(57)【要約】      （修正有）【課題】ペプチドの錯体形成能や沈殿形成能をシミュレーションする方法を提供する。【解決手段】ペプチドのレアアース種の回収能のシミュレーションするための方法であって、ペプチドと回収しようとするレアアース種のレアアースイオンとの錯体モデルの双極子モーメント（ＤＭ）、錯体モデルの最低空軌道（ＬＵＭＯ）は錯体の金属中心上の局在又は非局在及び錯体モデルの凝集エネルギー（ＣＥ）に基づいてペプチドのレアアース種回収能をシミュレーションする。【選択図】図１
2020160606.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペプチドのレアアース種の回収能のシミュレーション方法であって、
前記ペプチドと回収しようとする前記レアアース種のレアアースイオンとの錯体モデルの双極子モーメント（ＤＭ）、前記錯体モデルの最低空軌道（ＬＵＭＯ）は前記錯体の金属中心上の局在又は非局在、及び前記錯体モデルの凝集エネルギー（ＣＥ）に基づいて前記ペプチドの前記レアアース種回収能をシミュレーションする、方法。
【請求項２】
以下の（ａ）〜（ｃ）；
（ａ）前記ＤＭが０．００１ｄｅｂｙｅ以上３０ｄｅｂｙｅ以下である、
（ｂ）前記ＬＵＭＯが前記錯体モデルの金属中心上に局在する、及び
（ｃ）前記ＣＥが１．０ＭＪ／ｍ3以上５．０ＭＪ／ｍ3以下である、
を充足するときに、レアアース種回収能を肯定する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記（ａ）〜（ｃ）は、
（ａ）前記ＤＭが０．０１ｄｅｂｙｅ以上３０ｄｅｂｙｅ以下；
（ｂ）前記ＬＵＭＯは前記錯体モデルの金属中心上に局在し、
（ｃ）前記ＣＥが１．５ＭＪ／ｍ3以上３．５ＭＪ／ｍ3以下である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
以下の式で表される収率ポイントが５０以上のとき、レアアース種回収能を肯定する、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
収率ポイント＝１／[ＤＭ／６．５３]×[ＬＵＭＯ]×[ＣＥ／３．４９]×１００
（ただし、ＤＭは、ペプチドと回収しようとするレアアースイオンとの錯体モデルの双極子モーメントであり、ＬＵＭＯは、前記錯体モデルの金属中心上に局在するとき、１．１であり、前記錯体モデルの金属中心上に局在しないとき、０．６であり、ＣＥは、前記錯体の凝集エネルギーである。）
【請求項５】
前記ペプチドは、アミノ酸残基数が８個以上２０個以下であり、酸性アミノ酸残基を３個以上備える、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
ペプチドのレアアース種の回収能のシミュレーションシステムであって、
前記ペプチドと回収対象としての前記レアアース種のレアアースイオンとの錯体モデルの双極子モーメント（ＤＭ）を算出するＤＭモジュールと、
前記錯体モデルの最低空軌道（ＬＵＭＯ）が、前記錯体モデルの金属中心上に局在又は非局在するかを算出するＬＵＭＯモジュールと、
前記錯体モデルの凝集エネルギー（ＣＥ）を算出するＣＥモジュールと、
を備える、システム。
【請求項７】
ペプチドであって、
前記ペプチドと回収しようとするレアアースイオンとの錯体モデルの双極子モーメント（ＤＭ）が０．００１ｄｅｂｙｅ以上３０ｄｅｂｙｅ以下；
前記錯体モデルの最低空軌道（ＬＵＭＯ）が前記錯体モデルの金属中心上に局在し、
前記錯体モデルの凝集エネルギー（ＣＥ）が１．０ＭＪ／ｍ3以上５．０ＭＪ／ｍ3以下である、ペプチドを含む、レアアース種回収剤。
【請求項８】
ペプチドであって、以下の式で表される収率ポイントが５０以上であるペプチドを含む、レアアース種回収剤。
収率ポイント＝１／[ＤＭ／６．５３]×[ＬＵＭＯ]×[ＣＥ／３．４９]×１００
（ただし、ＤＭは、ペプチドと回収しようとするレアアースイオンとの錯体モデルの双極子モーメントであり、ＬＵＭＯは、前記錯体モデルの金属中心上に局在するとき、１．１であり、前記錯体モデルの金属中心上に局在しないとき、０．６であり、ＣＥは、前記錯体の凝集エネルギーである。）
【請求項９】
前記ペプチドは、アミノ酸残基数が８個以上２０個以下であり、酸性アミノ酸残基を３個以上備えるペプチド領域を含む、請求項７又は８に記載の回収剤。
【請求項１０】
前記ペプチドは、環状化が意図されるペプチドである、請求項７〜９のいずれかに記載の回収剤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、ペプチドのレアアース種の回収能のシミュレーション方法及びレアアース種回収剤に関する。
【背景技術】
【０００２】
これまで、レアアース種を認識して水酸化物などとして沈殿するペプチドが見出されている（特許文献１〜３、非特許文献１）。また、レアアースイオンを認識して錯体を形成するペプチドも報告されている（非特許文献２、特許文献４）。また、レアアースイオンを認識して錯形成する低分子化合物も報告されている（非特許文献３〜５）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−８８８４６号公報
【特許文献２】特表２０１７−５１２２４９号公報
【特許文献３】特開２０１６−１１７６６４号公報
