を絞り込みやすくできるのも、この研究の特長なのです。

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先生情報 / 大学情報

鹿児島大学工学部先進工学科化学生命工学プログラム教授石川岳志先生

興味が湧いてきたら、この学問がオススメ！

計算化学、量子化学

先生が目指すSDGs

メッセージ

近年、AI（人工知能）をはじめとするICT（情報通信技術）システムを導入する企業・団体が急速に増えています。あなたが社会に出る頃には、コンピュータを活用する場面はさらに広がっているでしょう。
私の研究で、薬を作るためにコンピュータを駆使するように、一見コンピュータやプログラミングとは関わりがなさそうな分野の研究や業務でも、コンピュータの知識・技術が求められるようになるでしょう。もしもあなたがコンピュータに関心があるなら、その関心をもっと膨らませてください。

先生への質問

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鹿児島大学は、日本列島の南に位置し、アジアの諸地域に開かれ、海と火山と島々からなる豊かな自然環境に恵まれた地にあります。この地は、我が国の変革と近代化を推進する過程で、多くの困難に果敢に挑戦する人材を育成してきました。このような地理的特性と教育的伝統を踏まえ、鹿児島大学は、学問の自由と多様性を堅持しつつ、自主自律と進取の精神を尊重し、地域とともに社会の発展に貢献する総合大学をめざします。