(57)【要約】【課題】高分子化合物について、簡単かつ効率的な分子検索を短時間でおこなうこと。【解決手段】分子構造情報検索装置２００は、分子を構成する原子の原子核の３次元位置座標および電荷量によってあらわされる分子構造情報を用いて、目的分子と構造が類似する分子の分子構造情報を検索する。分子構造情報検索装置２００は、目的分子Ｐの分子構造情報ＰＳの入力を受け付ける分子構造情報入力部２０１と、目的分子Ｐの分子構造情報ＰＳに基づいて、目的分子Ｐの多重極モーメントＱｌｍを算出する多重極モーメント算出部２０６と、目的分子Ｐの多重極モーメントＱｌｍの総和を算出する総和算出部２０７と、目的分子Ｐの多重極モーメントＱｌｍの総和Ｑｌに基づいて、目的分子Ｐと異なる既知分子Ｐｋの分子構造情報ＰＳｋの中から、目的分子Ｐと構造が類似する分子の分子構造情報を検索する検索部２０８と、を備える。【選択図】        図２
2006048279.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分子を構成する原子の原子核の３次元位置座標および電荷量によってあらわされる前記分子の構造に関する情報（以下、「分子構造情報」という。）を用いて、目的分子と構造が類似する分子の分子構造情報を検索する分子構造情報検索装置において、
前記目的分子の分子構造情報の入力を受け付ける入力手段と、
前記入力手段によって入力された前記目的分子の分子構造情報に基づいて、前記目的分子の多重極モーメントを算出する多重極モーメント算出手段と、
前記多重極モーメント算出手段によって算出された前記目的分子の多重極モーメントの総和を算出する総和算出手段と、
前記総和算出手段によって算出された前記目的分子の多重極モーメントの総和に基づいて、前記目的分子と異なる既知分子の分子構造情報の中から、前記目的分子と構造が類似する分子の分子構造情報を検索する検索手段と、
を備えることを特徴とする分子構造情報検索装置。
【請求項２】
分子を構成する原子の原子核の３次元位置座標および電荷量によってあらわされる前記分子の構造に関する情報（以下、「分子構造情報」という。）を用いて、目的分子と構造が類似する分子の分子構造情報を検索する分子構造情報検索装置において、
前記目的分子の分子構造情報の入力を受け付ける入力手段と、
前記入力手段によって入力された前記目的分子の分子構造情報に基づいて、前記目的分子の４重極モーメントを算出する４重極モーメント算出手段と、
前記４重極モーメント算出手段によって算出された前記目的分子の４重極モーメントに基づいて、４重極テンソルを算出する４重極テンソル算出手段と、
前記４重極テンソル算出手段によって算出された４重極テンソルを対角化する直交行列を生成する生成手段と、
前記生成手段によって生成された直交行列を用いて、前記目的分子の分子構造情報に含まれている３次元位置座標を変換する変換手段と、
前記変換手段によって３次元位置座標が変換された前記目的分子の分子構造情報に基づいて、前記目的分子の多重極モーメントを算出する多重極モーメント算出手段と、
前記多重極モーメント算出手段によって算出された前記目的分子の多重極モーメントに基づいて、前記既知分子の分子構造情報の中から、前記目的分子と構造が類似する分子の分子構造情報を検索する検索手段と、
を備えることを特徴とする分子構造情報検索装置。
【請求項３】
分子を構成する原子の原子核の３次元位置座標および電荷量によってあらわされる前記分子の構造に関する情報（以下、「分子構造情報」という。）を用いて、目的分子と構造が類似する分子の分子構造情報を検索する分子構造情報検索方法において、
前記目的分子の分子構造情報を入力する入力工程と、
前記入力工程によって入力された前記目的分子の分子構造情報に基づいて、前記目的分子の多重極モーメントを算出する多重極モーメント算出工程と、
前記多重極モーメント算出工程によって算出された前記目的分子の多重極モーメントの総和を算出する総和算出工程と、
前記総和算出工程によって算出された前記目的分子の多重極モーメントの総和に基づいて、前記目的分子と異なる既知分子の分子構造情報の中から、前記目的分子と構造が類似する分子の分子構造情報を検索する検索工程と、
を含んだことを特徴とする分子構造情報検索方法。
【請求項４】
分子を構成する原子の原子核の３次元位置座標および電荷量によってあらわされる前記分子の構造に関する情報（以下、「分子構造情報」という。）を用いて、目的分子と構造が類似する分子の分子構造情報を検索させる分子構造情報検索プログラムにおいて、
前記目的分子の分子構造情報を入力させる入力工程と、
前記入力工程によって入力された前記目的分子の分子構造情報に基づいて、前記目的分子の多重極モーメントを算出させる多重極モーメント算出工程と、
前記多重極モーメント算出工程によって算出された前記目的分子の多重極モーメントの総和を算出させる総和算出工程と、
前記総和算出工程によって算出された前記目的分子の多重極モーメントの総和に基づいて、前記目的分子と異なる既知分子の分子構造情報の中から、前記目的分子と構造が類似する分子の分子構造情報を検索させる検索工程と、
をコンピュータに実行させることを特徴とする分子構造情報検索プログラム。
【請求項５】
請求項４に記載の分子構造情報検索プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、分子を構成する原子の原子核の３次元位置座標および電荷量によってあらわされる前記分子の構造に関する情報（以下、「分子構造情報」という。）を用いて、目的分子と構造が類似する分子の分子構造情報を検索する分子構造情報検索装置、分子構造情報検索方法、分子構造情報検索プログラム、および記録媒体に関し、特に、蛋白質などの高分子化合物の分子構造情報を検索する分子構造情報検索装置、分子構造情報検索方法、分子構造情報検索プログラム、および記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、蛋白質／リガンド複合体の誘電性に基づいて蛋白質／リガンド複合体を直接検出することができるシステムを使用して、蛋白質結合事象を分析する蛋白質結合事象分析方法が提案されている（たとえば、下記特許文献１を参照。）。蛋白質は非常に独特な構造を有し、独特な多重極モーメントを有するため、この特許文献１の方法では、所定の分子についての（個々の）多重極モーメントの同定は独特である分子の性質を明らかにし、こうして分子の同定を可能としている。
【０００３】
一方、近年、コンピュータを用いて、ゲノム情報、遺伝子情報、蛋白質の高次構造（情報）の解析が盛んにおこなわれている。この中で、蛋白質の高次構造については、蛋白質のアミノ酸の配列ではなく、その立体構造自体を比較することによって解析がおこなわれている。蛋白質の機能と立体構造とは密接な関係があり、実際にはアミノ酸配列は似ていないが、その立体構造は近似しているといった例もある。このような蛋白質の立体構造解析では、互いの分子を重ね合わせて分子の向きを揃えることによって、分子構造を比較している。
【０００４】
【特許文献１】特表２００３−５０６６８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１の方法では、実際に電場を掛けて対象分子を測定するため、自動的に電場方向に分子の向きが揃うこととなり、分子の向きは問題にはならないが、対象分子の構造を、その電子データを用いて比較する場合、分子の向きを揃えるための演算処理が必要となる。
【０００６】
したがって、上述した従来の蛋白質の立体構造解析では、分子構造を比較する際の位置決め、すなわち、分子の向きを揃える処理を、座標変換を繰り返すことによって試行錯誤的におこなっていたため、位置決めだけでも処理時間がかかるという問題があった。さらに、比較する部位を検索する場合、検索対象となる分子数が大量にあるため、その中から構造が似通った候補分子を選別するには、処理時間がかかるという問題があった。