【特許文献４】特開２０１４−５１４４９号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Nat. Commun., Vol. 8, 15670-15679 (2017)
【非特許文献２】Angew. Chem. Int. .Ed., 43, 3682 (2004)
【非特許文献３】Inorg. Chem., 28, 2638(1989)
【非特許文献４】Inorg. Chim. Acta, 288, 7 (1999)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これまで特許文献１〜４及び非特許文献１〜４に開示されたペプチドは、レアアース種を認識して沈殿形成するペプチド（特許文献１〜３、非特許文献１）又はレアアース種を認識して錯体を形成するペプチド（特許文献４、非特許文献１〜３）となっている。
【０００６】
例えば、特許文献１〜３及び非特許文献１に開示されるペプチドは、ファージディスプレイ法などを利用したライブラリに対して、特定のレアアース種に対する沈殿形成能を指標としてスクリーニングして得られたものである。
【０００７】
また、特許文献４及び非特許文献２に開示されるペプチドは、細胞内カルシウム結合に関与する公知のタンパク質の構造単位がレアアースに結合することを見出したことに基づくものである。すなわち、このペプチドは、研究者らにより偶然見出されたレアアース錯体形成能に基づくものである。
【０００８】
このように、ペプチドについては、レアアース種に対する沈殿形成能に基づくスクリーニング方法があるが、錯体形成能を指標としてスクリーニングすることができていない。また、アミノ酸配列は、１０残基程度であって、天然アミノ酸を構成アミノ酸としても、極めて多数の配列が存在し、これらについて実験的に沈殿形成能や錯体形成能などを検証することは、事実上不可能である。
【０００９】
また、ペプチドは、分子の柔軟性が高いため、分子認識分野で一般的に用いられる設計指針である錯体安定性や環／イオンサイズによる設計も困難であると考えられた。
【００１０】
このように、これまでのところ、ペプチドの錯体形成能や沈殿形成能をシミュレーションする方法がなかった。
【００１１】
本明細書は、以上の状況に鑑み、レアアース種に対する錯体形成能及び沈殿形成能などの捕捉能をそのアミノ酸配列に基づいてシミュレーションする方法及びパラメータによって規定されるレアアース種回収剤を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、レアアース種を錯体形成ないし沈殿形成して捕捉し回収できるペプチドの錯体形成能や沈殿形成能のシミュレーションの実現について種々検討した。そこで、レアアース種を認識して沈殿を形成する過程を、錯形成反応と凝集反応との二段階であると推測し、錯形成能については、レアアース種との錯形成能の高いクラウンエーテルを参照して、双極子モーメント（ＤＭ）及び最低空軌道（ＬＵＭＯ）に着目した。また、沈殿形成については、レアアース種との沈殿形成能の高いポリスチレンを参照して、その錯体の凝集エネルギー（ＣＥ）に着目した。
【００１３】
本発明者らは、これらのパラメータ、すなわち、双極子モーメント（ＤＭ）、最低空軌道（ＬＵＭＯ）及び凝集エネルギー（ＣＥ）を利用して、ペプチドのアミノ酸配列からレアアース種の回収能をシミュレーションすることを試み、これに成功した。本明細書は、こうした知見に基づき、以下の手段を提供する。
【００１４】
［１］ペプチドのレアアース種の回収能のシミュレーション方法であって、
前記ペプチドと回収しようとする前記レアアース種のレアアースイオンとの錯体モデルの双極子モーメント（ＤＭ）、前記錯体モデルの最低空軌道（ＬＵＭＯ）は前記錯体の金属中心上の局在又は非局在、及び前記錯体モデルの凝集エネルギー（ＣＥ）に基づいて前記ペプチドの前記レアアース種回収能をシミュレーションする、方法。
［２］以下の（ａ）〜（ｃ）；
（ａ）前記ＤＭが０．００１ｄｅｂｙｅ以上３０ｄｅｂｙｅ以下である、
（ｂ）前記ＬＵＭＯが前記錯体モデルの金属中心上に局在する、及び
（ｃ）前記ＣＥが１．０ＭＪ／ｍ3以上５．０ＭＪ／ｍ3以下である、
を充足するときに、レアアース種回収能を肯定する、請求項１に記載の方法。
［３］前記（ａ）〜（ｃ）は、
（ａ）前記ＤＭが０．０１ｄｅｂｙｅ以上３０ｄｅｂｙｅ以下；
（ｂ）前記ＬＵＭＯは前記錯体モデルの金属中心上に局在し、
（ｃ）前記ＣＥが１．５ＭＪ／ｍ3以上３．５ＭＪ／ｍ3以下である、［２］に記載の方法。
［４］以下の式で表される収率ポイントが５０以上のとき、レアアース種回収能を肯定する、［１］〜［３］のいずれかに記載の方法。
収率ポイント＝１／[ＤＭ／６．５３]×[ＬＵＭＯ]×[ＣＥ／３．４９]×１００
（ただし、ＤＭは、ペプチドと回収しようとするレアアースイオンとの錯体モデルの双極子モーメントであり、ＬＵＭＯは、前記錯体モデルの金属中心上に局在するとき、１．１であり、前記錯体モデルの金属中心上に局在しないとき、０．６であり、ＣＥは、前記錯体の凝集エネルギーである。）
［５］前記ペプチドは、アミノ酸残基数が８個以上２０個以下であり、酸性アミノ酸残基を３個以上備える、［１］〜［４］のいずれかに記載の方法。
［６］ペプチドのレアアース種の回収能のシミュレーションシステムであって、
前記ペプチドと回収対象としての前記レアアース種のレアアースイオンとの錯体モデルの双極子モーメント（ＤＭ）を算出するＤＭモジュールと、
