(57)【要約】【課題】計算対象分子の周囲の適した位置に溶媒分子を配置することが可能な座標データを用い、主計算対象分子と、副計算対象分子との相互作用を計算する方法などの提供。【解決手段】周期境界条件を設定して行う、主計算対象分子、副計算対象分子、及び溶媒分子の分子動力学計算により得られた座標データを用いた前記主計算対象分子及び前記副計算対象分子の相互作用の計算方法であって、前記分子動力学計算により得られた各時点における一の溶媒分子の座標データについて、前記周期境界条件により規定された単位格子及び前記単位格子に隣接する単位格子に存在する複数の前記一の溶媒分子の座標データから、前記主計算対象分子及び前記副計算対象分子のいずれかに距離が最も近い座標データを前記一の溶媒分子の座標データとして選択する工程を含む相互作用の計算方法である。【選択図】図６
2014215785.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周期境界条件を設定して行う、主計算対象分子、副計算対象分子、及び溶媒分子の分子動力学計算により得られた座標データを用いた前記主計算対象分子及び前記副計算対象分子の相互作用の計算方法であって、
前記分子動力学計算により得られた各時点における一の溶媒分子の座標データについて、前記周期境界条件により規定された単位格子及び前記単位格子に隣接する単位格子に存在する複数の前記一の溶媒分子の座標データから、前記主計算対象分子及び前記副計算対象分子のいずれかに距離が最も近い座標データを前記一の溶媒分子の座標データとして選択する工程を含むことを特徴とする相互作用の計算方法。
【請求項２】
前記主計算対象分子及び前記副計算対象分子のいずれかに距離が最も近い座標データを前記一の溶媒分子の座標データとして選択する際に、前記一の溶媒分子の座標データから決定した代表的な一つの座標データを用いて前記主計算対象分子及び前記副計算対象分子のいずれかに距離が最も近い座標データを選択する請求項１に記載の相互作用の計算方法。
【請求項３】
前記代表的な一つの座標データが、前記主計算対象分子及び前記副計算対象分子のいずれかを原点とした相対的な座標データである請求項２に記載の相互作用の計算方法。
【請求項４】
前記選択する工程の後に、前記分子動力学計算により得られた各時点における一の溶媒分子の座標データから、所定の測定時間を選択して前記所定の測定時間における前記一の溶媒分子の時間平均座標データを取得する際に、一の時点（Ｔｍ）における前記一の溶媒分子の座標データが設定された第一の閾値を超える場合には、選択された前記測定時間の初期の時点（Ｔ０）から前記一の溶媒分子の座標データが前記第一の閾値を超える直前の時点（Ｔｍ−１）までの各時点の前記一の溶媒分子の座標データから前記一の溶媒分子の時間平均座標データを取得し、更に、前記時点（Ｔｍ）から、前記時点（Ｔｍ）よりも後の時点であって次に設定された第二の閾値を超える時点（Ｔｎ）の直前の時点（Ｔｎ−１）及び前記第二の閾値を超えない場合には選択された前記測定時間の最後の時点（Ｔｚ）のいずれかまでの各時点の前記一の溶媒分子の座標データから時間平均座標データを取得する工程を含む請求項１から３のいずれかに記載の相互作用の計算方法。
【請求項５】
前記所定の測定時間における前記一の溶媒分子の時間平均座標データを取得する際の前記第一の閾値が、前記時点（Ｔ０）から前記時点（Ｔｍ−１）までの前記一の溶媒分子の座標データの平均値からの距離として設定され、前記第二の閾値が、前記時点（Ｔｍ）から前記時点（Ｔｎ−１）及び前記時点（Ｔｚ）のいずれかまでの前記一の溶媒分子の座標データの平均値からの距離として設定される請求項４に記載の相互作用の計算方法。
【請求項６】
周期境界条件を設定して行う、主計算対象分子、副計算対象分子、及び溶媒分子の分子動力学計算により得られた座標データの変換方法であって、
前記分子動力学計算により得られた各時点における一の溶媒分子の座標データについて、前記周期境界条件により規定された単位格子及び前記単位格子に隣接する単位格子に存在する複数の前記一の溶媒分子の座標データから、前記主計算対象分子及び前記副計算対象分子のいずれかに距離が最も近い座標データを前記一の溶媒分子の座標データとして選択する工程を含むことを特徴とする座標データの変換方法。
【請求項７】
前記主計算対象分子及び前記副計算対象分子のいずれかに距離が最も近い座標データを前記一の溶媒分子の座標データとして選択する際に、前記一の溶媒分子の座標データから決定した代表的な一つの座標データを用いて前記主計算対象分子及び前記副計算対象分子のいずれかに距離が最も近い座標データを選択する請求項６に記載の座標データの変換方法。
【請求項８】
前記代表的な一つの座標データが、前記主計算対象分子及び前記副計算対象分子のいずれかを原点とした相対的な座標データである請求項７に記載の座標データの変換方法。
【請求項９】
前記選択する工程の後に、前記分子動力学計算により得られた各時点における一の溶媒分子の座標データから、所定の測定時間を選択して前記所定の測定時間における前記一の溶媒分子の時間平均座標データを取得する際に、一の時点（Ｔｍ）における前記一の溶媒分子の座標データが設定された第一の閾値を超える場合には、選択された前記測定時間の初期の時点（Ｔ０）から前記一の溶媒分子の座標データが前記第一の閾値を超える直前の時点（Ｔｍ−１）までの各時点の前記一の溶媒分子の座標データから前記一の溶媒分子の時間平均座標データを取得し、更に、前記時点（Ｔｍ）から、前記時点（Ｔｍ）よりも後の時点であって次に設定された第二の閾値を超える時点（Ｔｎ）の直前の時点（Ｔｎ−１）及び前記第二の閾値を超えない場合には選択された前記測定時間の最後の時点（Ｔｚ）のいずれかまでの各時点の前記一の溶媒分子の座標データから時間平均座標データを取得する工程を含む請求項６から８のいずれかに記載の座標データの変換方法。