【０００７】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、簡単かつ効率的な分子検索を短時間でおこなうことができる分子構造情報検索装置、分子構造情報検索方法、分子構造情報検索プログラム、および記録媒体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】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、この発明にかかる分子構造情報検索装置、分子構造情報検索方法、分子構造情報検索プログラム、および記録媒体は、分子を構成する原子の原子核の３次元位置座標および電荷量によってあらわされる前記分子の構造に関する情報（以下、「分子構造情報」という。）を用いて、目的分子と構造が類似する分子の分子構造情報を検索する分子構造情報検索装置、分子構造情報検索方法、分子構造情報検索プログラム、および記録媒体において、前記目的分子の分子構造情報を入力し、入力された前記目的分子の分子構造情報に基づいて、前記目的分子の多重極モーメントを算出し、算出された前記目的分子の多重極モーメントの総和を算出し、算出された前記目的分子の多重極モーメントの総和に基づいて、前記目的分子と異なる既知分子の分子構造情報の中から、前記目的分子と構造が類似する分子の分子構造情報を検索することを特徴とする。
【０００９】
また、上記発明において、算出された前記目的分子の多重極モーメントに含まれている４重極モーメントに基づいて、４重極テンソルを算出し、算出された４重極テンソルを対角化する直交行列を生成し、生成された直交行列を用いて、前記目的分子の分子構造情報に含まれている３次元位置座標を変換し、３次元位置座標が変換された前記目的分子の分子構造情報に基づいて、前記目的分子のあらたな多重極モーメントを算出し、算出された前記目的分子のあらたな多重極モーメントに基づいて、前記目的分子の多重極モーメントの総和に基づいて検索された前記既知分子の分子構造情報の中から、前記目的分子と構造が類似する分子の分子構造情報を検索することとしてもよい。
【００１０】
また、この発明にかかる他の分子構造情報検索装置、分子構造情報検索方法、分子構造情報検索プログラム、および記録媒体は、分子を構成する原子の原子核の３次元位置座標および電荷量によってあらわされる前記分子の構造に関する情報（以下、「分子構造情報」という。）を用いて、目的分子と構造が類似する分子の分子構造情報を検索する分子構造情報検索装置、分子構造情報検索方法、分子構造情報検索プログラム、および記録媒体において、前記目的分子の分子構造情報を入力し、入力された前記目的分子の分子構造情報に基づいて、前記目的分子の４重極モーメントを算出し、算出された前記目的分子の４重極モーメントに基づいて、４重極テンソルを算出し、算出された４重極テンソルを対角化する直交行列を生成し、生成された直交行列を用いて、前記目的分子の分子構造情報に含まれている３次元位置座標を変換し、３次元位置座標が変換された前記目的分子の分子構造情報に基づいて、前記目的分子の多重極モーメントを算出し、算出された前記目的分子の多重極モーメントに基づいて、前記既知分子の分子構造情報の中から、前記目的分子と構造が類似する分子の分子構造情報を検索することを特徴とする。
【００１１】
これらの発明によれば、蛋白質分子の３次元構造について、目的分子の多重極モーメントの総和と、この総和の次数と同一次数における、既知分子の多重極モーメントの総和と、を比較することができる。多重極モーメントの総和は、座標原点の周りにおける座標軸の回転に依存しない、形状固有の不変量であるため、目的分子と既知分子間で、目的分子の分子構造情報と既知分子の分子構造情報を回転して重ね合わせる処理が不要となる。
【００１２】
また、多重極モーメントの総和どうしの比較によって候補分子を選別した後、目的分子の４重極テンソルを算出し、この４重極テンソルを対角化する方向に目的分子を回転させる。同様に、候補分子となった既知分子の４重極テンソルを算出して、この４重極テンソルを対角化する方向に既知分子を回転させる。
【００１３】
これにより、目的分子の座標軸と既知分子の座標軸および中心位置座標が一致した状態で、あらたに算出された多重極モーメントを比較することで、既知分子が目的分子と構造が類似するかどうかを判定することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明にかかる分子構造情報検索装置、分子構造情報検索方法、分子構造情報検索プログラム、および記録媒体によれば、簡単かつ効率的な分子構造情報の検索を短時間で実現することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（実施の形態）
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる分子構造情報検索装置、分子構造情報検索方法、分子構造情報検索プログラム、および記録媒体の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態では、分子の一例として、高分子化合物である蛋白質を例に挙げて説明する。
【００１６】
（分子構造情報検索装置のハードウェア構成）
まず、この発明の実施の形態にかかる分子構造情報検索装置のハードウェア構成について説明する。図１は、この発明の実施の形態にかかる分子構造情報検索装置のハードウェア構成を示すブロック図である。
【００１７】
図１において、分子構造情報検索装置は、ＣＰＵ１０１と、ＲＯＭ１０２と、ＲＡＭ１０３と、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）１０４と、ＨＤ（ハードディスク）１０５と、ＦＤＤ（フレキシブルディスクドライブ）１０６と、着脱可能な記録媒体の一例としてのＦＤ（フレキシブルディスク）１０７と、ディスプレイ１０８と、Ｉ／Ｆ（インターフェース）１０９と、キーボード１１０と、マウス１１１と、スキャナ１１２と、プリンタ１１３と、を備えている。また、各構成部はバス１００によってそれぞれ接続されている。
【００１８】
ここで、ＣＰＵ１０１は、分子構造情報検索装置の全体の制御を司る。ＲＯＭ１０２は、ブートプログラムなどのプログラムを記憶している。ＲＡＭ１０３は、ＣＰＵ１０１のワークエリアとして使用される。ＨＤＤ１０４は、ＣＰＵ１０１の制御にしたがってＨＤ１０５に対するデータのリード／ライトを制御する。ＨＤ１０５は、ＨＤＤ１０４の制御で書き込まれたデータを記憶する。
【００１９】
ＦＤＤ１０６は、ＣＰＵ１０１の制御にしたがってＦＤ１０７に対するデータのリード／ライトを制御する。ＦＤ１０７は、ＦＤＤ１０６の制御で書き込まれたデータを記憶したり、ＦＤ１０７に記憶されたデータを分子構造情報検索装置に読み取らせたりする。
【００２０】
また、着脱可能な記録媒体として、ＦＤ１０７のほか、ＣＤ−ＲＯＭ（ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ）、ＭＯ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｋ）、メモリーカードなどであってもよい。ディスプレイ１０８は、カーソル、アイコンあるいはツールボックスをはじめ、文書、画像、機能情報などのデータを表示する。このディスプレイ１０８は、たとえば、ＣＲＴ、ＴＦＴ液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイなどを採用することができる。
【００２１】
Ｉ／Ｆ１０９は、通信回線を通じてインターネットなどのネットワーク１１４に接続され、このネットワーク１１４を介して他の装置に接続される。そして、Ｉ／Ｆ１０９は、ネットワーク１１４と内部のインターフェースを司り、外部装置からのデータの入出力を制御する。Ｉ／Ｆ１０９には、たとえばモデムやＬＡＮアダプタなどを採用することができる。
【００２２】
キーボード１１０は、文字、数字、各種指示などの入力のためのキーを備え、データの入力をおこなう。また、タッチパネル式の入力パッドやテンキーなどであってもよい。マウス１１１は、カーソルの移動や範囲選択、あるいはウィンドウの移動やサイズの変更などをおこなう。ポインティングデバイスとして同様に機能を備えるものであれば、トラックボールやジョイスティックなどであってもよい。
【００２３】
スキャナ１１２は、画像を光学的に読み取り、分子構造情報検索装置内に画像データを取り込む。なお、スキャナ１１２は、ＯＣＲ機能を持たせてもよい。また、プリンタ１１３は、画像データや文書データを印刷する。プリンタ１１３には、たとえば、レーザプリンタやインクジェットプリンタを採用することができる。
【００２４】
（分子構造情報検索装置の機能的構成）
つぎに、この発明の実施の形態にかかる分子構造情報検索装置の機能的構成について説明する。図２は、この発明の実施の形態にかかる分子構造情報検索装置の機能的構成を示すブロック図である。図２において、分子構造情報検索装置２００は、分子構造情報入力部２０１と、分子情報データベース２０２と、分子構造情報抽出部２０３と、中心位置算出部２０４と、球面調和関数算出部２０５と、多重極モーメント算出部２０６と、総和算出部２０７と、検索部２０８と、４重極テンソル算出部２０９と、直交行列生成部２１０と、座標変換部２１１とを備えている。