前記錯体モデルの最低空軌道（ＬＵＭＯ）が、前記錯体モデルの金属中心上に局在又は非局在するかを算出するＬＵＭＯモジュールと、
前記錯体モデルの凝集エネルギー（ＣＥ）を算出するＣＥモジュールと、
を備える、システム。
［７］ペプチドであって、
前記ペプチドと回収しようとするレアアースイオンとの錯体モデルの双極子モーメント（ＤＭ）が０．００１ｄｅｂｙｅ以上３０ｄｅｂｙｅ以下；
前記錯体モデルの最低空軌道（ＬＵＭＯ）が前記錯体モデルの金属中心上に局在し、
前記錯体モデルの凝集エネルギー（ＣＥ）が１．０ＭＪ／ｍ3以上５．０ＭＪ／ｍ3以下である、ペプチドを含む、レアアース種回収剤。
［８］ペプチドであって、以下の式で表される収率ポイントが５０以上であるペプチドを含む、レアアース種回収剤。
収率ポイント＝１／[ＤＭ／６．５３]×[ＬＵＭＯ]×[ＣＥ／３．４９]×１００
（ただし、ＤＭは、ペプチドと回収しようとするレアアースイオンとの錯体モデルの双極子モーメントであり、ＬＵＭＯは、前記錯体モデルの金属中心上に局在するとき、１．１であり、前記錯体モデルの金属中心上に局在しないとき、０．６であり、ＣＥは、前記錯体の凝集エネルギーである。）
［９］前記ペプチドは、アミノ酸残基数が８個以上２０個以下であり、酸性アミノ酸残基を３個以上備えるペプチド領域を含む、［７］又は［８］に記載の回収剤。
［１０］前記ペプチドは、環状化が意図されるペプチドである、［７］〜［９］のいずれかに記載の回収剤。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ペプチドのレアアース種回収能のシミュレーションのフローの一例を示す図である。
【図２】ペプチドのレアアース種回収能のシミュレーションシステムの一例を示す図である。
【図３】実施例におけるペプチドについての各種パラメータ及び収率ポイントとレアアース種回収能の実測結果を示す図である。
【図４】ペプチド４−Ｌｕ（ルテニウム）錯体モデルのＤＭ、ＣＥ及びＬＵＭＯについて示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本明細書の開示は、ペプチドのレアアース種の回収能のシミュレーション方法及びシステム並びにレアアース種回収剤等に関する。本明細書に開示されるシミュレーション方法（以下、単に、本方法ともいう。）は、ペプチドと回収対象である前記レアアース種のイオンとの錯体モデルの双極子モーメント（ＤＭ）、前記錯体モデルの最低空軌道（ＬＵＭＯ）は前記レアアースイオンの金属中心上における存在又は非存在、及び前記錯体モデルの凝集エネルギー（ＣＥ）に基づいて前記ペプチドの前記レアアース種回収能を高精度に予測することができる。ペプチドと回収しようとするレアアースイオンとの錯体モデルのＤＭ及びＣＥが一定範囲内であり、ＬＵＭＯの金属中心上における存在／非存在を取得することで、そのペプチドのレアアース種に対する沈殿形成能などのレアアース種回収能を高精度に予測することができる。
【００１７】
すなわち、本方法によれば、ペプチドのアミノ酸配列と回収対象であるレアアース種のイオンとの錯体モデルを構築し、当該錯体モデルのＤＭ及びＬＵＭＯの局在性から錯体形成能を、ＣＥから沈殿形成能を、それぞれ推測でき、これらの組合せにより、全体としてレアアース種に対する沈殿形成能（回収能）を高精度に予測できる。
【００１８】
また、これらのパラメータに基づいて特定計算式に基づく収率ポイントを取得することで、これらのパラメータを組みあわせて簡易に高精度にレアアース種回収能を予測することができる。
【００１９】
さらに、こうしたパラメータ又は収率ポイントで規定されるペプチドは、高い確率でレアアース種回収能を発揮できるため、ペプチド回収剤として有用である。
【００２０】
以下、本明細書の開示に関する種々の実施形態について、適宜図面を参照しながら説明する。
【００２１】
（ペプチドのレアアース種の回収能のシミュレーション方法）
本方法は、前記ペプチドと回収対象である前記レアアース種のレアアースイオンとの錯体モデルの双極子モーメント（ＤＭ）、前記錯体モデルの最低空軌道（ＬＵＭＯ）が前記レアアースイオンの金属中心上における存在又は非存在、及び前記錯体モデルの凝集エネルギー（ＣＥ）に基づいて前記ペプチドの前記レアアース種回収能をシミュレーションする。
【００２２】
（レアアース種）
本明細書において、レアアース種とは、金属元素であるレアアースのイオン及びレアアースの参加ブルや水酸化物などのレアアースミネラル（鉱物）を包含している。本明細書においてレアアース種回収能は、レアアースミネラルを分散した液やレアアースイオンとして溶解している液などからレアアース水酸化物などの形態によりレアアースをミネラリゼーション（鉱物化）により沈殿形成させる能力をいう。
【００２３】
レアアースとしては、例えば、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）の２元素と、ランタノイドのランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジウム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）及びルテチウム（Ｌｕ）が挙げられる。
【００２４】
（ペプチド）