【請求項１０】
前記所定の測定時間における前記一の溶媒分子の時間平均座標データを取得する際の前記第一の閾値が、前記時点（Ｔ０）から前記時点（Ｔｍ−１）までの前記一の溶媒分子の座標データの平均値からの距離として設定され、前記第二の閾値が、前記時点（Ｔｍ）から前記時点（Ｔｎ−１）及び前記時点（Ｔｚ）のいずれかまでの前記一の溶媒分子の座標データの平均値からの距離として設定される請求項９に記載の座標データの変換方法。
【請求項１１】
コンピューターに、請求項１から５のいずれかに記載の相互作用の計算方法及び請求項６から１０のいずれに記載の座標データの変換方法のいずれかを実行させることを特徴とするプログラム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のプログラムを記録したことを特徴とするコンピュータが読み取り可能な記録媒体。
【請求項１３】
請求項１２に記載のコンピュータが読み取り可能な記録媒体を備えることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件は、周期境界条件を設定して行う分子動力学計算により得られた座標データを、周期境界条件を用いない計算方法へ適用可能な座標データに変換する方法、及び前記方法を用い、対象タンパク質などの主計算対象分子と、薬剤候補化合物などの副計算対象分子との相互作用を計算する方法、それらの方法を実行するプログラム、前記プログラムを備えた記録媒体、並びに前記記録媒体を備えた装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
分子動力学（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｄｙｎａｍｉｃｓ、ＭＤ）計算では、周期境界条件を課した単位格子内に、計算対象分子、溶媒分子などを配置させ、各分子に含まれる原子間に働く力を各時間に対して計算する。そうすることで、時間発展に対する全原子の軌跡を求めることが可能である。前記ＭＤ計算は、例えば、ＧＲＯＭＡＣＳ（グローマックス、Ｇｒｏｎｉｎｇｅｎ  Ｍａｃｈｉｎｅ  ｆｏｒ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ、グローニンゲン・マシン・フォー・ケミカル・シミュレーションズ）などを用いて行われる（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
分子動力学計算によって得られる結果構造データにおける各分子内の原子は、周期境界条件を除くと分子としての形状を保つとは限らない。また、計算対象分子間、計算対象分子と溶媒分子との間の相互配置も、周期境界条件を除くと初期の構成を保つとは限らない。
【０００４】
そのため、分子軌道（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｏｒｂｉｔａｌ、ＭＯ）計算などにおいて周期境界条件を課さない物性解析を実施する際に、入力構造に前記ＭＤ計算の結果構造を用いるためには、計算結果の原子座標から、周期境界条件を除いた座標へと変換する際には、分子の形状を保つように適切な変換を施す必要が生じる。
【０００５】
そこで、前記ＧＲＯＭＡＣＳなどを用いる前記ＭＤ計算では、計算対象分子及び溶媒分子についての前記ＭＤ計算の結果座標から周期境界条件を除いた座標に変換する際に、通常、（１）周期境界による座標シフトを制限し、運動の結果座標としての原子座標に変換する方法、（２）指定した分子を中心として、分子の形状を保つように全ての原子座標を変換する方法、の２種類の方法が用いられる。
しかし、前記（１）の方法では、全ての分子は形状を保つものの、計算対象分子と溶媒分子との間の位置関係を保つとは限らず、計算対象分子の周囲で、存在すべき溶媒分子が消失してしまう可能性がある。また、前記（２）の方法でも、周期境界の近傍にある計算対象分子の周囲では、溶媒分子が消失してしまう可能性がある。そのため、計算対象分子の周囲に溶媒分子を最適に配置する座標変換は困難を伴う。特に前記ＭＤ計算結果から時間平均の座標を抽出して解析に用いることが可能な座標に変換することは困難である。なお、溶媒分子である水分子を考慮せず真空中で対象タンパク質と薬剤候補化合物との相互作用を計算すると、水分子が存在する場合に比べて２０ｋｃａｌ／ｍｏｌ程度エネルギー値に差が生じることが知られている。
【０００６】
したがって、計算対象分子の周囲の適した位置に溶媒分子を配置することが可能な座標データの変換方法、及び前記方法を用い、主計算対象分子と、副計算対象分子との相互作用を計算する方法、それらの方法を実行するプログラム、前記プログラムを備えた記録媒体、並びに前記記録媒体を備えた装置の提供が求められているのが現状である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｊ．  Ｃｈｅｍ．  Ｔｈｅｏｒｙ  Ｃｏｍｐｕｔ．，  ４：  ４３５−４４７  （２００８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本件は、従来における前記諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本件は、計算対象分子の周囲の適した位置に溶媒分子を配置することが可能な座標データの変換方法、及び前記方法を用い、主計算対象分子と、副計算対象分子との相互作用を計算する方法、それらの方法を実行するプログラム、前記プログラムを備えた記録媒体、並びに前記記録媒体を備えた装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