【００２５】
分子構造情報入力部２０１は、目的分子の分子構造情報の入力を受け付ける。ここで、目的分子とは、未知の蛋白質分子のことであるが、その機能が未知であればよく、蛋白質分子の分子構造情報は既知である必要がある。目的分子の分子構造情報とは、目的分子を構成する原子の原子核の３次元位置座標および電荷量によってあらわされる、蛋白質分子の構造に関する情報をいう。図３は、目的分子の分子構造情報を示す説明図である。
【００２６】
図３において、目的分子をＰとすると、目的分子Ｐの分子構造情報ＰＳは、目的分子Ｐを構成する原子の原子核数Ｎ、原子核Ａｉ（１，２，・・・，ｉ，・・・，Ｎ）の３次元位置座標Ｖｉ（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）、目的分子Ｐを構成する原子Ｐｉの原子核の電荷量はρｉ、質量はＭｉとなる。この分子構造情報入力部２０１は、具体的には、たとえば、図１に示したＩ／Ｆ１０９、キーボード１１０、マウス１１１などによってその機能を実現する。
【００２７】
分子情報データベース２０２は、既知の蛋白質分子（以下、単に「既知分子」という。）の分子情報を記憶する。ここで、既知分子とは、少なくとも、後述する蛋白質分子の分子名称と、当該蛋白質分子を構成する原子の原子核数と、当該原子核の３次元位置座標、電荷量および質量とが既知となっていればよく、その機能は未知であってもよい。
【００２８】
図４は、分子情報データベース２０２の記憶内容を示す説明図である。図４において、分子情報データベース２０２は、既知分子を識別する分子ＩＤ：１〜Ｋと、分子ＩＤに対応する既知分子の名称を示す分子名称（たとえば、コラーゲン、ケラチン、プリオンなど）Ｐ１〜ＰＫと、既知分子の構造を示す分子構造情報ＰＳ１〜ＰＳＫと、を分子ごとに記憶する。
【００２９】
分子構造情報ＰＳ１〜ＰＳＫは、蛋白質分子を構成する原子の原子核数と、蛋白質分子を構成する原子の原子核の３次元位置座標、電荷量および質量とを記憶する。たとえば、分子ＩＤ：ｋ（ｋ＝１，２，・・・，Ｋ）の既知分子Ｐｋについて説明すると、既知分子Ｐｋを構成する原子に含まれている原子核Ａｋｊ（ｊ＝１，２，・・・，ｎ）の原子核数はｎ、原子核Ａｋｊの３次元位置座標はｖｋｊ（ｘｋｊ，ｙｋｊ，ｚｋｊ）、原子核Ａｋｊの電荷量はρｋｊ、質量はＭｋｊとなる。なお、この分子情報データベース２０２は、具体的には、たとえば、図１に示したＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、ＨＤ１０５、ＦＤ１０７などの記録媒体によってその機能を実現する。
【００３０】
また、図２において、分子構造情報抽出部２０３は、分子情報データベース２０２から分子構造情報を抽出する。具合的には、分子ＩＤを手掛かりにして、当該分子ＩＤに対応する分子構造情報を抽出する。この分子構造情報抽出部２０３は、具体的には、たとえば、図１に示したＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、ＨＤ１０５、ＦＤ１０７などの記録媒体に記録されているプログラムを、ＣＰＵ１０１に実行させることによってその機能を実現する。
【００３１】
中心位置算出部２０４は、分子構造情報入力部２０１によって入力された目的分子の分子構造情報、または分子構造情報抽出部２０３によって抽出された既知分子の分子構造情報を用いて、当該蛋白質分子の中心位置を算出する。蛋白質分子の中心位置は、重心位置または電荷中心位置によってあらわすことができる。
【００３２】
ここで、図３に示した目的分子Ｐの中心位置Ｃ（Ｃ＝（Ｃｘ，Ｃｙ，Ｃｚ））が、目的分子Ｐの重心位置Ｃｍ（Ｃｍ＝（Ｃｍｘ，Ｃｍｙ，Ｃｍｚ））の場合は、下記式（１）のベクトルによってあらわすことができる。
【００３３】
【数１】
2006048279.tif 000003
【００３４】
また、目的分子Ｐの中心位置Ｃが、目的分子Ｐの電荷中心位置Ｃｑ（Ｃｑ＝（Ｃｑｘ，Ｃｑｙ，Ｃｑｚ））の場合は、下記式（２）のベクトルによってあらわすことができる。
【００３５】
【数２】
2006048279.tif 000004
【００３６】
なお、既知分子Ｐｋについても同様に、中心位置Ｃｋ（Ｃｋ＝（Ｃｋｘ，Ｃｋｙ，Ｃｋｚ））を算出することができる。また、目的分子Ｐの中心位置Ｃを、重心位置Ｃｍにするか電荷中心位置Ｃｑにするかは、ユーザによって選択することができる。既知分子Ｐｋについては、目的分子Ｐの中心位置Ｃと同種の中心位置Ｃｋが設定される。この中心位置算出部２０４は、具体的には、たとえば、図１に示したＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、ＨＤ１０５、ＦＤ１０７などの記録媒体に記録されているプログラムを、ＣＰＵ１０１に実行させることによってその機能を実現する。
【００３７】
また、球面調和関数算出部２０５は、分子構造情報抽出部２０３によって抽出された既知分子の分子構造情報、または分子構造情報入力部２０１によって入力された目的分子の分子構造情報を用いて、当該蛋白質分子の原子核数に対応する格子点数を持つ、デカルト座標上の球面調和関数Ｙｌｍ（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）を算出する。
【００３８】
ここで、ｌは球面調和関数の次数であり、ｌ＝０，１，２，・・・，Ｌとなる。次数Ｌは、ユーザによって設定された最大次数である。また、ｍは、ｍ＝−ｌ〜ｌである。この球面調和関数算出部２０５は、具体的には、たとえば、図１に示したＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、ＨＤ１０５、ＦＤ１０７などの記録媒体に記録されているプログラムを、ＣＰＵ１０１に実行させることによってその機能を実現する。
【００３９】
また、多重極モーメント算出部２０６は、分子構造情報入力部２０１によって入力された目的分子の分子構造情報に基づいて、目的分子の多重極（２l重極）モーメントを算出する。また、分子構造情報抽出部２０３によって抽出された既知分子の分子構造情報に基づいて、既知分子の多重極モーメントを算出する。
【００４０】
ここで、図３に示した目的分子Ｐを例にすると、目的分子Ｐの多重極モーメントＱｌｍは下記式（３）によって算出することができる。
【００４１】
【数３】
2006048279.tif 000005
【００４２】
ここで、目的分子Ｐの中心位置Ｃが、目的分子Ｐの重心位置Ｃｍの場合、ｒｉは、下記式（４）によってあらわすことができる。
【００４３】
【数４】
2006048279.tif 000006
【００４４】
また、目的分子Ｐの中心位置Ｃが、目的分子Ｐの重心位置Ｃｑの場合、ｒｉは、下記式（５）によってあらわすことができる。
【００４５】
【数５】
2006048279.tif 000007
【００４６】
また、式（３）中、球面調和関数Ｙｌｍ（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）は、球面調和関数算出部２０５によって算出された球面調和関数Ｙｌｍ（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）を、下記式（６）で内挿することによって算出することができる。
【００４７】
【数６】
2006048279.tif 000008
【００４８】
また、既知分子Ｐｋの多重極モーメントＱｋｌｍも、上記式（３）〜（６）と同様の手法によって算出することができる。この多重極モーメント算出部２０６は、具体的には、たとえば、図１に示したＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、ＨＤ１０５、ＦＤ１０７などの記録媒体に記録されているプログラムを、ＣＰＵ１０１に実行させることによってその機能を実現する。
【００４９】
また、総和算出部２０７は、多重極モーメント算出部２０６によって算出された目的分子の多重極モーメントの総和を算出する。具体的には、次数ｌごとに、目的分子の多重極モーメントの総和を算出する。同様に、総和算出部２０７は、多重極モーメント算出部２０６によって算出された既知分子の多重極モーメントの総和を算出し、次数ｌごとに、目的分子の多重極モーメントの総和を算出する。
【００５０】
ここで、図３に示した目的分子Ｐを例にすると、多重極モーメントの総和Ｑｌは、上記式（７）を用いてあらわすことができる。
【００５１】
【数７】
2006048279.tif 000009
【００５２】