レアアース種の回収能をシミュレートしようとするペプチドは、特に限定するものではないが、レアアース種と相互作用して沈殿形成すことができるペプチド領域を少なくとも備える。ペプチドは、こうしたペプチド領域を２以上備えていてもよい。こうしたペプチドは、天然由来のペプチドと同様、Ｌ体アミノ酸残基からなることができる。
【００２５】
こうしたペプチド領域は、特に限定するものではなく、例えば、２０種の天然アミノ酸残基をアトランダムに人工的に配列したアミノ酸配列からなるものであってもよいし、あるいは一定の規則に従って人工的に配列したアミノ酸配列からなるものであってもよい。さらに、天然由来のアミノ酸配列又はその一部からなるものであってもよい。
【００２６】
例えば、かかるペプチド領域としては、既に、一定のレアアース種沈殿形成能がわかっているアミノ酸配列やレアアース種錯体形成能がわかっているアミノ酸配列に由来することができる。本発明者らによれば、レアアース種に対して沈殿形成能を発揮するペプチド領域は、概して、アミノ酸酸残基数が８以上２５以下程度であって、酸性アミノ酸残基を２又は３以上備えることがわかっている（特許文献１〜３等）。酸性アミノ酸残基としては、例えばアスパラギン酸（Ｄ）及びグルタミン酸（Ｅ）が挙げられる。また、酸性アミノ酸残基は、２個又は３個以上備えることができる。そのほか、レアアース種沈殿形成能がわかっているアミノ酸配列としては、例えば、イッテルビウム（Ｙｂ）やルテチウム（Ｌｕ）に対して選択的にレアアース種回収能を発揮するLeu-Ala-Gly-Asp-Val-Ser-Glu-Leu-Asp-Phe-Leu（LAGDVSELDFL、配列番号７）が挙げられる（特開２０１７−２２２６１４号公報）、また、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジウム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）及びガドリニウム（Ｇｄ）及びスカンジウムなどのライトレアアース種回収能を発揮するPro-Val-Trp-Phe-Ser-Asp-Val-Gly-Asp-Phe-Met-Val（PVWFSDVGDFMV、配列番号８）（特開２０１６−１１７６６３号公報）が挙げられる。また、Leu-Trp-Gly-Asp-Val-Ser-Glu-Leu-Asp-Phe-Leu（LWGDVSELDFL、配列番号９）、Leu-Tyr-Pro-Ser-Trp-Ser-Asp-Tyr-Ala-Phe（LYPSWSDYAF、配列番号１０）が挙げられる（以上、特開２０１６−１１７６６４号公報）。
【００２７】
その他、こうしたペプチド領域は、特許文献１〜３にも開示するように、ファージディスプレイ法により、ある種のレアアースミネラルと相互作用して沈殿形成能を発揮することが新たにわかったアミノ酸配列からなるペプチドであってもよい。
【００２８】
レアアース種沈殿形成能及び／又はレアアース種錯体形成能がわかっているアミノ酸配列に由来するペプチド領域としては、こうした既知のアミノ酸配列の１又は複数個のアミノ酸残基を置換、欠失、付加などによって改変したアミノ酸配列からなるペプチド領域が挙げられる。
【００２９】
このような既知のアミノ酸配列を改変したアミノ酸配列からなるペプチド領域を有するペプチドを対象としてシミュレートすることで、良好なレアアース種沈殿形成能を発揮するアミノ酸配列を効率的に特定できる。
【００３０】
本発明者らによれば、こうしたペプチド領域は、アミノ酸残基数は８以上２０以下であり、酸性アミノ酸残基は、２個又は３個以上備え、さらに、当該酸性アミノ酸残基以外は、塩基性アミノ酸残基（例えば、リシン、アルギニン、ヒスチジン）以外のアミノ酸残基（典型的には、アラニン（Ａ）、グリシン（Ｇ）、バリン（Ｖ）、ロイシン（Ｌ）、イソロイシン（Ｉ）、プロリン（Ｐ）、チロシン（Ｙ）、メチオニン（Ｍ）、フェニルアラニン（Ｆ）、トレオニン（Ｔ）、システイン（Ｃ）、セリン（Ｓ）、アスパラギン（Ｎ）、グルタミン（Ｑ）、トリプトファン（Ｗ））であることができる。
【００３１】
本発明者らによれば、こうしたペプチド領域のＮ末端及びＣ末端には、システイン（Ｃ）をそれぞれ備え、還元条件下でＳ−Ｓ結合を形成するように構成されるか、あるいは環状化されていてもよい。また、ペプチド領域のＮ末端及びＣ末端のアミノ酸残基が直接ペプチド結合により環状化されていてもよいし、ペプチド領域のＮ末端及びＣ末端に別途１個又は２個以上のアミノ酸残基を備え、これらの間での直接ペプチド結合により環状化されていてもよい。
【００３２】
以上説明したように、本方法は、こうしたペプチド領域のみからなるか、ペプチド領域に加えて環状化のためのあるいは環状化を意図しないアミノ酸残基を備えるペプチドについて、シミュレーション対象とすることができる。
【００３３】
本方法は、こうしたペプチドとレアアースイオンとの錯体モデルのＤＭ（双極子モーメント）、ＬＵＭＯ（最低空軌道）及びＣＥ（凝集エネルギー）を取得し、利用する。本方法について、図１に例示する本方法のフローを参照しながら説明する。
【００３４】
（錯体モデルの構築）
まず、シミュレーション対象のペプチドとレアアース種とが確定したら、当該ペプチドとそのレアアース種のイオンとの錯体モデルを構築する。かかる錯体モデルは、分子を構成する原子の位置を変化させることによって、分子のエネルギーが極小化された構造体である。分子エネルギーの極小化を、構造の最適化ともいう。
【００３５】
