計算生命科学の基礎V

第3編

健康科学・医療・創薬への応用

神戸大学大学院
科学技術イノベーション研究科
森一郎

1計算生命科学の基礎V 2018

第3編 について

1. ノーベル賞と計算生命科学
2. 健康科学・医療・創薬への応用
3. 運営連絡事項等

2計算生命科学の基礎V 20182018年 ノーベル賞発表スケジュール

THE NOBEL PRIZE
ANNOUNCEMENTS
1-8 OCTOBER 20182016年 ノーベル賞発表スケジュール
http://www.nobelprize.org/

Physiology or Medicine - Monday 1 October, 11:30 a.m. ～Physics - Tuesday 2 October, 11:45 a.m. ～Chemistry - Wednesday 3 October, 11:45 a.m. ～Economic Sciences - Monday 8 October, 11:45 a.m. ～3計算生命科学の基礎V 20182018年ノーベル医学生理学賞
がん免疫療法開発（PD-1) 本庶佑先生本庶佑
京都大学 特別教授
神戸医療産業都市推進機構 理事長

抗PD-1抗体の仕組み
https://www.nippon.com/ja/column/g00268/

免疫細胞の表面にあるタンパク質「PD1」を発見し、その機能を解明。これをもとに、がんを攻撃する薬ができることも発見。
米テキサス大のジェームズ・アリソン教授(CTLA-4の発見）との受賞

4計算生命科学の基礎V 20182015年ノーベル医学生理学賞
イベルメクチン（河川盲目症治療薬） 大村智先生
研究の過程で、抗生物質生産菌放線菌
S.avemectinius の全ゲノムの情報解析から、この放線菌が avermectin の他に 37 種の有機化合物を作る遺伝子を持つことを明らかにしています。 avermectin →ivermectin
大村智
北里大学特別栄誉教授

Complete genome sequence and comparative analysis of the industrial microorganism Streptomyces
avermitilis. Ikeda H1, Ishikawa J, Hanamoto A, Shinose M, Kikuchi H, Shiba T, Sakaki Y, Hattori M,Omura S. Nat Biotechnol. 2003 May;21(5):526-31. Epub 2003 Apr 14.

世界保健機関はメルク社の協力を得て、アフリカなど寄生虫病に苦しむ地域にイベルメクチンを２０１２年までに延べ１０億人以上に無償提供された。
イベルメクチン5

計算生命科学の基礎V 2018

神経変性疾患
神経変性疾患2016年ノーベル生理学・医学賞
オートファジー研究 大隅良典先生

酵母の観察による実験
Bioinfromaticsを活用して15の関連遺伝子を発見

大隅良典
東京工業大学栄誉教授

 Autophagy：自食とも呼ばれる細胞内の一部を分解してリサイクルする仕組み
 プログラム細胞死、神経疾患、細胞のがん化制御、感染症にも関与

Autophagyは様々な生理現象に深く関わる
１）発生と細胞分化
２）神経変性疾患
３）がん
４）細菌やウィルス感染
５）飢餓などのストレス出所 ノーベル財団 http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2016/

及び Press Release PDF版

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計算生命科学の基礎V 20182013年のノーベル化学賞は計算生命科学に

http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2013/ 7

計算生命科学の基礎V 20182013年のノーベル化学賞は計算生命科学にイメージ図： 青色は酵素で、緑色は酵素反応の基質だとします。 「複雑な化学システムのためのマルチスケール・モデル」では、反応に直接関係する原子（複数の原子からなりますがそれほど多くはありません）のみを量子力学でモデル化し、「反応に直接関係はしない原子を古典力学でモデル化する」という意味でマルチスケール化して酵素反応の解析を可能としたのです。
8
2014年江口至洋先生

講義スライドより抜粋

計算生命科学の基礎V 2018

第3編 健康科学・医療・創薬への応用
データサイエンティスト

12.12 医薬品業界における
都地 昭夫（塩野義製薬株式会社 デジタルインテリジェンス部）
北西 由武（塩野義製薬株式会社 解析センター）

生命科学データ

12.19 さまざまなの接続で見える新たな知見由良 敬（お茶の水女子大学 シミュレーション科学・生命情報学教育研究センター /早稲田大学先進理工学部生命医科学科 ）AI

1.9 シミュレーションとの融合による創薬
本間 光貴（理化学研究所 生命機能科学研究センター 制御分子設計研究チーム）

ビッグデータ1.16を活用した健康科学への挑戦
國澤 純（医薬基盤・健康・栄養研究所 ワクチンマテリアルプロジェクト&腸内環境システムプロジェクト）

脳情報1.23の可視化とその応用
西田 知史（情報通信研究機構 脳情報通信融合研究センター）9

計算生命科学の基礎V 201812.12 医薬品業界におけるデータサイエンティスト
12.19 さまざまな生命科学データの接続で見える新たな知見
1.16 ビッグデータを活用した健康科学への挑戦
ヘルスケアビジネスの変容
 IoTの導入による分析可能なヘルスケアデータの増大、データ活用・共有体制の整備
 異業種プレイヤー参入によるヘルスケア ビジネスのボーダーレス化
創薬ビジネスでの主要課題
 如何に必要なデータを高品質で集積するかが鍵 創薬開発においては対象となる患者層の特定を オミック
ス情報、医療情報、患者の日常情報などをもとに精密に行う必要あり。