また、既知分子Ｐｋの多重極モーメントＱｋｌｍの総和Ｑｋｌも、上記式（７）と同様の手法によって算出することができる。この総和算出部２０７によって算出された総和Ｑｌおよび総和Ｑｋｌは、座標原点まわりの回転、すなわち座標軸の向きに依存しないため、既知分子Ｐｋを特定の向きに揃える座標変換をおこなう必要がない。
【００５３】
これにより、座標軸のとり方に関係なく、目的分子Ｐの分子構造と既知分子Ｐｋの分子構造とを比較することができるため、検索処理時間の短縮化を図ることができる。この総和算出部２０７は、具体的には、たとえば、図１に示したＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、ＨＤ１０５、ＦＤ１０７などの記録媒体に記録されているプログラムを、ＣＰＵ１０１に実行させることによってその機能を実現する。
【００５４】
また、検索部２０８は、総和算出部２０７によって算出された目的分子Ｐの多重極モーメントＱｌｍの総和Ｑｌに基づいて、目的分子Ｐと異なる既知分子Ｐｋの分子構造情報の中から、目的分子Ｐと構造が類似する分子の分子構造情報を検索する。具体的には、検索部２０８は、差分算出部２１２と、判定部２１３と、出力部２１４と、を備えている。
【００５５】
まず、差分算出部２１２は、目的分子Ｐの多重極モーメントＱｌｍの総和Ｑｌと、既知分子Ｐｋの多重極モーメントＱｋｌｍの総和Ｑｋｌとの差分（総和差分ＤＴｌ）を算出する。具体的には、差分の算出は、同一次数ごとにおこなう。すなわち、ある次数ｌの目的分子Ｐの多重極モーメントＱｌｍの総和Ｑｌと、この総和Ｑｌと同一次数である、既知分子Ｐｋの多重極モーメントＱｋｌｍの総和Ｑｋｌとの総和差分ＤＴｌを算出する。
【００５６】
また、差分算出部２１２は、多重極モーメント算出部２０６によってあらたに算出された目的分子Ｐの多重極モーメントＱａｌｍと、多重極モーメント算出部２０６によってあらたに算出された既知分子Ｐｃ（ｃ＝１，２，・・・，ＣＡ）の多重極モーメントＱａｃｌｍと、の差分（モーメント差分ＤＭｌ）を算出する。具体的には、差分の算出は、この場合も同一次数ごとにおこなう。すなわち、ある次数ｌの目的分子Ｐの多重極モーメントＱａｌｍと、この多重極モーメントＱａｌｍと同一次数である、既知分子Ｐｋの多重極モーメントＱａｃｌｍとのモーメント差分ＤＭｌを算出する。
【００５７】
この差分算出部２１２は、具体的には、たとえば、図１に示したＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、ＨＤ１０５、ＦＤ１０７などの記録媒体に記録されているプログラムを、ＣＰＵ１０１に実行させることによってその機能を実現する。
【００５８】
また、判定部２１３は、差分算出部２１２によって算出された差分（総和差分ＤＴｌ、モーメント差分ＤＭｌ）が所定のしきい値以下であるかどうかを判定する。具体的には、各次数ｌにおいて、総和差分ＤＴｌが所定の総和しきい値Ｑmax以下であるかどうかを判定する。そして、すべての次数ｌにおいて総和差分ＤＴｌが所定の総和しきい値Ｑmax以下の場合、当該既知分子Ｐｋは、目的分子Ｐに類似する蛋白質分子であることがわかる。なお、この判定は、所定の次数ｌ以内において所定の総和しきい値Ｑmax以下である場合に、当該既知分子Ｐｋは、目的分子Ｐに構造が類似する蛋白質分子であることとしてもよい。
【００５９】
また、モーメント差分ＤＭｌについても、各次数ｌにおいて、総和差分ＤＴｌが所定の総和しきい値Ｑmax以下であるかどうかを判定する。そして、すべての次数ｌにおいて総和差分ＤＭｌが所定の総和しきい値Ｑmax２以下の場合、当該既知分子Ｐｃは、目的分子Ｐに類似する蛋白質分子であることがわかる。なお、この判定は、所定の次数ｌ以内において所定の総和しきい値Ｑmax２以下である場合に、当該既知分子Ｐｃは、目的分子Ｐに構造が類似する蛋白質分子であることとしてもよい。
【００６０】
この判定部２１３は、具体的には、たとえば、図１に示したＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、ＨＤ１０５、ＦＤ１０７などの記録媒体に記録されているプログラムを、ＣＰＵ１０１に実行させることによってその機能を実現する。
【００６１】
また、出力部２１４は、判定部２１３によって判定された判定結果に基づいて、目的分子Ｐに類似する分子の分子情報（たとえば、分子ＩＤ、分子名称など）を出力する。具体的には、判定部２１３によって目的分子Ｐに類似すると判定された既知分子Ｐｋ（Ｐｃ）に紐付けられている分子ＩＤおよび分子名称を、分子情報データベース２０２から抽出して出力する。出力される分子情報は、図１に示したディスプレイ１０８に表示される。
【００６２】
また、類似分子の多重極モーメントも出力することとしてもよい。この出力部２１４は、具体的には、たとえば、図１に示したＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、ＨＤ１０５、ＦＤ１０７などの記録媒体に記録されているプログラムを、ＣＰＵ１０１に実行させることによって、または図１に示したＩ／Ｆによってその機能を実現する。
【００６３】
４重極テンソル算出部２０９は、多重極モーメント算出部２０６によって算出された目的分子Ｐの多重極モーメントＱｌｍに含まれている４重極モーメントＱ２ｍに基づいて、４重極テンソルＱij（ｉ＝ｘ，ｙ，ｚ、ｊ＝ｘ，ｙ，ｚ）を算出する。ここで、４重極テンソルの算出例について説明する。図５は、蛋白質分子を構成する原子の原子核ａ１〜ａ３の３次元配置を示す説明図である。
【００６４】
ここで、原子核ａ１の３次元位置座標ｘａ（ｘ１，ｙ１，ｚ１）をｘａ＝（１，０，０）、電荷量ρ１をρ１＝１、質量Ｍ１をＭ１＝１とし、原子核ａ２の３次元位置座標ｙａ（ｘ２，ｙ２，ｚ２）をｙａ＝（０，１，０）、電荷量ρ２をρ２＝１、質量Ｍ２をＭ２＝１とし、原子核ａ３の３次元位置座標ｚａ（ｘ３，ｙ３，ｚ３）をｚａ＝（０，０，０）、電荷量ρ３をρ３＝１、質量Ｍ３をＭ３＝１とする。
【００６５】
この場合の４重極モーメントＱ２ｍ（ｍ＝−２〜２）を下記式（８）〜（１１）に示す。
【００６６】
【数８】
2006048279.tif 000010
【００６７】
なお、式（８）および式（９）のｉは虚数である。
また、４重極モーメントＱ２ｍと４重極テンソルＱｉｊは、以下の式（１２）〜（１６）によって関係付けられている。なお、式（１２）、（１３）、（１５）、（１６）のｉは虚数である。
【００６８】
【数９】
2006048279.tif 000011
【００６９】
この式（１２）〜（１６）に、式（８）〜（１１）の４重極モーメントＱ２ｍの値を代入する。代入した式を、式（１７）〜（２２）に示す。
【００７０】
【数１０】
2006048279.tif 000012
【００７１】
そして、上記式（１７）〜（２２）によって算出された値が、４重極テンソルＱij（Ｑxx、Ｑyy、Ｑzz、Ｑxy（＝Ｑyx）、Ｑyz、Ｑzx）となる。４重極テンソル算出部２０９は、具体的には、たとえば、図１に示したＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、ＨＤ１０５、ＦＤ１０７などの記録媒体に記録されているプログラムを、ＣＰＵ１０１に実行させることによって、または図１に示したＩ／Ｆ１０９によってその機能を実現する。
【００７２】
直交行列生成部２１０は、４重極テンソル算出部２０９によって算出された４重極テンソルを対角化する直交行列Ｔを生成する。４重極テンソル算出部２０９で示した例を用いて説明すると、まず、下記式（２３）で示した固有方程式を解く。
【００７３】
【数１１】
2006048279.tif 000013
【００７４】
この固有方程式（式（２３））を解くことによって、下記に示す３つの固有ベクトルから、座標変換をおこなう直交行列Ｔを生成する。この直交行列Ｔを下記式（２４）に示す。
【００７５】
【数１２】
2006048279.tif 000014
【００７６】
そして、下記式（２５）により、この直交行列Ｔおよび直交行列Ｔの転置行列Ｔtによって、４重極テンソルＱijが４重極テンソルＱ’ijとなる。これにより、４重極テンソルＱ’ijが対角化されていることがわかる。なお、４重極テンソルＱ’ijの対角成分である９、−５、−４は固有値λである。
【００７７】
【数１３】
2006048279.tif 000015
【００７８】
また、座標変換部２１１は、直交行列生成部２１０によって生成された直交行列Ｔを用いて、目的分子Ｐの分子構造情報に含まれている３次元位置座標を変換する。具体的には、目的分子Ｐの中心位置が原点となるように３次元位置座標を移動する。そして、直交行列生成部２１０によって生成された直交行列Ｔを用いて、移動後の３次元位置座標を変換する。