このような構造の最適化には、例えば、半経験的分子軌道法、非経験的分子軌道法、密度汎関数法を利用できる。また、分子力学法、半経験的分子軌道法、非経験的分子軌道法又は密度汎関数法を利用したソフトウエアによって立体配座探索することによって構造の最適化を行うことができる。こうした手法の１種又は２種以上を用いることによって、構造が最適化された錯体モデルが生成されることになる。
【００３６】
こうした錯体モデルは、例えば、公知の分子軌道法の構造計算ソフトウエアを用いることができる。例えば、Chem3D 15.1、Gaussian、Winmostar等を用いることができる。例えば、Chem3D 15.1に、対象ペプチドのアミノ酸配列及び回収対象であるレアアースイオンを入力し、分子力学法の一つであるＭＭ２(Molecular Mechanics program 2）によって最適化することで、錯体モデルを取得できる。
【００３７】
（双極子モーメント（ＤＭ）の算出）
ＤＭは、取得した錯体モデルを用いてＭＯＰＡＣなどの双極子モーメントを算出できるソフトウエアを用いて、そのＤＭを算出する。ソフトウエアは、ＭＯＰＡＣ以外にも、公知のソフトウエアは、特に限定するものではなく、例えば、Gaussian、Winmostar等を利用できる。計算に際しては、適宜パラメータを設定できる。なお、ＭＯＰＡＣを用いる場合、Type：Minimize（Energy/Geometry）、Method：PM7、Properties：Dipole、追加キーワード：SPARKLEとする他はデフォルト値を用いることができる。
【００３８】
（最低空軌道（ＬＵＭＯ）の算出）
ＬＵＭＯは、取得した錯体モデル又は当該錯体モデルに由来するモデルを用いて、公知のＬＵＭＯを計算できるソフトウエアを用いて取得する。例えば、上記錯体モデルを、Ｃｈｅｍ３Ｄでｍｏｌ２形式に変換するなどして、ＬＵＭＯの取得に適した構造に変換した錯体モデルを用いることもできる。
【００３９】
ここで、ＬＵＭＯを取得するとは、錯体モデルの金属中心上にＬＵＭＯが局在するか否かを判定することを含む。このような判定のためには、例えば、第１原理計算に基づく、例えば、Materials Studio 7.0 (ＭＳ7.0）DMol3などのソフトウエアを用いて、ＬＵＭＯが錯体モデルの金属中心上にあるかどうかを判定できる。ソフトウエアは、特に限定するものではなく、ＭＳ7.0以外にも、公知のソフトウエア、例えば、基底関数（Functional）GGA-BLYPを備えたソフトウエア等を利用できる。計算に際しては、適宜パラメータを設定できる。なお、ＭＳ7.0を用いる場合、Task: Energy, Functional: GGA-BLYP, Smearing 0.1 Ha, Properties: Orbitalsとするほかはデフォルト値を用いることができる。
【００４０】
（凝集エネルギー（ＣＥ）の算出）
ＣＥは、取得した錯体モデル又は当該錯体モデルに由来するモデルを用いて、公知のＣＥを計算できるソフトウエアを用いて取得する。例えば、上記錯体モデルを、Ｃｈｅｍ３Ｄでｍｏｌ２形式に変換するなどして、ＣＥの取得に適した構造に変換した錯体モデルを用いることもできる。
【００４１】
ここで、ＣＥを算出するには、例えば、ＭＳ8.0 Amorphous Cell及びForciteなどのソフトウエアを用いることができる。ソフトウエアは、特に限定するものではなく、これら以外にも、公知のソフトウエア、例えば、基底関数（Functional）GGA-BLYP等を利用できる。計算に際しては、適宜パラメータを設定できる。例えば、ＭＳ8.0 Amorphous Cell及びForciteを用いる場合、MM2構造ファイルからAmorphous Cellモジュールで2分子の入ったセルを作製し（Task:Construction, Quality: Ultrafine, Density : 1.5, Loading: 2, Force field: Universal）、それをForciteモジュールの分子動力学計算によりNVT平衡化を行う（Task:Dynamics, Quality:Ultrafine, Ensemble: NVT, Thermostat: velocity scale, Total simulation time: 50 ps, Number of steps: 50000, Frame output every: 50000）。さらに、引き続いてNVE平衡化を行い（Restart，Ensemble: NVE, Frame output every: 5000) 、得られた平衡構造から凝集エネルギーを計算することができる（Task: Cohesive Energy Density, Quality: Ultrafine, include structure in study table）。その他のパラメータ一条件はデフォルトの設定をそのまま使用できる。
【００４２】
なお、錯体モデルを一旦取得したら、この錯体モデルについての、ＤＭ、ＬＵＭＯ及びＣＥの取得は、任意の順序で行うこともできるし、同時的に行うこともできる。
【００４３】
（レアアース種回収能のシミュレーション）
本方法によれば、錯体モデルのＤＭ、ＬＵＭＯ局在性及びＣＥについては、総合的に判断することで、対象ペプチドのレアアース種回収能をシミュレーションできる。すなわち、対象ペプチドのレアアース種回収能の有無や程度を予測できる。
【００４４】