開示の相互作用の計算方法は、
周期境界条件を設定して行う、主計算対象分子、副計算対象分子、及び溶媒分子の分子動力学計算により得られた座標データを用いた前記主計算対象分子及び前記副計算対象分子の相互作用の計算方法であって、
前記分子動力学計算により得られた各時点における一の溶媒分子の座標データについて、前記周期境界条件により規定された単位格子及び前記単位格子に隣接する単位格子に存在する複数の前記一の溶媒分子の座標データから、前記主計算対象分子及び前記副計算対象分子のいずれかに距離が最も近い座標データを前記一の溶媒分子の座標データとして選択する工程を含む。
【００１０】
開示の座標データの変換方法は、
周期境界条件を設定して行う、主計算対象分子、副計算対象分子、及び溶媒分子の分子動力学計算により得られた座標データの変換方法であって、
前記分子動力学計算により得られた各時点における一の溶媒分子の座標データについて、前記周期境界条件により規定された単位格子及び前記単位格子に隣接する単位格子に存在する複数の前記一の溶媒分子の座標データから、前記主計算対象分子及び前記副計算対象分子のいずれかに距離が最も近い座標データを前記一の溶媒分子の座標データとして選択する工程を含む。
【００１１】
開示のプログラムは、
コンピューターに、開示の前記相互作用の計算方法及び開示の前記座標データの変換方法のいずれかを実行させるプログラムである。
【００１２】
開示の記録媒体は、
開示の前記プログラムを記録したコンピュータが読み取り可能な記録媒体である。
【００１３】
開示の装置は、
開示のコンピュータが読み取り可能な記録媒体を備える。
【発明の効果】
【００１４】
開示の相互作用の計算方法によれば、従来における前記諸問題を解決し、前記目的を達成することができ、計算対象分子の周囲の適した位置に溶媒分子が配置された座標データを用いて、主計算対象分子と、副計算対象分子との相互作用を計算することができる相互作用の計算方法を提供できる。
開示の座標データの変換方法によれば、従来における前記諸問題を解決し、前記目的を達成することができ、計算対象分子の周囲の適した位置に溶媒分子を配置することが可能な座標データの変換方法を提供できる。
開示のプログラムによれば、計算対象分子の周囲の適した位置に溶媒分子を配置することが可能なプログラム、又は計算対象分子の周囲の適した位置に溶媒分子が配置された座標データを用いて、主計算対象分子と、副計算対象分子との相互作用を計算することができるプログラムを提供できる。
開示の記録媒体によれば、計算対象分子の周囲の適した位置に溶媒分子を配置することが可能な記録媒体、又は計算対象分子の周囲の適した位置に溶媒分子が配置された座標データを用いて、主計算対象分子と、副計算対象分子との相互作用を計算することができる記録媒体を提供できる。
開示の装置によれば、計算対象分子の周囲の適した位置に溶媒分子を配置することが可能な装置、又は計算対象分子の周囲の適した位置に溶媒分子が配置された座標データを用いて、主計算対象分子と、副計算対象分子との相互作用を計算することができる装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、従来技術による座標変換の結果を示す模式図である。
【図２】図２は、開示の技術による座標変換の結果の一例を示す模式図である。
【図３】図３は、従来技術による時間平均座標データを示す模式図である。
【図４】図４は、時間平均座標の取得の一例を示す図である。
【図５】図５は、開示の技術による時間平均座標データの一例を示す模式図である。
【図６】図６は、開示の技術の一例のフローチャートである。
【図７】図７は、開示の技術の他の一例のフローチャートである。
【図８】図８は、開示の技術に用いる記憶部のデータ構造例を示す図である。
【図９】図９は、開示の装置のハードウエア構成例である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（座標データの変換方法、相互作用の計算方法）
開示の座標データの変換方法は、選択する工程を少なくとも含み、好ましくは時間平均座標データを取得する工程を含み、更に必要に応じて、その他の工程を含む。
前記座標データの変換方法は、周期境界条件を設定して行う、主計算対象分子、副計算対象分子、及び溶媒分子の分子動力学計算により得られた座標データの変換方法である。
【００１７】
開示の相互作用の計算方法は、選択する工程を少なくとも含み、好ましくは時間平均座標データを取得する工程を含み、更に必要に応じて、その他の工程を含む。
前記相互作用の計算方法は、周期境界条件を設定して行う、主計算対象分子、副計算対象分子、及び溶媒分子の分子動力学計算により得られた座標データを用いた前記主計算対象分子及び前記副計算対象分子の相互作用の計算方法である。
【００１８】
本明細書において前記周期境界条件とは、前記主計算対象分子、前記副計算対象分子、及び前記溶媒分子を包含する単位格子を規定し、仮想的にその単位格子を３次元方向（ＸＹＺ方向）に繰り返し無限に配置することである。
前記単位格子の大きさとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記単位格子内に、前記主計算対象分子は、通常１つ配置され、前記副計算対象分子は、通常少なくとも１つ配置され、前記溶媒分子は、通常少なくとも１つ配置され、好ましくは複数配置される。
【００１９】
前記主計算対象分子としては、例えば、対象タンパク質などが挙げられる。
前記副計算対象分子としては、例えば、薬剤候補化合物などが挙げられる。前記薬剤候補化合物は、例えば、前記対象タンパク質との相互作用の計算対象となる化合物である。
【００２０】