【００７９】
上述した直交行列生成部２１０で説明した例を用いて説明すると、この場合の電荷中心位置座標Ｃｑは、Ｃｑ＝（１／３，１／３，０）であるため、電荷中心位置座標Ｃｑを原点に移動した場合、原子核ａ１〜ａ３の３次元位置座標ｘａ〜ｚａは、下記の３次元位置座標ｘｂ〜ｚｂに変換される。
【００８０】
ｘｂ＝（２／３，−１／３，０）
ｙｂ＝（−１／３，２／３，０）
ｚｂ＝（−１／３，−１／３，０）
【００８１】
そして、直交行列Ｔを用いて、３次元位置座標ｘｂ〜ｚｂを原点周りに回転する。回転後の３次元位置座標を、それぞれｘｂ’〜ｚｂ’とすると、ｘｂ’〜ｚｂ’の値は、下記式（２６）〜（２８）によって算出することができる。
【００８２】
【数１４】
2006048279.tif 000016
【００８３】
この式（２６）〜（２８）によって得られた値が、原子核ａ１〜ａ３の変換後の３次元位置座標となる。図６は、蛋白質分子を構成する原子の原子核ａ１〜ａ３の電荷中心位置座標Ｃｑを、原点位置に移動したときの原子核ａ１〜ａ３の３次元配置を示す説明図であり、図７は、電荷中心位置座標Ｃｑを原点位置に移動した原子核ａ１〜ａ３を、直交行列Ｔによって変換した場合の３次元位置座標を示す説明図である。原子核ａ１〜ａ３によって構成される蛋白質分子が、目的分子Ｐである場合、変換後の３次元位置座標は、分子構造情報入力部２０１に送られて、目的分子Ｐの３次元位置座標が更新される。
【００８４】
一方、原子核ａ１〜ａ３によって構成される蛋白質分子が、既知分子Ｐｋである場合、変換後の３次元位置座標は、分子構造情報抽出部２０３に送られて、判定部２１３によって類似すると判定された既知分子Ｐｃの３次元位置座標が更新される。この座標変換部２１１は、具体的には、たとえば、図１に示したＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、ＨＤ１０５、ＦＤ１０７などの記録媒体に記録されているプログラムを、ＣＰＵ１０１に実行させることによってその機能を実現する。
【００８５】
（分子構造情報検索処理手順）
つぎに、この発明の実施の形態にかかる分子構造情報検索処理手順について説明する。図８〜図１３は、この発明の実施の形態にかかる分子構造情報検索処理手順を示すフローチャートである。
【００８６】
まず、図８において、図３に示したような目的分子Ｐの分子構造情報ＰＳが入力された場合（ステップＳ８０１：Ｙｅｓ）、目的分子Ｐの中心位置座標Ｃを算出する（ステップＳ８０２）。そして、算出された中心位置座標Ｃを、デカルト座標原点に設定する（ステップＳ８０３）。また、次数ｌをｌ＝１とし（ステップＳ８０４）、目的分子Ｐについて、次数ｌの球面調和関数Ｙｌｍを算出する（ステップＳ８０５）。そして、上記式（３）を用いて、目的分子Ｐについて、次数ｌの多重極モーメントＱｌｍを算出する（ステップＳ８０６）。
【００８７】
つぎに、上記式（７）を用いて、当該次数ｌにおける多重極モーメントＱｌｍの総和Ｑｌを算出する（ステップＳ８０７）。ここで、次数ｌがあらかじめ設定された最大次数Ｌになったかどうかを判定する（ステップＳ８０８）。ｌ＝Ｌでない場合（ステップＳ８０８：Ｎｏ）、次数ｌをインクリメントし（ステップＳ８０９）、ステップＳ８０５に移行して、次の次数ｌの球面調和関数Ｙｌｍを算出する。一方、ｌ＝Ｌである場合（ステップＳ８０８：Ｙｅｓ）、図９のステップＳ９０１に移行する。
【００８８】
また、図９において、分子ＩＤ：ｋをｋ＝１とし（ステップＳ９０１）、分子情報データベース２０２から分子ＩＤ：ｋとなる既知分子Ｐｋの分子構造情報ＰＳｋを抽出する（ステップＳ９０２）。そして、既知分子Ｐｋの中心位置座標Ｃｋを算出し（ステップＳ９０３）、この中心位置座標Ｃｋをデカルト座標原点に設定する（ステップＳ９０４）。
【００８９】
そして、多重極モーメントの次数ｌをｌ＝１とし（ステップＳ９０５）、既知分子Ｐｋについて、次数ｌの球面調和関数Ｙｋｌｍを算出する（ステップＳ９０６）。そして、上記式（３）を用いて、既知分子Ｐｋについて、次数ｌの多重極モーメントＱｋｌｍを算出する（ステップＳ９０７）。
【００９０】
つぎに、上記式（７）を用いて、既知分子Ｐｋについて、当該次数ｌにおける多重極モーメントＱｋｌｍの総和Ｑｋｌを算出する（ステップＳ９０８）。ここで、次数ｌがあらかじめ設定された最大次数Ｌになったかどうかを判定する（ステップＳ９０９）。ｌ＝Ｌでない場合（ステップＳ９０９：Ｎｏ）、次数ｌをインクリメントし（ステップＳ９１０）、ステップＳ９０６に移行して、つぎの次数ｌの球面調和関数Ｙｋｌｍを算出する。
【００９１】
一方、ｌ＝Ｌである場合（ステップＳ９０９：Ｙｅｓ）、分子ＩＤ：ｋが最後の既知分子ＰＫの分子ＩＤ：Ｋであるかどうかを判定する（ステップＳ９１１）。そして、ｋ＝Ｋでない場合（ステップＳ９１１：Ｎｏ）、分子ＩＤ：ｋをインクリメントし（ステップＳ９１２）、ステップＳ９０２に移行して、次の分子ＩＤ：ｋの分子構造情報ＰＳｋを抽出する。一方、ｋ＝Ｋである場合（ステップＳ９１１：Ｙｅｓ）、図１０のステップＳ１００１に移行する。
【００９２】
そして、図１０において、既知分子Ｐｋの分子ＩＤ：ｋをｋ＝１（ステップＳ１００１）、多重極モーメントの次数ｌをｌ＝１とし（ステップＳ１００２）、図８のステップＳ８０７で算出された目的分子Ｐの多重極モーメントＱｌｍの総和Ｑｌと、図９のステップＳ９０８で算出された目的分子Ｐｋの多重極モーメントＱｋｌｍの総和Ｑｋｌと、の総和差分ＤＴｌを算出する（ステップＳ１００３）。
【００９３】
そして、算出された総和差分ＤＴｌがあらかじめ設定された総和しきい値Ｑmax以下であるかどうかを判定する（ステップＳ１００４）。総和しきい値Ｑmax以下でない場合（ステップＳ１００４：Ｎｏ）、現在の分子ＩＤ：ｋの既知分子Ｐｋを、目的分子Ｐと構造が非類似となる候補外分子に決定する（ステップＳ１００５）。
【００９４】
一方、総和しきい値Ｑmax以下である場合（ステップＳ１００４：Ｙｅｓ）、現在の次数ｌが最大次数Ｌになったかどうかを判定する（ステップＳ１００６）。ｌ＝Ｌでない場合（ステップＳ１００６：Ｎｏ）、次数ｌをインクリメントして（ステップＳ１００７）、つぎの次数ｌにおいて、総和差分ＤＴｌを算出する（ステップＳ１００３）。
【００９５】
一方、ｌ＝Ｌとなった場合（ステップＳ１００６：Ｙｅｓ）、当該既知分子Ｐｋを、目的分子Ｐと構造が類似する候補分子に決定する（ステップＳ１００８）。そして、ステップＳ１００５またはステップＳ１００８のあと、すなわち、現在の分子ＩＤ：ｋの既知分子Ｐｋが目的分子Ｐに類似する候補分子であるかどうかが決定されたあと、現在の分子ＩＤ：ｋが、分子情報データベース２０２内の最後の分子ＩＤ：Ｋとなったかどうかを判定する（ステップＳ１００９）。ｋ＝Ｋでない場合（ステップＳ１００９：Ｎｏ）、分子ＩＤ：ｋをインクリメントして（ステップＳ１０１０）、ステップＳ１００２に移行する。
【００９６】
一方、ｋ＝Ｋの場合（ステップＳ１００９：Ｙｅｓ）、検索を終了する場合は（ステップＳ１０１１：Ｙｅｓ）、検索結果を出力する（ステップＳ１０１２）。具体的には、ステップＳ１００８によって候補分子とされた既知分子Ｐｋの分子ＩＤ：ｋ、（蛋白質）分子名称、中心位置座標Ｃｋ（たとえば、重心位置座標Ｃｋｍまたは電荷中心位置座標Ｃｋｑ）、次数ｌごとの多重極モーメントＱｌｍおよび総和Ｑｌを出力する。出力された検索結果は、図１に示したＲＡＭ１０３、ＨＤ１０５、ＦＤ１０７などの記録媒体に記録してもよく、図１に示したディスプレイ１０８に表示することとしてもよい。
【００９７】
一方、検索を終了しない場合（ステップＳ１０１１：Ｎｏ）、図１１のステップＳ１１０１に移行して、ステップＳ１００８によって候補分子とされた既知分子Ｐｋの中から、目的分子Ｐにさらに類似する既知分子の絞込みをおこなう。
【００９８】
そして、図１１において、図８のステップＳ８０６で算出された目的分子Ｐの次数ｌ＝２の多重極モーメント、すなわち、４重極モーメントＱ２ｍを抽出する（ステップＳ１１０１）。また、抽出された目的分子Ｐの４重極モーメントＱ２ｍを用いて、目的分子Ｐの４重極テンソルＱijを算出する（ステップＳ１１０２）。
【００９９】
つぎに、算出された４重極テンソルＱijを対角化する直交行列Ｔを生成する（ステップＳ１１０３）。そして、目的分子Ｐの中心位置座標Ｃをデカルト座標原点に設定する（ステップＳ１１０４）。これにより、目的分子Ｐを構成する原子の原子核の位置座標が、中心位置座標Ｃの移動に伴って移動される。
【０１００】