本方法においては、錯体モデルのＤＭが低いことが、レアアース種回収能を肯定できる指標となる。例えば、ＤＭが、０．００１ｄｅｂｙｅ以上３０ｄｅｂｙｅ以下である。ＤＭがかかる範囲にあることは、レアアースイオンとの錯体形成能を肯定できる指標となる。錯体形成能の高いクラウンエーテルのＮａイオン錯体では、そのＤＭが、０．０３３ｄｅｂｙｅと低い傾向があるからであり、本発明者らによる実施例においても確認されているからである。ＤＭは、また例えば、０．０１ｄｅｂｙｅ以上３０ｄｅｂｙｅ以下であり、また例えば、０．１ｄｅｂｙｅ以上２０ｄｅｂｙｅ以下、また例えば、１ｄｅｂｙｅ以上１０ｄｅｂｙｅ以下である。
【００４５】
本方法においては、錯体モデルのＬＵＭＯが、錯体モデルの金属中心上に存在することは、レアアースイオンとの錯体形成能を肯定できる指標となる。錯体形成能の高いクラウンエーテルのＮａイオン錯体では、ＬＵＭＯがＮａイオン上に存在するからであり、本発明者らによる実施例においても確認されているからである。
【００４６】
本方法においては、錯体モデルのＣＥが高いことが、レアアース種回収能を肯定できる指標となる。例えば、錯体モデルのＣＥが、１．０ＭＪ／ｍ3以上５．０ＭＪ／ｍ3以下である。ＣＥがかかる範囲にあることは、レアアース種との沈殿形成能を肯定できる指標となる。沈殿形成能の高いポリスチレンのＣＥが１．８ＭＪ／ｍ3であることから、ＣＥがこれと同等程度以上であれば、沈殿形成しやすいと考えられるからであり、本発明者らによる実施例においても確認されているからである。ＣＥは、また例えば、１．５ＭＪ／ｍ3以上４．０ＭＪ／ｍ3以下であり、また例えば、１．５ＭＪ／ｍ3以上３．５ＭＪ／ｍ3以下である。
【００４７】
本方法においては、錯体モデルのＤＭ、ＬＵＭＯ局在性及びＣＥを取得することで、対象ペプチドのレアアース種回収能をシミュレーションできるが、例えば、上記した各種条件のうち、ＤＭと、ＬＵＭＯ局在性及びＣＥのいずれかが上記条件を充足するとき、レアアース種回収能を肯定しやすくなり、さらに、ＤＭ、ＬＵＭＯ局在性及びＣＥの全てが上記条件を充足するとき、レアアース回収能をより肯定しやすくなる。また、これらの場合においては、ＤＭ及びＣＥについては、より限定的な範囲であることが一層レアアース種回収能を肯定しやすくなる。
【００４８】
本方法によれば、ＤＭが大きくＣＥが小さいとき、あるいはＤＥ及びＣＥが上記した範囲外であり、かつＬＵＭＯが錯体モデルの金属中心上に存在しないとき、レアアース種回収能を肯定し難いといえる。すなわち、レアアース種回収能を否定しやすくなる。
【００４９】
本方法によれば、以下の式（１）で表される収率ポイント（％）が例えば３０以上（また例えば４０以上、また例えば５０以上、また例えば６０以上、また例えば８０以上）のとき、レアアース種回収能を肯定し、例えば１０未満（また例えば２０未満、また例えば３０未満）のとき、レアアース回収能を否定することができる。
収率ポイント＝１／[ＤＭ／６．５３]×[ＬＵＭＯ]×[ＣＥ／３．４９]×１００（１）
（ただし、ＤＭは、ペプチドと回収しようとするレアアースイオンとの錯体モデルの双極子モーメントであり、ＬＵＭＯは、前記錯体が金属原子上にあるとき、１．１であり、錯体モデルの金属中心上に存在しないとき、０．６であり、ＣＥは、錯体モデルの凝集エネルギーである。）
【００５０】
本方法は、例えば、図２に例示するようなペプチドのレアアース種の回収能のシミュレーション装置としても実施可能である。すなわち、錯体モデルのＤＭを算出する算出部であるＤＭ算出モジュールと、錯体モデルのＬＵＭＯが金属中心上にあるかどうかを算出する検出部であるＬＵＭＯ検出モジュールと、錯体モデルのＣＥを算出する算出部であるＣＥ算出モジュールと、を備える、シミュレーション装置であってもよい。これらの各モジュールは、概して、コンピュータのＣＰＵ、ＲＡＭ及び外部記憶装置においてプログラムとして格納されうる。
【００５１】
また、このシミュレーション装置は、さらに、ＤＭ算出モジュールによって算出されたＤＭと、ＬＵＭＯ検出モジュールによって算出されたＬＵＭＯ局在性と、ＣＥ算出モジュールによって算出されたＣＥとのそれぞれの数値充足性を、予め保持する充足条件と対比して、レアアース種回収能を判定する判定部である判定モジュールを備えることができる。判定モジュールも、他のモジュールと同様、コンピュータのＣＰＵ、ＲＡＭ及び外部記憶装置においてプログラムとして格納されうる。判定モジュールが備える充足条件は、既述のＤＭ、ＣＥ等の範囲、ＬＵＭＯの局在性である。これらは、プログラムに組み込まれていてもよいし、別途、ＲＡＭあるいはＲＯＭなどのメモリに記憶されていてもよい。
【００５２】
判定モジュールは、さらに、既述の収率ポイントを算出できるように構成されていてもよい。すなわち、収率ポイントの算出式に従って収率ポイントを出力可能になっていてもよい。算出式は、プログラムに組み込まれていてもよいし、別途、ＲＡＭあるいはＲＯＭなどのメモリに記憶されていてもよい。
【００５３】
シミュレーション装置は、さらに、ＤＭ、ＬＵＭＯ及びＣＥを算出するための錯体モデルを構築する構築部である錯体モデル構築モジュールを備えていてもよい。かかるモジュールは、ＤＭ算出モジュール、ＬＵＭＯ算出モジュール及びＣＥ算出モジュールのそれぞれに備えていてもよいし、共通して一つの錯体モデル構築モジュールを備えるようにしてもよい。
【００５４】