前記分子動力学計算としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ＧＲＯＭＡＣＳ、ａｍｂｅｒ（Ａｓｓｉｓｔｅｄ  Ｍｏｄｅｌ  Ｂｕｉｌｄｉｎｇ  ｗｉｔｈ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔ）、ｃｈａｒｍｍ、ｔｉｎｋｅｒ、ｌａｍｍｐｓを用いて行うことができる。
【００２１】
前記相互作用としては、例えば、水素結合、ファンデルワールス相互作用、クーロン相互作用などが挙げられる。
【００２２】
＜選択する工程＞
前記選択する工程は、前記分子動力学計算により得られた各時点における一の溶媒分子の座標データについて、前記周期境界条件により規定された単位格子（以下、「基準単位格子」と称することがある）及び前記基準単位格子に隣接する単位格子に存在する複数の前記一の溶媒分子の座標データから、前記主計算対象分子及び前記副計算対象分子のいずれかに距離が最も近い座標データを前記一の溶媒分子の座標データとして選択する工程である。
前記選択する工程を行うことにより、計算対象分子（主計算対象分子、副計算対象分子）の周囲の溶媒分子が消失することを避けることでき、前記計算対象分子の周囲の適した位置に溶媒分子を配置することができる。
【００２３】
前記基準単位格子に隣接する単位格子に存在する溶媒分子の座標データは、前記基準単位格子に存在する溶媒分子の座標データから１周期分（基準単位格子１つ分）座標がシフトした座標データである。
【００２４】
前記選択する工程においては、前記主計算対象分子及び前記副計算対象分子のいずれかに距離が最も近い座標データを前記一の溶媒分子の座標データとして選択する際に、前記一の溶媒分子の座標データから決定した代表的な一つの座標データを用いて前記主計算対象分子及び前記副計算対象分子のいずれかに距離が最も近い座標データを選択することが好ましい。そうすることにより、データの計算量を少なくして処理速度を早くすることができる。
前記代表的な一つの座標データとしては、前記一の溶媒分子における一つの原子の座標データであってもよいし、前記一の溶媒分子を構成する原子の平均座標であってもよい。前記平均座標としては、例えば、重心となる座標などが挙げられる。
【００２５】
前記代表的な一つの座標データは、前記主計算対象分子及び前記副計算対象分子のいずれかを原点とした相対的な座標データであることが好ましい。そうすることにより、前記主計算対象分子及び前記副計算対象分子のいずれかに距離が最も近い座標データを計算する処理速度を早くすることができる。
【００２６】
＜時間平均座標データを取得する工程＞
前記時間平均座標データを取得する工程は、前記選択する工程の後に、前記分子動力学計算により得られた各時点における一の溶媒分子の座標データから、所定の測定時間を選択して前記所定の測定時間における前記一の溶媒分子の時間平均座標データを取得する際に、一の時点（Ｔｍ）における前記一の溶媒分子の座標データが設定された第一の閾値を超える場合には、選択された前記測定時間の初期の時点（Ｔ０）から前記一の溶媒分子の座標データが前記第一の閾値を超える直前の時点（Ｔｍ−１）までの各時点の前記一の溶媒分子の座標データから前記一の溶媒分子の時間平均座標データを取得し、更に、前記時点（Ｔｍ）から、前記時点（Ｔｍ）よりも後の時点であって次に設定された第二の閾値を超える時点（Ｔｎ）の直前の時点（Ｔｎ−１）及び前記第二の閾値を超えない場合には選択された前記測定時間の最後の時点（Ｔｚ）のいずれかまでの各時点の前記一の溶媒分子の座標データから時間平均座標データを取得する工程である。
前記時間平均座標データを取得する工程を行うことにより、分子動力学計算により得られた座標データから時間平均座標データを取得する際に、周期境界を跨いで移動した溶媒分子が存在した場合でも、周期境界を跨いで生じる溶媒分子の座標の大きな変化を考慮した時間平均座標データの取得が可能になる。そうすることで、他原子又は他分子との座標の重なりを抑制することができる。
【００２７】
前記所定の測定時間における前記一の溶媒分子の時間平均座標データを取得する際の前記第一の閾値は、前記時点（Ｔ０）から前記時点（Ｔｍ−１）までの前記一の溶媒分子の座標データの平均値からの距離として設定されることが好ましい。
前記所定の測定時間における前記一の溶媒分子の時間平均座標データを取得する際の前記第二の閾値は、前記時点（Ｔｍ）から前記時点（Ｔｎ−１）及び前記時点（Ｔｚ）のいずれかまでの前記一の溶媒分子の座標データの平均値からの距離として設定されることが好ましい。
【００２８】
前記第一の閾値、及び前記第二の閾値は、例えば、前記周期境界条件により規定された単位格子の大きさなどに応じて適宜設定することができる。
【００２９】
前記座標データの変換方法、及び前記相互作用の計算方法は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ハードディスク、各種周辺機器等を備えた通常のコンピュータシステム（例えば、各種ネットワークサーバ、ワークステーション、パーソナルコンピュータ等）を用いることによって実現することができる。
【００３０】
従来技術であれば、周期境界条件を設定して分子動力学計算を行った結果座標を、周期境界条件を課さない座標に変換すると、図１に示すように、計算対象分子（主計算対象分子１、副計算対象分子２）の周囲に溶媒分子３が存在しない状態ができる。
しかし、開示の前記座標データの変換方法、及び前記相互作用の計算方法においては、前記選択する工程を含むことにより、周期境界条件を規定した基準単位格子及び前記基準単位格子に隣接する単位格子に存在する複数の一の溶媒分子から主計算対象分子、及び副計算対象分子に最も距離が近い溶媒分子を選択することで、周期境界条件を課さない座標に変換しても、図２に示すように、計算対象分子（主計算対象分子１、副計算対象分子２）の周囲の適した位置に溶媒分子３を配置することができる。