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計算生命科学の基礎V 201812.12 医薬品業界におけるデータサイエンティスト
 需要増すデータサイエンティスト人材育成 海外に遅れ
2018/6/27［日本経済新聞より抜粋］



様々なビッグデータを解析して特徴やパターンを見いだし、新製品の開発やサービスの改善などに役立てるのがデータサイエンティスト。

IT人材は30年には41万～79万人ほど足りなくなると試算。（経産省）

文部科学省は16年、全国6つの国立大をデータサイエンスの人材育成の拠点校として選定。 専門能力の向上に加えて、各分野の枠を超えた教育強化に必要な実施体制の整備。

 データ人材育てる大学院、2年前倒しで 滋賀大 来年4月開設
2018/8/30［日本経済新聞より抜粋］

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計算生命科学の基礎V 2018

データサイエンティストに求められるスキルセット
情報処理、人工知能、統計学などの情報科学系の知識を理解し、使う力

課題背景を理解したう
えで、ビジネス課題を整理し、解決する力

（研究）
ビジネス

business problemsolving

データサイエンス
data science

データエンジニアリング
data engineering
データサイエンスを意味のある形で使えるように、実装、運用する力大学共同利用機関法人 情報・システム研究機構 情報公開 会議報告書 より改変

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計算生命科学の基礎V 2018

大手外資企業
データサイエンティスト育成の取り組み

1.

スーパー・データサイエンティスト？？
① データサイエンス力② データエンジニアリング力③ ビジネス力（ニーズ・事業展開）⇒ チーム・データサイエンティスト2.

人材育成・確保①②③

社内教育
インターン受け入れ（新規雇用）
外部からの中途雇用 → 企業文化変革への対応→DS関連の人材育成のニーズ増大13

計算生命科学の基礎V 2018

1.16 ビッグデータを活用した健康科学への挑戦
マイクロバイオーム
人の常在細菌100兆個以上

口腔：

100億個

胃：1万個
小腸：1兆個大腸：100兆個
泌尿器・生殖器

1兆個

人体の細胞数37兆個

約皮膚： 1兆個
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計算生命科学の基礎V 2018

1.9 シミュレーションとAIの融合による創薬

SBDD: 標的タンパク質発現～構造解析・デザイン～候補化合物合成15

計算生命科学の基礎V 2018

異分野におけるデータ精度のスケール感覚～製薬企業での個人的経験～
Biologist

バケツ一杯Medicinal Chemist 耳かき一杯Computational Chemist ？？
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計算生命科学の基礎V 2018

モデル → 化合物デザイン
Lys-33との水素結合形成の可能性
Val-18① タンパク質結晶化

Lys-33
Smallpocket

No room② SPring-8
高輝度放射光施設

疎水相互作用の可能性③ 単結晶X線回折像

溶媒相互作用の領域。化合物の活性に影響を与ないで物性改良の手がかり

計算生命科学の基礎V 2018

AtomNet: A Deep Convolutional Neural Network
for Bioactivity Prediction in Structure-based Drug Discovery
AIで創薬プロセスを改善するAtomwiseが、シリーズAで4500万ドルを調達 （2018年3月）
構造ベースの薬物設計に深層ニューラルネットを使用する方法
March 7, 2018
“Atomwise was the first startup tocommercialize deep neural networks
for drug discovery in 2012,” said Dr.
Abraham Heifets, Co-founder and
CEO of Atomwise. “It seemed tomany like science fiction then, but
now in 2018, Atomwise has thecommercial traction with a host ofcustomers to demonstrate ourleadership in AI for drug discovery.”

Virtual screening of a kinase with AtomNet technology
https://www.youtube.com/watch?v=kojGFv_X9fs&feature=youtu.beSteph Rosenbloom18

計算生命科学の基礎V 2018

AIで創薬プロセスを改善
Smina:
A deep machine learning

AtomNet:A deep convolutional neural network learningSource: Deep Learning and Applications in Neural Network19

計算生命科学の基礎V 2018

AtomNet ｖｓ Smina
50 targets

AtomNet: A Deep Convolutional Neural Network for
Bioactivity Prediction in Structure-based Drug
Discovery
Izhar Wallach, Michael Dzamba, Abraham Heifets
arXiv:1510.02855 [cs.LG]

Sulfonyl/sulfonamide detection with autonomously trained convolutional ﬁlters.