そして、この移動後における目的分子Ｐの原子核の位置座標を、直交行列Ｔにより座標変換する（ステップＳ１１０５）。このあと、多重極モーメントの次数ｌをｌ＝１とし（ステップＳ１１０６）、直交行列Ｔによって原子核の位置座標が変換された目的分子Ｐについて、次数ｌのあらたな多重極モーメントＱａｌｍを算出する（ステップＳ１１０７）。
【０１０１】
そして、現在の次数ｌが最大次数Ｌとなったかどうかを判定する（ステップＳ１１０８）。ｌ＝Ｌでない場合（ステップＳ１１０８：Ｎｏ）、次数ｌをインクリメントして（ステップＳ１１０９）、つぎの次数ｌについて、あらたな多重極モーメントＱａｌｍを算出する（ステップＳ１１０７）。一方、ｌ＝Ｌとなった場合（ステップＳ１１０８：Ｙｅｓ）、図１２のステップＳ１２０１に移行する。
【０１０２】
図１２において、図１０のステップＳ１００８で決定された候補分子数をＣＡとし、候補ＩＤ：ｃをｃ＝１とする（ステップＳ１２０１）。そして、図９のステップＳ９０７で算出された既知分子Ｐｋの次数ｌ＝２の多重極モーメント、すなわち、４重極モーメントＱｋ２ｍのうち、既知分子Ｐｃの４重極モーメントＱｃ２ｍを抽出する（ステップＳ１２０２）。
【０１０３】
そして、この抽出された既知分子Ｐｃの４重極モーメントＱｃ２ｍを用いて、既知分子Ｐｃの４重極テンソルＱｃijを算出する（ステップＳ１２０３）。このあと、算出された既知分子Ｐｃの４重極テンソルＱｃijを用いて、直交行列Ｔｃを生成する（ステップＳ１２０４）。そして、既知分子Ｐｃの中心位置座標Ｃｃをデカルト座標原点に設定する（ステップＳ１２０５）。これにより、既知分子Ｐｃを構成する原子の原子核の位置座標が、中心位置座標Ｃｃの移動に伴って移動される。
【０１０４】
そして、候補ＩＤ：ｃの既知分子Ｐｃを構成する原子の原子核の位置座標を、直交行列Ｔｃにより座標変換する（ステップＳ１２０６）。このあと、多重極モーメントの次数ｌをｌ＝１とし（ステップＳ１２０７）、直交行列Ｔｃによって原子核の位置座標が変換された既知分子Ｐｃについて、次数ｌのあらたな多重極モーメントＱａｃｌｍを算出する（ステップＳ１２０８）。
【０１０５】
そして、現在の次数ｌが最大次数Ｌとなったかどうかを判定する（ステップＳ１２０９）。ｌ＝Ｌでない場合（ステップＳ１２０９：Ｎｏ）、次数ｌをインクリメントして（ステップＳ１２１０）、つぎの次数ｌについて、あらたな多重極モーメントＱａｃｌｍを算出する（ステップＳ１２０８）。一方、ｌ＝Ｌとなった場合（ステップＳ１２０９：Ｙｅｓ）、候補ＩＤ：ｃが候補分子数ＣＡとなったかどうかを判定する（ステップＳ１２１１）。
【０１０６】
ｃ＝ＣＡでない場合（ステップＳ１２１１：Ｎｏ）、候補ＩＤ：ｃをインクリメントして（ステップＳ１２１２）、つぎの候補ＩＤ：ｃの既知分子Ｐｃの４重極モーメントＱｃ２ｍを抽出する（ステップＳ１２０２）。一方、ｃ＝ＣＡとなった場合（ステップＳ１２１１：Ｙｅｓ）、図１３のステップＳ１３０１に移行する。
【０１０７】
そして、図１３において、候補ＩＤ：ｃをｃ＝１とし（ステップＳ１３０１）、多重極モーメントの次数ｌをｌ＝１とする（ステップＳ１３０２）。つぎに、図１１のステップＳ１１０７で算出された目的分子Ｐについての次数ｌのあらたな多重極モーメントＱａｌｍと、図１２のステップＳ１２０８で算出された既知分子Ｐｃについての同一次数ｌのあらたな多重極モーメントＱａｃｌｍの絶対値とのモーメント差分ＤＭｌを算出する（ステップＳ１３０３）。
【０１０８】
そして、このモーメント差分ＤＭｌが所定のモーメントしきい値Ｑmax２以下であるかどうかを判定する（ステップＳ１３０４）。モーメント差分ＤＭｌが所定のモーメントしきい値Ｑmax２以下でない場合（ステップＳ１３０４：Ｎｏ）、当該候補ＩＤ：ｃの既知分子Ｐｃは、目的分子Ｐと構造が非類似である非類似分子に決定する（ステップＳ１３０５）。
【０１０９】
一方、モーメント差分ＤＭｌが所定のモーメントしきい値Ｑmax２以下である場合（ステップＳ１３０４：Ｙｅｓ）、現在の次数ｌが最大次数Ｌとなったかどうかを判定する（ステップＳ１３０６）。ｌ＝Ｌでない場合（ステップＳ１３０６：Ｎｏ）、現在の次数ｌをインクリメントして（ステップＳ１３０７）、つぎの次数ｌについて、モーメント差分ＤＭｌを算出する（ステップＳ１３０３）。
【０１１０】
一方、ｌ＝Ｌとなった場合（ステップＳ１３０６：Ｙｅｓ）、現在の候補ＩＤ：ｃの既知分子Ｐｃを、目的分子Ｐに構造が類似する類似分子に決定する（ステップＳ１３０８）。そして、ステップＳ１３０５またはステップＳ１３０８のあと、すなわち、現在の候補ＩＤ：ｃの既知分子Ｐｃが目的分子Ｐに構造が類似する類似分子であるかどうかが決定されたあと、現在の候補ＩＤ：ｃが、分子情報データベース２０２内の最後の候補ＩＤ：ＣＡとなったかどうかを判定する（ステップＳ１３０９）。ｃ＝ＣＡでない場合（ステップＳ１３０９：Ｎｏ）、候補ＩＤ：ｃをインクリメントして（ステップＳ１３１０）、ステップＳ１３０２に移行する。
【０１１１】
一方、ｃ＝ＣＡの場合（ステップＳ１３０９：Ｙｅｓ）、検索結果を出力する（ステップＳ１３１１）。具体的には、ステップＳ１３０８によって類似分子とされた既知分子Ｐｃの分子情報データベース２０２における分子ＩＤ：ｋ、（蛋白質）分子名称、中心位置座標Ｃｋ（たとえば、重心位置座標Ｃｋｍまたは電荷中心位置座標Ｃｋｑ）、次数ｌごとの多重極モーメントＱｌｍおよび総和Ｑｌを出力する。出力された検索結果は、図１に示したＲＡＭ１０３、ＨＤ１０５、ＦＤ１０７などの記録媒体に記録してもよく、図１に示したディスプレイ１０８に表示することとしてもよい。
【０１１２】
この実施の形態によれば、蛋白質分子の３次元構造について、目的分子Ｐの多重極モーメントＱｌｍの総和Ｑｌと、この総和Ｑｌの次数ｌと同一次数ｌにおける、既知分子Ｐｋの多重極モーメントＱｋｌｍの総和Ｑｋｌと、を比較する。総和Ｑｌおよび総和Ｑｋｌは、座標原点の周りにおける座標軸の回転に依存しない、形状固有の不変量であるため、目的分子Ｐと既知分子Ｐｋ間で、目的分子Ｐの分子構造情報ＰＳと既知分子Ｐｋの分子構造情報ＰＳｋを回転して重ね合わせる処理が不要となり、検索処理時間の短縮化を図ることができる。
【０１１３】
特に、目的分子Ｐと既知分子Ｐｋとの原子核の位置座標や多重極モーメントどうしを比較する場合は、多重極モーメントの次数ｌが高次になればなるほど、比較数が増大して計算処理時間が増大することとなるが、この実施の形態では、多重極モーメントの総和どうしを比較することによって類似検索をおこなっているため、多重極モーメントの次数ｌが高次となっても、計算処理時間の短縮化を図ることができる。
【０１１４】
また、多重極モーメントの総和どうしの比較によって候補分子を選別した後、目的分子Ｐの４重極テンソルＱijを算出し、４重極テンソルＱijを対角化する方向に目的分子Ｐを回転させる。同様に、候補分子となった既知分子Ｐｃの４重極テンソルＱｃijを算出して、４重極テンソルＱｃijを対角化する方向に既知分子Ｐｃを回転させる。
【０１１５】
これにより、目的分子Ｐの座標軸と既知分子Ｐｃの座標軸および中心位置座標が一致した状態で、新たに算出された多重極モーメントを比較することで、既知分子Ｐｃが目的分子Ｐと構造が類似するかどうかを判定することができる。また、４重極テンソルを対角化する場合、座標軸回転は１回でよいため、試行錯誤的な反復計算を必要とせず、計算量を大幅に削減することができ、検索処理時間の短縮化を図ることができるとともに、類似検索精度の向上を図ることができる。
【０１１６】
また、判定部２１３による類似判定については、すべての次数ｌにおいて、総和差分ＤＴｌやモーメント差分ＤＭｌがしきい値以下であることが要求されているため、高次数になればなるほど高精度な類似検索をおこなうことができる。一方、総和差分ＤＴｌやモーメント差分ＤＭｌが、所定の次数までにおいて、しきい値以下である場合に、既知分子の構造は目的分子の構造に類似することとしてもよい。この場合、計算処理を所定の次数までおこなうだけで検索処理を実行することができるため、さらに検索処理時間の短縮化を図ることができる。
【０１１７】
また、上述した実施の形態では、既知分子Ｐｋ（Ｐｃ）の多重極モーメントＱｋｌｍ（Ｑａｃｌｍ）およびその総和Ｑｋｌ（Ｑａｃｋｌ）を、目的分子Ｐの分子構造情報ＰＳが入力された場合に、算出することとしているが、既知分子Ｐｋ（Ｐｃ）の多重極モーメントＱｋｌｍ（Ｑａｃｌｍ）およびその総和Ｑｋｌ（Ｑａｃｋｌ）は、あらかじめ算出しておき、分子情報データベース２０２に記憶しておくこととしてもよい。この場合、既知分子Ｐｋ（Ｐｃ）の多重極モーメントＱｋｌｍ（Ｑａｃｋｌｍ）およびその総和Ｑｋｌ（Ｑａｃｋｌ）を抽出するだけでよいため、演算処理を高速化することができる。