【００３１】
また、従来技術であれば、周期境界条件を設定して分子動力学計算を行った結果座標を、周期境界条件を課さない座標に変換し、所定の時間における時間平均座標を求めようとすると、図３に示すように、ある時点の溶媒分子の座標３ａと、他の時点の溶媒分子の座標３ｂとの時間平均座標３ｃが、主計算対象分子１の座標と重なるような不具合が生じることがある。
しかし、開示の前記座標データの変換方法、及び前記相互作用の計算方法は、前記時間平均座標データを取得する工程を含むことにより、例えば、時間平均座標を求めようとする測定時間において溶媒分子が周期境界を跨ぐような座標の変化をしていても、閾値を設けてそのような座標の変化に応じて複数の時間平均座標を取得すること（例えば、図４に示すように、溶媒分子の座標変化が小さい時間内において時間平均座標を取得すること）で、図５に示すように、溶媒分子の座標３ａからの座標変化が小さい座標について時間平均座標３ｃを取得し、溶媒分子の座標３ｂからの座標変化が小さい座標について時間平均座標３ｄを取得することで、溶媒分子の時間平均座標が、主計算対象分子や副計算対象分子の座標と重なるような不具合が防ぐことができる。
【００３２】
（プログラム）
開示のプログラムは、コンピューターに、開示の座標データの変換方法、及び開示の相互作用の計算方法のいずれかを実行させるプログラムである。
【００３３】
前記プログラムは、使用するコンピュータシステムの構成及びオペレーティングシステムの種類・バージョンなどに応じて、公知の各種のプログラム言語を用いて作成することができる。
【００３４】
前記プログラムは、内蔵ハードディスク、外付けハードディスクなどの記憶媒体に記録しておいてもよいし、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＤＶＤ−ＲＯＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｋ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＭＯディスク（Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｏｐｔｉｃａｌ  ｄｉｓｋ）、ＵＳＢメモリ〔ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）  ｆｌａｓｈ  ｄｒｉｖｅ〕などの記憶媒体に記録しておいてもよい。前記プログラムをＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＭＯディスク、ＵＳＢメモリなどの記憶媒体に記録する場合には、必要に応じて随時、コンピュータシステムが有する記憶媒体読取装置を通じて、これを直接、又はハードディスクにインストールして使用することができる。また、コンピュータシステムから情報通信ネットワークを通じてアクセス可能な外部記憶領域（他のコンピュータ等）に前記プログラムを記録しておき、必要に応じて随時、前記外部記憶領域から情報通信ネットワークを通じてこれを直接、又はハードディスクにインストールして使用することもできる。
【００３５】
（コンピュータが読み取り可能な記録媒体）
開示のコンピュータが読み取り可能な記録媒体は、開示の前記プログラムを記録してなる。
前記コンピュータが読み取り可能な記録媒体としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、内蔵ハードディスク、外付けハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＭＯディスク、ＵＳＢメモリなどが挙げられる。
【００３６】
（装置）
開示の装置は、開示の前記コンピュータが読み取り可能な記録媒体を備える。
【００３７】
図６に開示の座標データの変換方法及び相互作用の計算方法の一例のフローチャートを示す。
まず、分子動力学計算を行うための準備として、主計算対象分子、副計算対象分子、及び溶媒分子について、分子の構造構築とデータの設定を行う。
続いて、分子動力学計算を実行する。分子動力学計算では、周期境界条件を設定して計算を行う。
続いて、分子動力学計算により得られた座標データについて選択する工程を行う。前記選択する工程の結果によっては、溶媒分子の座標データの変換を行う。
前記相互作用の計算方法においては、続いて、例えば、選択する工程の後の座標データを用いて前記主計算対象分子及び前記副計算対象分子の相互作用の計算が行われる。
【００３８】
図７に開示の座標データの変換方法及び相互作用の計算方法の他の一例のフローチャートを示す。
まず、分子動力学計算を行うための準備として、主計算対象分子、副計算対象分子、及び溶媒分子について、分子の構造構築とデータの設定を行う。
続いて、分子動力学計算を実行する。分子動力学計算では、周期境界条件を設定して計算を行う。
続いて、分子動力学計算により得られた座標データについて選択する工程を行う。前記選択する工程の結果によっては、溶媒分子の座標データの変換を行う。
続いて、前記選択する工程で得られた座標データに基づいて、時間平均座標データを取得する工程を行い、時間平均座標データを取得する。
前記相互作用の計算方法においては、続いて、例えば、時間平均座標データを取得する工程により得られた時間平均座標データを用いて前記主計算対象分子及び前記副計算対象分子の相互作用の計算が行われる。
【００３９】
図８に、図７のフローチャートの方法を行う際のハードウエア内の記憶部のデータ構造例を示す。
図７のフローチャート及び図８のデータ構造例を用いた開示の座標データの変換方法の一例を以下に説明する。