こうしたシミュレーション装置は、装置としてだけではなく、シミュレーションシステムとしても構築できる。すなわち、上記モジュールの１又は２以上を別個の装置として備えていたり、同１又は２以上を、クラウド上に備えていてもよい。同様に、ＤＭの充足条件や回収率算出式を、クラウド上に備えていてもよい。
【００５５】
シミュレーション装置及びシミュレーションシステムは、いずれも、錯体モデルのＣＭ、ＬＵＭＯ局在性、ＣＥ、収率ポイントやこれらに基づく画像等を、ディスプレイ等に表示したりする出力モジュールを備えることができる。
【００５６】
（レアアース種回収剤）
本明細書に開示されるレアアース種回収剤（以下、単に、本回収剤ともいう。）は、ペプチドであって、前記ペプチドと回収しようとするレアアースイオンとの錯体モデルのＤＭが０．００１ｄｅｂｙｅ以上３０ｄｅｂｙｅ以下、また例えば；０．０１ｄｅｂｙｅ以上３０ｄｅｂｙｅ以下
錯体モデルのＬＵＭＯが前記錯体モデルの金属中心上に存在し；及び
錯体モデルのＣＥが１．０ＭＪ／ｍ3以上５．０ＭＪ／ｍ3以下であり、また例えば１．５ＭＪ／ｍ3以上３．５ＭＪ／ｍ3以下である、ペプチドを含むことができる。かかるペプチドは、レアアース種回収能を発揮できる。
【００５７】
ペプチドは、また例えば、既述の式（１）により計算される収率ポイントが５０以上であるペプチドであってもよい。
【００５８】
ペプチドは、既述のペプチド領域を備えることができ、また例えば、既述のとおりの環状化が意図されるペプチドである。
【実施例】
【００５９】
以下、本明細書の開示をより具体的に説明するために具体例としての実施例を記載する。以下の実施例は、本明細書の開示を説明するためのものであって、その範囲を限定するものではない。
【実施例１】
【００６０】
本実施例では、以下の表１に示す配列のペプチド（１〜６：配列番号１〜６）について、同表に示すレアアースイオンとの錯体モデルを構築し、その後、双極子モーメント（ＤＭ）、最低空軌道（ＬＵＭＯ）局在及び凝集エネルギー（ＣＥ）を以下の方法で算出し、さらに、式（１）に基づいて収率ポイント（％）を算出した。これらの結果も併せて表１に示す。
収率ポイント＝１／[ＤＭ／６．５３]×[ＬＵＭＯ]×[ＣＥ／３．４９]×１００ （１）
【００６１】
【表１】
2020160606.tif 000003
＊ただし、Ｎ末端及びＣ末端に付与したシステイン残基で環状化されている。
【００６２】
（各種パラメータの算出及び収率ポイントの算出）
表１に示す各ペプチドとレアアースイオンとの錯体モデルは、Chem3D15.1でMM2により最適化した安定構造体として構築した。なお、Chem3D ＭＭ２及びMOPACの計算にはDellPrecision T7910 (CPU: Xeon E5-2630 v3 (2.40 GHz), RAM: 32GB, OS: Windows 7 Pro SP1)を使用した。また、Material Studioの計算は、ワークステーション(CPU: Xeon ES-2690 (SandyBridge/ 8 core/ 2. 90 GHz) x2，Ram: 64GB, InfiniBand :-FDR-56 Gbps, OS: RHEL6.1)の環境で行った。
【００６３】
（双極子モーメントの算出）
各種錯体モデルについて、ＤＭをMOPACP M7を用いて、以下のパラメータを用いる以外は、デフォルト値を用いて実行した。
Type: Minimize(Energy/Geometry)
Method: PM7
Properties: Dipole
追加キーワード：SPARKLE
【００６４】
（最低空軌道の局在の算出）
各種錯体モデルについて、LUMOの局在をMaterials Studio (MS) 7.0 DMol3モジュールを用いて、以下のパラメータを用いる以外はデフォルト値を用いて算出した。なお、錯体モデルは、Chem3Dでmol2形式に変換したものを使用した。なお、Ｄｙイオン錯体モデルについては、Spin-uninterestedを適用した。
Task: Energy
Functional: GGA-BLYP， Smearing 0.1 Ha
Properties: Orbitals
【００６５】
（凝集エネルギーの算出）
凝集エネルギーをMS8.0 Amorphous Cell及びForciteモジュールを用い、ＭＭ２最適化錯体モデルを、Chem3Dでmol2形式に変換したものを使用し、以下に示すパラメータ以外は、デフォルト値を用いて算出した。
【００６６】
まず、MM2構造ファイルからAmorphousCellモジュールで2分子の入ったセルを以下のパラメータで作製した。
Task: Construction
Quality: Ultrafine
Density: 1.5
Loading: 2
Force field: Universal
【００６７】
このセルを、Forciteモジュールの分子動力学計算により以下のパラメータを用いてNVT平衡化を行った。
Task: Dynamics
Quality: Ultrafine
Ensemble: NVT
Thermostat: velocity scale
Total simulation time: 50ps
Number of steps: 50000
Frame output every: 50000
【００６８】
引き続いて以下のパラメータを用いてNVE平衡化を行った。
Restart, Ensemble: NVE
Frame output every: 5000
【００６９】
得られた平衡構造から以下のパラメータを用いて凝集エネルギーを計算した。