【０１１８】
また上述した実施の形態では、分子の一例として、蛋白質分子について説明したが、これに限定されることはなく、蛋白質分子を構成するグリシン、アスパラギン、グルタミン酸、リシンアミノ酸などのアミノ酸や、蛋白質分子そのものまたは蛋白質分子と低分子化合物からなる酵素であってもよい。さらに、蛋白質、アミノ酸、酵素以外の他の高分子化合物についても適用することができる。
【０１１９】
以上説明したように、分子構造情報検索装置、分子構造情報検索方法、分子構造情報検索プログラム、および記録媒体によれば、簡単かつ効率的な分子検索を短時間でおこなうことができるという効果を奏することができる。特に、高分子化合物のように、原子数（原子核数）が多くなればなるほど、計算処理時間を短縮化することができるという効果を奏することができる。
【０１２０】
なお、本実施の形態で説明した分子構造情報検索方法は、予め用意されたプログラムをパーソナル・コンピュータやワークステーション等のコンピュータで実行することにより実現することができる。このプログラムは、ハードディスク、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行される。またこのプログラムは、インターネット等のネットワークを介して配布することが可能な伝送媒体であってもよい。
【０１２１】
（付記１）分子を構成する原子の原子核の３次元位置座標および電荷量によってあらわされる前記分子の構造に関する情報（以下、「分子構造情報」という。）を用いて、目的分子と構造が類似する分子の分子構造情報を検索する分子構造情報検索装置において、
前記目的分子の分子構造情報の入力を受け付ける入力手段と、
前記入力手段によって入力された前記目的分子の分子構造情報に基づいて、前記目的分子の多重極モーメントを算出する多重極モーメント算出手段と、
前記多重極モーメント算出手段によって算出された前記目的分子の多重極モーメントの総和を算出する総和算出手段と、
前記総和算出手段によって算出された前記目的分子の多重極モーメントの総和に基づいて、前記目的分子と異なる既知分子の分子構造情報の中から、前記目的分子と構造が類似する分子の分子構造情報を検索する検索手段と、
を備えることを特徴とする分子構造情報検索装置。
【０１２２】
（付記２）前記検索手段は、
前記目的分子の多重極モーメントの総和と前記既知分子の多重極モーメントの総和との総和差分を算出する差分算出手段と、
前記差分算出手段によって算出された総和差分が、所定の総和しきい値以下であるかどうかを判定する判定手段と、を備え、
前記判定手段によって判定された判定結果に基づいて、前記目的分子と構造が類似する分子の分子構造情報を検索することを特徴とする付記１に記載の分子構造情報検索装置。
【０１２３】
（付記３）前記差分算出手段は、
前記目的分子の多重極モーメントの総和と、当該多重極モーメントと同一次数となる前記既知分子の多重極モーメントの総和との総和差分を、次数ごとに算出し、
前記判定手段は、
前記差分算出手段によって算出された同一次数ごとの総和差分が、前記所定の総和しきい値以下であるかどうかを判定することを特徴とする付記２に記載の分子構造情報検索装置。
【０１２４】
（付記４）前記検索手段は、
前記判定手段によって判定された同一次数ごとのすべての判定結果が前記所定の総和しきい値以下となる前記既知分子の分子構造情報を、前記目的分子と構造が類似する分子の分子構造情報として検索することを特徴とする付記３に記載の分子構造情報検索装置。
【０１２５】
（付記５）前記多重極モーメント算出手段によって算出された前記目的分子の多重極モーメントに含まれている４重極モーメントに基づいて、４重極テンソルを算出する４重極テンソル算出手段と、
前記４重極テンソル算出手段によって算出された４重極テンソルを対角化する直交行列を生成する生成手段と、
前記生成手段によって生成された直交行列を用いて、前記目的分子の分子構造情報に含まれている３次元位置座標を変換する変換手段と、を備え、
前記多重極モーメント算出手段は、
前記変換手段によって３次元位置座標が変換された前記目的分子の分子構造情報に基づいて、前記目的分子のあらたな多重極モーメントを算出し、
前記検索手段は、
前記多重極モーメント算出手段によって算出された前記目的分子のあらたな多重極モーメントに基づいて、前記目的分子の多重極モーメントの総和に基づいて検索された前記既知分子の分子構造情報の中から、前記目的分子と構造が類似する分子の分子構造情報を検索することを特徴とする付記１〜４のいずれか一つに記載の分子構造情報検索装置。
【０１２６】
（付記６）前記４重極テンソル算出手段は、
前記既知分子の多重極モーメントに含まれている４重極モーメントに基づいて、４重極テンソルを算出し、
前記生成手段は、
前記４重極テンソル算出手段によって算出された、前記既知分子の４重極テンソルを対角化する直交行列を生成し、
前記変換手段は、
前記生成手段によって生成された、前記既知分子の４重極テンソルを対角化する直交行列を用いて、前記既知分子の分子構造情報に含まれている３次元位置座標を変換し、
前記多重極モーメント算出手段は、
前記変換手段によって３次元位置座標が変換された前記既知分子の分子構造情報に基づいて、前記既知分子のあらたな多重極モーメントを算出し、
前記検索手段は、
前記多重極モーメント算出手段によって算出された、前記目的分子のあらたな多重極モーメントと、前記既知分子のあらたな多重極モーメントとに基づいて、前記目的分子と構造が類似する分子の分子構造情報を検索することを特徴とする付記５に記載の分子構造情報検索装置。
【０１２７】
（付記７）前記差分算出手段は、
前記多重極モーメント算出手段によって算出された、前記目的分子のあらたな多重極モーメントと、前記既知分子のあらたな多重極モーメントとのモーメント差分を算出し、
前記判定手段は、
前記差分算出手段によって算出されたモーメント差分が、所定のモーメントしきい値以下であるかどうかを判定することを特徴とする付記６に記載の分子構造情報検索装置。
【０１２８】
（付記８）前記差分算出手段は、
前記目的分子のあらたな多重極モーメントと、当該多重極モーメントと同一次数となる前記既知分子のあらたな多重極モーメントとのモーメント差分を、次数ごとに算出し、
前記判定手段は、
前記差分算出手段によって算出された同一次数ごとのモーメント差分が、前記所定のモーメントしきい値以下であるかどうかを判定することを特徴とする付記７に記載の分子構造情報検索装置。
【０１２９】
（付記９）前記検索手段は、
前記判定手段によって判定された同一次数ごとのすべての判定結果が前記所定のモーメントしきい値以下となる前記既知分子の分子構造情報を、前記目的分子と構造が類似する分子の分子構造情報として検索することを特徴とする付記８に記載の分子構造情報検索装置。
【０１３０】
（付記１０）分子を構成する原子の原子核の３次元位置座標および電荷量によってあらわされる前記分子の構造に関する情報（以下、「分子構造情報」という。）を用いて、目的分子と構造が類似する分子の分子構造情報を検索する分子構造情報検索装置において、
前記目的分子の分子構造情報の入力を受け付ける入力手段と、
前記入力手段によって入力された前記目的分子の分子構造情報に基づいて、前記目的分子の４重極モーメントを算出する４重極モーメント算出手段と、
前記４重極モーメント算出手段によって算出された前記目的分子の４重極モーメントに基づいて、４重極テンソルを算出する４重極テンソル算出手段と、
前記４重極テンソル算出手段によって算出された４重極テンソルを対角化する直交行列を生成する生成手段と、
前記生成手段によって生成された直交行列を用いて、前記目的分子の分子構造情報に含まれている３次元位置座標を変換する変換手段と、
前記変換手段によって３次元位置座標が変換された前記目的分子の分子構造情報に基づいて、前記目的分子の多重極モーメントを算出する多重極モーメント算出手段と、
前記多重極モーメント算出手段によって算出された前記目的分子の多重極モーメントに基づいて、前記既知分子の分子構造情報の中から、前記目的分子と構造が類似する分子の分子構造情報を検索する検索手段と、
を備えることを特徴とする分子構造情報検索装置。
【０１３１】
（付記１１）前記検索手段は、
前記多重極モーメント算出手段によって算出された、前記目的分子の多重極モーメントと、前記既知分子の多重極モーメントとのモーメント差分を算出する差分算出手段と、
前記差分算出手段によって算出されたモーメント差分が、所定のモーメントしきい値以下であるかどうかを判定する判定手段と、を備え、