まず、分子動力学計算を行うための準備として、主計算対象分子、副計算対象分子、及び溶媒分子について、分子の構造構築とデータの設定を行う。具体的には、分子の構造の構築と、各データ構造体の設定を行う。
データ構造体としては、例えば、
（１）全分子データ構造体〔ＭＤ計算の各時点ｔにおける全分子データ構造体Ｔ［ｔ］〕、
（２）分子データ構造体〔識別番号ｉの分子データ構造体Ｍ［ｉ］〕、
（３）原子データ構造体〔識別番号ｋの原子データ構造体Ａ［ｋ］〕、及び
（４）中心座標データ構造体〔中心座標データ構造体Ｃ〕
を設定する。
【００４０】
〔全分子データ構造体〕
全分子データ構造体Ｔ［ｔ］は、構成要素として、ＭＤ計算の構成分子数データＴ［ｔ］→Ｎと、各分子の識別番号ｉに対応する分子データ構造体Ｔ［ｔ］→Ｍ［ｉ］とを有する。全分子データ構造体Ｔ［ｔ］は、各時点ｔにおいて、識別番号ｉに基づいて各分子の構造体データ構造体Ｍ［ｉ］を検索可能にする。
【００４１】
〔分子データ構造体〕
分子データ構造体Ｍ［ｉ］は、構成要素として、識別番号ｉの分子を構成する原子数データＭ［ｉ］→Ｎと、識別番号ｉの分子の構成原子の識別番号ｋに対応する識別番号データＭ［ｉ］→Ａ［ｋ］とを有する。分子データ構造体Ｍ［ｉ］は、識別番号データＭ［ｉ］→Ａ［ｋ］に基づいて原子データ構造体Ａ［ｋ］を検索可能にする。
分子データ構造体Ｍ［ｉ］は、対象分子識別フラグデータＭ［ｉ］→ＦＯを構成要素として有する。対象分子識別フラグデータＭ［ｉ］→ＦＯは、識別番号ｉの分子が、主計算対象分子であるか、副計算対象分子であるか、溶媒分子であるかを判別可能にする。
分子データ構造体Ｍ［ｉ］は、識別番号ｉの分子の中心座標データ構造体Ｍ［ｉ］→Ｃを構成要素として有する。中心座標データ構造体Ｍ［ｉ］→Ｃを用いることで、溶媒分子の座標と計算対象分子（主計算対象分子及び副計算対象分子）の座標との距離を算出して、その溶媒分子と最も近い計算対象分子を判定する際に、代表値を用いて算出できるため、処理速度が早くなる。
分子データ構造体Ｍ［ｉ］は、近接分子フラグデータＭ［ｉ］→ＦＭを構成要素として有する。
【００４２】
〔原子データ構造体〕
原子データ構造体Ａ［ｋ］は、構成要素として、所属分子の識別番号データＡ［ｋ］→Ｍを有する。所属分子の識別番号データＡ［ｋ］→Ｍに基づいて、原子ｋが所属する分子が検索可能になる。
ＭＤ計算結果の原子座標データは、原子データ構造体Ａ［ｋ］の構成要素であるＭＤ計算座標データＡ［ｋ］→Ｃ１に格納される。
周期境界を除く変換を施した座標データは、原子データ構造体Ａ［ｋ］の構成要素である変換後座標データＡ［ｋ］→Ｃ２に格納される。変換後座標データＡ［ｋ］→Ｃ２には、当初ＭＤ計算座標データと同じ座標データが格納される場合があるが、前記選択する工程が行われた際には、最終的な座標データは、前記選択する工程により選択された座標データである。
変換後座標データＡ［ｋ］→Ｃ２を用いて前記時間平均座標データを取得する工程が行われた際には、得られた時間平均座標データは、原子データ構造体Ａ［ｋ］の構成要素である時間平均座標データＡ［ｋ］→Ｃ３に格納される。
原子データ構造体Ａ［ｋ］は、時間平均フラグデータＡ［ｋ］→ＦＣを構成要素として有する。時間平均フラグデータＡ［ｋ］→ＦＣは、前記時間平均座標データを取得する工程において、前記第一の閾値、前記第二の閾値を設定するフラグデータである。原子データ構造体Ａ［ｋ］が、時間平均フラグデータＡ［ｋ］→ＦＣを構成要素として有することにより、前記時間平均座標データを取得する工程において、他原子との座標重なりを抑止可能な時間間隔を抽出して、抽出した時間での時間平均座標データＡ［ｋ］→Ｃ３を取得可能にする。
【００４３】
〔対象分子識別フラグデータ〕
対象分子識別フラグデータＭ［ｉ］→ＦＯは、少なくともユーザが座標変換の中心に設定したい主計算対象分子１つについて、メインとしてのフラグを設定可能であり、副計算対象分子については複数個について、サブとしてのフラグを設定可能である。
対象分子識別フラグデータＭ［ｉ］→ＦＯを参照することで、識別番号ｉの分子が主計算対象分子か、副計算対象分子か、溶媒分子かが判別可能になる。
【００４４】
〔中心座標データ構造体〕
中心座標データ構造体Ｃは、構成要素として、座標データＣ→Ｃと、原点分子の識別番号データＣ→Ｍとを有する。
主計算対象分子を原点分子とすると、中心座標データ構造体Ｃの各構成要素は、例えば、以下のようになる。
【００４５】
＜識別番号ｉの分子が主計算対象分子の場合＞
識別番号ｉの分子が主計算対象分子の場合、識別番号データＭ［ｉ］→Ｃ→Ｍは、自分子の識別番号ｉであり、座標データＭ［ｉ］→Ｃ→Ｃは、識別番号ｉの分子を構成する原子の変換後座標データＡ［Ｍ［ｉ］→Ａ［ｋ］］→Ｃ２の代表値である。ここで、代表値としては、例えば、分子の重心であってもよいし、予め決めた特定の原子の座標であってもよい。
【００４６】
＜識別番号ｉの分子が副計算対象分子の場合＞
識別番号ｉの分子が副計算対象分子の場合、識別番号データＭ［ｉ］→Ｃ→Ｍは、主計算対象分子の識別番号であり、座標データＭ［ｉ］→Ｃ→Ｃは、識別番号ｉの分子を構成する原子の変換後座標データＡ［Ｍ［ｉ］→Ａ［ｋ］］→Ｃ２の代表値であり、かつ主計算対象分子の座標データＭ［ｉ］→Ｃ→Ｃに対する相対座標である。
【００４７】
＜識別番号ｉの分子が溶媒分子の場合＞
識別番号ｉの分子が溶媒分子の場合、座標データＭ［ｉ］→Ｃ→Ｃは、識別番号ｉの分子を構成する原子の変換後座標データＡ［Ｍ［ｉ］→Ａ［ｋ］］→Ｃ２の代表値（座標）と、前記代表値を基準単位格子（周期境界条件で規定した単位格子）から前記基準単位格子に隣接する単位格子へ１周期分ずらした座標であって前記隣接する単位格子の数だけ存在する座標とのうち、主計算対象分子及び副計算対象分子のいずれかの識別番号ｉの分子を構成する原子の変換後座標データＡ［Ｍ［ｉ］→Ａ［ｋ］］→Ｃ２の代表値との距離Ｒが最も小さくなる代表値（座標）であり、かつ主計算対象分子の座標データＭ［ｉ］→Ｃ→Ｃに対する相対座標である。