Task: Cohesive Energy Density
Quality: Ultrafine, include structure in study table
【実施例２】
【００７０】
本実施例では、表１に示す各種ペプチドにつき、以下の方法で各種レアアースイオンの回収実験を行い、単離収率（％）を求めた。
【００７１】
表１に示す各ペプチド（HCI塩）を、３００μＭとなるように、62.5mM MES緩衝液(pH6.1)60mlに加え、超音波スターラー（日本精機製作所USS-1、35W)を使用して溶解させた。この３００μＭ溶液（ｐＨ６．１ＭＥＳ緩衝液）２０ｍｌに、各レアアースイオンの終濃度３ｍＭとなるように硝酸ランタンLa(N03)3（Aldrich）、硝酸ジスプロシウムDy(N03)3、硝酸ルテチウムLu(N03)3（以上、和光純薬工業株式会社）に添加して、１２時間以上の一定時間室温で静置した。その後、生成した沈殿を遠心分離（１２０００ｒｐｍ、２分間）して、採取し、風乾後、真空下６時間乾燥し、重量を測定した。なお、62.5mM MES緩衝液(pH6.1)は、MES(2-Morpholinoethanesulfonic acid, 2−モルホリノエタンスルホン酸）（同仁化学研究所株式会社）を用いて、同仁化学研究所のホームページ (http://www.dojindo.co.jp/technicaI/protocol/good%20buffer.pdf)に記載の手順により調製した。
【００７２】
さらに、沈殿のエレクトロプレーイオン化−質量分析（ＥＳＩ−ＭＳ）による組成決定を行ったところ、ペプチドとレアアースイオンの１：１錯体であった。当該組成に基づいて単離収率（％）を算出した。単離収率（％）についても併せて表１に示す。また、各ペプチドについて算出された収率ポイントと実測値としての単離収率（％）とを対比を図３に示す。また、ペプチド４についての、ＤＭ（双極子モーメント）、ＣＥ（凝集エネルギー）及びＬＵＭＯ（最低空軌道）局在の計算結果に基づく概念図を図４に示す。
【００７３】
表１及び図１に示すように、収率ポイント（％）と単離収率（％）とを対比すると、一致しない錯体があるものの、収率ポイント（％）が高いと単離収率（％）も高く、収率ポイントが低ければ単離収率（％）も低いという傾向が明らかに観察された。
【００７４】
例えば、ペプチド４のＬｕ錯体モデルは、収率ポイント９６％、単離収率９９％であった。この錯体モデルは、双極子モーメントが比較的小さく（７．５０４）、ＬＵＭＯも金属中心上に局在し、凝集エネルギーが比較的大きく（０．６８６２）、ＬＵＭＯも金属中心上に局在しており、収率ポイントが高くなった。図４（ａ）に示すように、この錯体モデルの双極子モーメントが小さいのは、アミノ酸配列において酸性アミノ酸残基が分散して存在するため金属周りの骨格歪みが比較的少ないためと考えられた。また、図４（ｂ）に示すように、この錯体においては、２分子が密に凝集していた。さらに、図４（ｃ）に示すように、金属中心上にＬＵＭＯが局在していた。このような錯体は、レアアースイオンと錯体を形成しやすくしかも凝集傾向にあるためことが収率ポイントに反映され、同時に単離収率（％）が大きくなったことがわかる。
【００７５】
また例えば、ペプチド３のＬａ錯体モデルは、収率ポイント１９％、単離収率４１％であった。この錯体モデルについては、双極子モーメントが比較的小さく（７．５２３）、ＬＵＭＯも金属中心上に局在しているが、凝集エネルギーが非常に小さいため（０．６８６２）、収率ポイントが小さくなった。この錯体は、これらのパラメータに対応して単離収率も中程度であったことがわかる。
【００７６】
また例えば、ペプチド１、２の錯体モデルについては、収率ポイントも低く、単離収率も低かった。これらのペプチドの錯体モデルは、いずれも、双極子モーメントが大きく、凝集エネルギーが小さく、ＬＵＭＯは金属中心上に局在していないため、収率ポイントが低かった。これらのパラメータに対応して単離収率も低くなったことがわかる。
【００７７】
また例えば、これらの結果から、錯体モデルの双極子モーメントが０．００１ｄｅｂｙｅ以上３０ｄｅｂｙｅ以下であり、より好ましくは、０．０１ｄｅｂｙｅ以上３０ｄｅｂｙｅ以下、さらに好ましくは、１ｄｅｂｙｅ以上１５ｄｅｂｙｅ以下であることがレアアース種回収能を肯定できる傾向があることがわかった。
【００７８】
また、錯体モデルの最低空軌道が錯体モデルの金属中心上に局在することが、レアアース種回収能を肯定できる傾向があることもわかった。さらに、錯体モデルの凝集エネルギー（ＣＥ）が１．０ＭＪ／ｍ3以上５．０ＭＪ／ｍ3以下、より好ましくは、１．５ＭＪ／ｍ3以上３．５ＭＪ／ｍ3以下であることが、レアアース種回収能を肯定できる傾向があることがわかった。
【００７９】
以上のように、ペプチドとレアアースイオンとの錯体モデルを構築し、その錯体モデルについての双極子モーメント、凝集エネルギー及び最低空軌道の金属中心局在性をパラメータとすることで、そのペプチドのレアアース種回収能を予測できることがわかった。
【配列表フリーテキスト】
【００８０】
配列番号１〜１０：人工ペプチド
【図１】
2020160606.tif 000004
【図２】
2020160606.tif 000005
【図３】
2020160606.tif 000006
【図４】
2020160606.tif 000007
【配列表】
2020160606000001.app