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計算生命科学の基礎V 20181.23 脳情報の可視化とその応用
国立研究開発法人情報通信研究機構（NICT）
映像

視聴している被験者

fMRIにより計測した脳活動

名詞

脳活動の解読

本人
女性
金髪
顔髪型
女の子
男性
口調

動詞

形容詞

喋る
話す
着る
悩む
憧れる
明かす
気に入る嫌う可愛い
愛しい
優しい欲しい親しい
怖い幼い悪い面白い尤
もらしい

言語特徴空間初めて形容詞で解読成功

https://www.nict.go.jp/press/2017/11/01-1.htmlを参考に作成

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計算生命科学の基礎V 2018

参考資料 「情報科学技術のインパクト」の動向「生命科学研究への情報科学技術のインパクト」－ゲノム総合科学、システム生物学、情報科学技術－
平成 28 年 3 月
八尾 徹
理化学研究所 客員研究員
兼慶応義塾大学 SFC 研究所上席所員

ライフサイエンス振興財団の依頼により、著者が長年担当してきていたゲノム・遺伝子・タンパク質を起点とする「生命情報科学」の動向を中心に、歴史的・国際的な視点からまとめた報告書（64ページ）。
（私見：情報＝計算 に読み替え）
ライフサイエンス振興財団 「ライフサイエンスに係る研究開発の将来動向調査」からダウンロード
http://www.lifesci-found.com/docs/doukou-tyousa.pdf 22

計算生命科学の基礎V 2018

デジタル X バイオ ⇒ バイオエコノミー

抜粋版

http://www.nedo.go.jp/content/100870410.pdf

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計算生命科学の基礎V 2018

デジタル X バイオ ⇒ バイオエコノミー

出典：経済産業省「バイオ×デジタルによる新たな経済社会 （バイオエコノミー）に向けて」（平成29年10月11日）

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計算生命科学の基礎V 2018

デジタル X バイオ ⇒ バイオエコノミー

出典：経済産業省「バイオ×デジタルによる新たな経済社会 （バイオエコノミー）に向けて」（平成29年10月11日）

25

計算生命科学の基礎V 2018

デジタル X バイオ ⇒ バイオエコノミー

出典：経済産業省「バイオ×デジタルによる新たな経済社会 （バイオエコノミー）に向けて」（平成29年10月11日）

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計算生命科学の基礎V 2018

デジタル X バイオ ⇒ バイオエコノミー

https://www.jba.or.jp/jabex/02cac9bd0ee9473a17449b9224a3538684b37b93.pdf

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計算生命科学の基礎V 2018

eラーニングアーカイブ （2017年度講義ビデオ）
理化学研究所 計算科学研究センター

アーカイブならいつでもどこでも学習可能です。

http://www.r-ccs.riken.jp/jp/course/course-base_201728

計算生命科学の基礎V 2018

計算生命科学の基礎IV 2017
計算生命科学の基礎Ⅳ
申込登録者所属大学
高専都道府県別分布・国内66大学、高専3校（32都道府県）・海外1大学
合計208名北海道：2校、2名

青森県：1校、1名
滋賀県：2校、4名
石川県：1校、2名
京都府：3校、23名 岐阜県： 1校、1名

宮城県：1校、7名
福島県：1校、1名

山口県：1校、2名
兵庫県：3校、17名

新潟県：2校、2名
群馬県：2校、4名

広島県：3校、6名

茨城県：2校、2名
埼玉県：1校、1名
東京都：20校、70名

香川県：1校、1名

千葉県：1校、1名
神奈川県：1校、5名
静岡県：1校、1名

福岡県：3校、9名
佐賀県：1校、1名

2018年現時点の受講登録者数？

長野県：1校、3名
愛知県：2校、4名

高知県：1校、1名
愛媛県：1校、4名
奈良県：2校、2名
長崎県：1校、1名

大分県：1校、2名
大阪府：4校、23名

熊本県：1校、3名
宮崎県：1校、1名

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計算生命科学の基礎V 2018

計算生命科学の基礎V
計算科学・データサイエンスと生命科学の融合 基礎から医療・創薬への応用まで
第1編 ゲノムから分子構造までの計算生命科学の基礎と実践
第2編 構造生命科学のための分子シミュレーション

第3編 健康科学・医療・創薬への応用

講義配信担当企画・コーディネート担当白井 剛(長浜バイオ大学)
江口至洋(神戸大学)
田中 成典 (神戸大学大学院)
森 一郎 (神戸大学大学院)
鶴田 宏樹 (神戸大学)
渡邉 博文 (神戸大学)

鈴木洋介（神戸大学）
八木 学(理化学研究所)

講義運営担当臼井英之（神戸大学）
横川三津夫(神戸大学)
石野麻由子(神戸大学)
土井 陽子(理化学研究所)

企画協力: CBI学会、日本バイオインフォマティクス学会

計算生命科学の基礎V 2018神戸大学 計算科学教育センター• 特別セミナーの教材• 接続トラブルシューティング• アンケートへの協力• 会場の説明？ セミナールーㇺ写真 講師との直接のコンタクト

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