識別番号データＭ［ｉ］→Ｃ→Ｍは、原点分子とした主計算対象分子の識別番号である。
更に、識別番号ｉの分子が溶媒分子の場合には、上記の座標データＭ［ｉ］→Ｃ→Ｃに基づいて、構成原子ｋの変換後座標データＡ［Ｍ［ｉ］→Ａ［ｋ］］→Ｃ２は、座標データＭ［ｉ］→Ｃ→Ｃに対応する変換後座標データに書き換えられる場合がある。
【００４８】
〔近接分子フラグデータ〕
近接分子フラグデータＭ［ｉ］→ＦＭは、前記距離Ｒが、事前に設定された適切な距離の閾値データの距離Ｒ０よりも小さい場合は真に設定し、大きい場合は偽に設定される。そうすることにより、近接分子フラグデータＭ［ｉ］→ＦＭが真となる分子データ構造体の識別番号を抽出できる。
そうすることにより、抽出した識別番号に変更がない（計算対象分子の近接溶媒分子の配置に大きな変更がない）連続時間ステップを抽出できるため、抽出した時間における平均座標を取得することにより、溶媒分子が計算対象分子（主計算対象分子及び副計算対象分子）の周囲に適切に配置された座標の取得が可能になる。
【００４９】
〔時間平均座標データ〕
時間平均座標データＡ［ｋ］→Ｃ３は、変換後座標データＡ［ｋ］→Ｃ２における、時間平均フラグデータＡ［ｋ］→ＦＣが真となる時点Ｔ０から次に真となる時点Ｔ１の間の平均座標データである。
時間平均フラグデータＡ［ｋ］→ＦＣは、通常は偽の値とするが、変換後座標データＡ［ｋ］→Ｃ２と時間平均座標データＡ［ｋ］→Ｃ３との距離Ｄが、事前に設定された適切な値Ｄ０を超えた場合に真とする。時間平均フラグデータＡ［ｋ］→ＦＣが真となる時点では、時間平均座標データＡ［ｋ］→Ｃ３を求める計算が一度リセットされるため、例えば、周期境界を跨いで移動した溶媒分子が存在した場合でも、周期境界を跨いで生じる溶媒分子の座標の大きな変化を考慮した時間平均座標データの取得が可能になるため、他原子との座標重なりを抑制した平均座標の取得が可能になる。
【００５０】
開示の技術においては、例えば、ＭＤ計算を行い各時点ｔにおけるＭＤ計算座標データを取得しつつ、中心座標データ構造体を利用して前記選択する工程を行い、変換後座標データに前記選択する工程により得られた座標データを格納していくことができる。即ち、ＭＤ計算座標データの取得と、前記選択する工程とを同時並行で行なってもよい。
また、ＭＤ計算を行い全ての各時点ｔにおけるＭＤ計算座標データを取得した後に、中心座標データ構造体を利用して前記選択する工程を行い、変換後座標データに前記選択する工程により得られた座標データを格納していってもよい。
【００５１】
図９に、開示の装置のハードウエア構成例を示す。
装置１０は、例えば、ＣＰＵ１１、メモリ１２、記憶部１３、表示部１４、入力部１５、出力部１６、Ｉ／Ｏインターフェース部１７等がシステムバス１８を介して接続されて構成される。
【００５２】
ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）１１は、演算（四則演算、比較演算等）、ハードウエア及びソフトウエアの動作制御などを行う。
【００５３】
メモリ１２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）などのメモリである。前記ＲＡＭは、前記ＲＯＭ及び記憶部１３から読み出されたＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）及びアプリケーションプログラムなどを記憶し、ＣＰＵ１１の主メモリ及びワークエリアとして機能する。
【００５４】
記憶部１３は、各種プログラム及びデータを記憶する装置であり、例えば、ハードディスクである。記憶部１３には、ＣＰＵ１１が実行するプログラム、プログラム実行に必要なデータ、ＯＳなどが格納される。
前記プログラムは、記憶部１３に格納され、メモリ１２のＲＡＭ（主メモリ）にロードされ、ＣＰＵ１１により実行される。
【００５５】
表示部１４は、表示装置であり、例えば、ＣＲＴモニタ、液晶パネル等のディスプレイ装置である。
入力部１５は、各種データの入力装置であり、例えば、キーボード、ポインティングデバイス（例えば、マウス等）などである。
出力部１６は、各種データの出力装置であり、例えば、プリンタである。
Ｉ／Ｏインターフェース部１７は、各種の外部装置を接続するためのインターフェースである。例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＭＯディスク、ＵＳＢメモリなどのデータの入出力を可能にする。
【００５６】
以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）  周期境界条件を設定して行う、主計算対象分子、副計算対象分子、及び溶媒分子の分子動力学計算により得られた座標データを用いた前記主計算対象分子及び前記副計算対象分子の相互作用の計算方法であって、
前記分子動力学計算により得られた各時点における一の溶媒分子の座標データについて、前記周期境界条件により規定された単位格子及び前記単位格子に隣接する単位格子に存在する複数の前記一の溶媒分子の座標データから、前記主計算対象分子及び前記副計算対象分子のいずれかに距離が最も近い座標データを前記一の溶媒分子の座標データとして選択する工程を含むことを特徴とする相互作用の計算方法。
（付記２）  前記主計算対象分子及び前記副計算対象分子のいずれかに距離が最も近い座標データを前記一の溶媒分子の座標データとして選択する際に、前記一の溶媒分子の座標データから決定した代表的な一つの座標データを用いて前記主計算対象分子及び前記副計算対象分子のいずれかに距離が最も近い座標データを選択する付記１に載の相互作用の計算方法。