前記判定手段によって判定された判定結果に基づいて、前記目的分子と構造が類似する分子の分子構造情報を検索することを特徴とする付記１０に記載の分子構造情報検索装置。
【０１３２】
（付記１２）前記差分算出手段は、
前記目的分子の多重極モーメントと、当該多重極モーメントと同一次数となる前記既知分子の多重極モーメントとのモーメント差分を、次数ごとに算出し、
前記判定手段は、
前記差分算出手段によって算出された同一次数ごとのモーメント差分が、前記所定のモーメントしきい値以下であるかどうかを判定することを特徴とする付記１１に記載の分子構造情報検索装置。
【０１３３】
（付記１３）前記検索手段は、
前記判定手段によって判定された同一次数ごとのすべての判定結果が前記所定のモーメントしきい値以下となる前記既知分子の分子構造情報を、前記目的分子と構造が類似する分子の分子構造情報として検索することを特徴とする付記８に記載の分子構造情報検索装置。
【０１３４】
（付記１４）分子を構成する原子の原子核の３次元位置座標および電荷量によってあらわされる前記分子の構造に関する情報（以下、「分子構造情報」という。）を用いて、目的分子と構造が類似する分子の分子構造情報を検索する分子構造情報検索方法において、
前記目的分子の分子構造情報を入力する入力工程と、
前記入力工程によって入力された前記目的分子の分子構造情報に基づいて、前記目的分子の多重極モーメントを算出する多重極モーメント算出工程と、
前記多重極モーメント算出工程によって算出された前記目的分子の多重極モーメントの総和を算出する総和算出工程と、
前記総和算出工程によって算出された前記目的分子の多重極モーメントの総和に基づいて、前記目的分子と異なる既知分子の分子構造情報の中から、前記目的分子と構造が類似する分子の分子構造情報を検索する検索工程と、
を含んだことを特徴とする分子構造情報検索方法。
【０１３５】
（付記１５）分子を構成する原子の原子核の３次元位置座標および電荷量によってあらわされる前記分子の構造に関する情報（以下、「分子構造情報」という。）を用いて、目的分子と構造が類似する分子の分子構造情報を検索する分子構造情報検索方法において、
前記目的分子の分子構造情報を入力する入力工程と、
前記入力工程によって入力された前記目的分子の分子構造情報に基づいて、前記目的分子の４重極モーメントを算出する４重極モーメント算出工程と、
前記４重極モーメント算出工程によって算出された前記目的分子の４重極モーメントに基づいて、前記目的分子の分子構造情報に含まれている３次元位置座標を変換する変換工程と、
前記変換工程によって３次元位置座標が変換された前記目的分子の分子構造情報に基づいて、前記目的分子の多重極モーメントを算出する多重極モーメント算出工程と、
前記多重極モーメント算出工程によって算出された前記目的分子の多重極モーメントに基づいて、前記既知分子の分子構造情報の中から、前記目的分子と構造が類似する分子の分子構造情報を検索する検索工程と、
を含んだことを特徴とする分子構造情報検索方法。
【０１３６】
（付記１６）分子を構成する原子の原子核の３次元位置座標および電荷量によってあらわされる前記分子の構造に関する情報（以下、「分子構造情報」という。）を用いて、目的分子と構造が類似する分子の分子構造情報を検索させる分子構造情報検索プログラムにおいて、
前記目的分子の分子構造情報を入力させる入力工程と、
前記入力工程によって入力された前記目的分子の分子構造情報に基づいて、前記目的分子の多重極モーメントを算出させる多重極モーメント算出工程と、
前記多重極モーメント算出工程によって算出された前記目的分子の多重極モーメントの総和を算出させる総和算出工程と、
前記総和算出工程によって算出された前記目的分子の多重極モーメントの総和に基づいて、前記目的分子と異なる既知分子の分子構造情報の中から、前記目的分子と構造が類似する分子の分子構造情報を検索させる検索工程と、
をコンピュータに実行させることを特徴とする分子構造情報検索プログラム。
【０１３７】
（付記１７）分子を構成する原子の原子核の３次元位置座標および電荷量によってあらわされる前記分子の構造に関する情報（以下、「分子構造情報」という。）を用いて、目的分子と構造が類似する分子の分子構造情報を検索させる分子構造情報検索プログラムにおいて、
前記目的分子の分子構造情報を入力させる入力工程と、
前記入力工程によって入力された前記目的分子の分子構造情報に基づいて、前記目的分子の４重極モーメントを算出させる４重極モーメント算出工程と、
前記多重極モーメント算出工程によって算出された前記目的分子の多重極モーメントに含まれている４重極モーメントに基づいて、４重極テンソルを算出させる４重極テンソル算出工程と、
前記４重極テンソル算出工程によって算出された４重極テンソルを対角化する直交行列を生成させる生成工程と、
前記生成工程によって生成された直交行列を用いて、前記目的分子の分子構造情報に含まれている３次元位置座標を変換させる変換工程と、
前記変換工程によって３次元位置座標が変換された前記目的分子の分子構造情報に基づいて、前記目的分子の多重極モーメントを算出させる多重極モーメント算出工程と、
前記多重極モーメント算出工程によって算出された前記目的分子の多重極モーメントに基づいて、前記既知分子の分子構造情報の中から、前記目的分子と構造が類似する分子の分子構造情報を検索させる検索工程と、
をコンピュータに実行させることを特徴とする分子構造情報検索プログラム。
【０１３８】
（付記１８）付記１６または１７に記載の分子構造情報検索プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【産業上の利用可能性】
【０１３９】
以上のように、本発明にかかる分子構造情報検索装置、分子構造情報検索方法、分子構造情報検索プログラム、および記録媒体は、高分子化合物の類似検索に有用であり、特に、蛋白質、アミノ酸、酵素などの高分子化合物の類似検索に適している。
【図面の簡単な説明】
【０１４０】
【図１】この発明の実施の形態にかかる分子構造情報検索装置のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態にかかる分子構造情報検索装置の機能的構成を示すブロック図である。
【図３】目的分子の分子構造情報を示す説明図である。
【図４】分子情報データベースの記憶内容を示す説明図である。
【図５】蛋白質分子を構成する原子の原子核の３次元配置を示す説明図である。
【図６】蛋白質分子を構成する原子の原子核の電荷中心位置座標を、原点位置に移動したときの原子核の３次元配置を示す説明図である。
【図７】電荷中心位置座標を原点位置に移動した原子核を、直交行列によって変換した場合の３次元位置座標を示す説明図である。
【図８】この発明の実施の形態にかかる分子構造情報検索処理手順を示すフローチャート（その１）である。
【図９】この発明の実施の形態にかかる分子構造情報検索処理手順を示すフローチャート（その２）である。
【図１０】この発明の実施の形態にかかる分子構造情報検索処理手順を示すフローチャート（その３）である。
【図１１】この発明の実施の形態にかかる分子構造情報検索処理手順を示すフローチャート（その４）である。
【図１２】この発明の実施の形態にかかる分子構造情報検索処理手順を示すフローチャート（その５）である。
【図１３】この発明の実施の形態にかかる分子構造情報検索処理手順を示すフローチャート（その６）である。
【符号の説明】
【０１４１】
２００  分子構造情報検索装置
２０１  分子構造情報入力部
２０２  分子情報データベース
２０６  多重極モーメント算出部
２０７  総和算出部
２０８  検索部
２０９  ４重極テンソル算出部
２１０  直交行列生成部
２１１  座標変換部
２１２  差分算出部
２１３  判定部
２１４  出力部
【図１】
2006048279.tif 000017
【図２】
2006048279.tif 000018
【図３】
2006048279.tif 000019
【図４】
2006048279.tif 000020
【図５】
2006048279.tif 000021
【図６】
2006048279.tif 000022
【図７】
2006048279.tif 000023
【図８】
2006048279.tif 000024
【図９】
2006048279.tif 000025
【図１０】
2006048279.tif 000026
【図１１】
2006048279.tif 000027
【図１２】
2006048279.tif 000028
【図１３】
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