（付記３）  前記代表的な一つの座標データが、前記主計算対象分子及び前記副計算対象分子のいずれかを原点とした相対的な座標データである付記２に記載の相互作用の計算方法。
（付記４）  前記選択する工程の後に、前記分子動力学計算により得られた各時点における一の溶媒分子の座標データから、所定の測定時間を選択して前記所定の測定時間における前記一の溶媒分子の時間平均座標データを取得する際に、一の時点（Ｔｍ）における前記一の溶媒分子の座標データが設定された第一の閾値を超える場合には、選択された前記測定時間の初期の時点（Ｔ０）から前記一の溶媒分子の座標データが前記第一の閾値を超える直前の時点（Ｔｍ−１）までの各時点の前記一の溶媒分子の座標データから前記一の溶媒分子の時間平均座標データを取得し、更に、前記時点（Ｔｍ）から、前記時点（Ｔｍ）よりも後の時点であって次に設定された第二の閾値を超える時点（Ｔｎ）の直前の時点（Ｔｎ−１）及び前記第二の閾値を超えない場合には選択された前記測定時間の最後の時点（Ｔｚ）のいずれかまでの各時点の前記一の溶媒分子の座標データから時間平均座標データを取得する工程を含む付記１から３のいずれかに記載の相互作用の計算方法。
（付記５）  前記所定の測定時間における前記一の溶媒分子の時間平均座標データを取得する際の前記第一の閾値が、前記時点（Ｔ０）から前記時点（Ｔｍ−１）までの前記一の溶媒分子の座標データの平均値からの距離として設定され、前記第二の閾値が、前記時点（Ｔｍ）から前記時点（Ｔｎ−１）及び前記時点（Ｔｚ）のいずれかまでの前記一の溶媒分子の座標データの平均値からの距離として設定される付記４に記載の相互作用の計算方法。
（付記６）  周期境界条件を設定して行う、主計算対象分子、副計算対象分子、及び溶媒分子の分子動力学計算により得られた座標データの変換方法であって、
前記分子動力学計算により得られた各時点における一の溶媒分子の座標データについて、前記周期境界条件により規定された単位格子及び前記単位格子に隣接する単位格子に存在する複数の前記一の溶媒分子の座標データから、前記主計算対象分子及び前記副計算対象分子のいずれかに距離が最も近い座標データを前記一の溶媒分子の座標データとして選択する工程を含むことを特徴とする座標データの変換方法。
（付記７）  前記主計算対象分子及び前記副計算対象分子のいずれかに距離が最も近い座標データを前記一の溶媒分子の座標データとして選択する際に、前記一の溶媒分子の座標データから決定した代表的な一つの座標データを用いて前記主計算対象分子及び前記副計算対象分子のいずれかに距離が最も近い座標データを選択する付記６に記載の座標データの変換方法。
（付記８）  前記代表的な一つの座標データが、前記主計算対象分子及び前記副計算対象分子のいずれかを原点とした相対的な座標データである付記７に記載の座標データの変換方法。
（付記９）  前記選択する工程の後に、前記分子動力学計算により得られた各時点における一の溶媒分子の座標データから、所定の測定時間を選択して前記所定の測定時間における前記一の溶媒分子の時間平均座標データを取得する際に、一の時点（Ｔｍ）における前記一の溶媒分子の座標データが設定された第一の閾値を超える場合には、選択された前記測定時間の初期の時点（Ｔ０）から前記一の溶媒分子の座標データが前記第一の閾値を超える直前の時点（Ｔｍ−１）までの各時点の前記一の溶媒分子の座標データから前記一の溶媒分子の時間平均座標データを取得し、更に、前記時点（Ｔｍ）から、前記時点（Ｔｍ）よりも後の時点であって次に設定された第二の閾値を超える時点（Ｔｎ）の直前の時点（Ｔｎ−１）及び前記第二の閾値を超えない場合には選択された前記測定時間の最後の時点（Ｔｚ）のいずれかまでの各時点の前記一の溶媒分子の座標データから時間平均座標データを取得する工程を含む付記６から８のいずれかに記載の座標データの変換方法。
（付記１０）  前記所定の測定時間における前記一の溶媒分子の時間平均座標データを取得する際の前記第一の閾値が、前記時点（Ｔ０）から前記時点（Ｔｍ−１）までの前記一の溶媒分子の座標データの平均値からの距離として設定され、前記第二の閾値が、前記時点（Ｔｍ）から前記時点（Ｔｎ−１）及び前記時点（Ｔｚ）のいずれかまでの前記一の溶媒分子の座標データの平均値からの距離として設定される付記９に記載の座標データの変換方法。
（付記１１）  コンピューターに、付記１から５のいずれかに記載の相互作用の計算方法及び付記６から１０のいずれに記載の座標データの変換方法のいずれかを実行させることを特徴とするプログラム。
（付記１２）  付記１１に記載のプログラムを記録したことを特徴とするコンピュータが読み取り可能な記録媒体。
（付記１３）  付記１２に記載のコンピュータが読み取り可能な記録媒体を備えることを特徴とする装置。
【符号の説明】
【００５７】
１      主計算対象分子
２      副計算対象分子
３      溶媒分子
３ａ    溶媒分子の座標
３ｂ    溶媒分子の座標
３ｃ    時間平均座標
３ｄ    時間平均座標
１０    装置
１１    ＣＰＵ
１２    メモリ
１３    記憶部
１４    表示部
１５    入力部
１６    出力部
１７    Ｉ／Ｏインターフェース部
１８    システムバス
【図８】
2014215785.tif 000003
【図９】
2014215785.tif 000004
【図１】
2014215785.tif 000005
【図２】
2014215785.tif 000006
【図３】
2014215785.tif 000007
【図４】
2014215785.tif 000008
【図５】
2014215785.tif 000009
【図６】
2014215785.tif 000010
【図７】
2014215785.tif 000011