SBRCより
コロナ禍におけるSBRCと今後

20210315 千田俊哉
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構造生物学の動向

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構造研究の世界動向
PDB座標等の公開数はこの2010年と2019年を比較すると、全体では、1.7倍程度になっている。特にアジア地域とヨーロッパ地域の伸びが大きい。構造
情報の生物分野への浸透が見て取れる結果となった。

2010
アジア

810

2,494

北米

3,257

3,758

ヨーロッパ

1,731

3,869

517

621

日本
32019

SBRCのユーザー数
MX G-type PDIS/BINDS(group)(group)Industry

SAXS(Proposals)

CryoEM(group)

SUM

2014

146

23

11410221

2015

134

21

12410208

2016

126

26

12480212

2017

146

2213440225

2018

132

17155235251

2019

116

15155437237

自動化をさらに進めて、新規グループを取り込んでいきたい4この１年5SBRC ISAC

2020.02.14• Alex Wlodawer博士（National Cancer
Institute (Frederick, US)

Structural Biology Research Center (SBRC)
Science Advisory Committee
SummaryFebruary 14, 2020

• 良い評価を頂きました。

Advisor:Alexander Wlodawer, Ph.D.
Chief, Macromolecular Crystallography Laboratory,
National Cancer Institute (NCI),
Frederick, MD, USA

https://www2.kek.jp/imss/pf/about/sac/
IMSS-SACsummary200214.pdf（物構研のHPの「物構研とは」、のタブのところの評価報告書のところにPDFが置いてあります）

1
Institute of Materials Structure Science (IMSS)High Energy Accelerator Research Organization (KEK)6

Covid-19とSBRC• 4月、５月在宅勤務＋クライオ電顕shutdown• 第一期PF運転中止（６月に２週間のみ運転）• その後は、ほぼ平常に戻る• Remote化、全自動化を推進！（全体の７割）• SARS-CoV-2関連のプロジェクトを優遇します7来年度の予定
構造生物棟新営（クライオ電顕棟）
クライオ電顕の支援、精製、結晶化の支援など、wet関係の環境が改善する予定。より幅広い支援が可能となると思われるので、完成の暁にはドンドン利用して下さい。

クライオ電顕 Falcon 4（新型の電顕用検出器）導入！
測定速度は現在の６倍！スループットの向上が見込まれます。
結晶化しないサンプルがあれば、BINDSを通じて相談を！

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MX, BioSAXS, CryoEM

9

Crystallography

全自動• 全自動測定 好き嫌い？
• データの質は変わらない• ユーザー側の準備は変える必要がある• 測定スケジュールも変える• 全自動で構造決定できるものもある。できないものもある。

• 開発に協力を！積極的に使うことが開発への協力になります。

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リモートの方が快適！

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Crystallography

新しい測定スケジュール
One year
Before automation
1st2nd

3rd1-2 weeks

After automation

ター件イオ
条デ能ー

クラ

解分デAD

折回eS

チの高ッェ

tivNaク• 十分な個数の結晶を用意する。
• 結晶化の再現性は重要である。
• 効率的なプランを立てる。
• 1-2週間に一度、短いビームタイムを使う。

タ• MR-native SADは迅速なモデル構築に有効

多くのデータは全自動で収集できる

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Crystallography

本物の全自動に向けて
Project manager

Project

Purification

Crystallization

Data collection

In situ
BINDS
nextBINDS達成されたら、みなさんどうしますか？

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Structure determination

Crystallography

結晶構造解析をするコンピュータ
深層強化学習による構造解析

Resultant statistics

Strategy of the next cycleReward
Fully connected+LeRu
Fully connected+linear

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Crystallography

空いた時間でScienceを進めよう！

!

計算と実験が忙しい。。。

リラックスする時間があればいい考えが！
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Crystallography

色々なこと• Biologyですか？結晶学ですか？（両方知って欲しいけど…）• 結晶学、分子科学も大歓迎です。別に生物学でなくても。。。
• 自動化が進んだから教育できない、ということはない。ただし、自動化時代に相応しい教育（教育の内容）を考える必要がある。
• 申請書の書き方もよく考えて！
（申請者）「タンパク質Aは、ガンの発生に関係する。なので、創薬を目指してAの解析をすることにした」（評価者）「創薬って本当かあ〜？」
共同研究体制も含めてゴールに到達する道筋がわかるように記載してもらえると評価が高いかも。
• 結晶の有無ははっきりと書いて下さい。エクセル表はキチンと埋めて下さい。結晶が全くないものは、ある程度評価は低くなります（これは仕方ない）。あと、セコイ書き方はわかるし（審査員は経験豊富な同業者です）効果はありません。

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Crystallography

BLの再整備計画

54

決定ではありません。検討中の段階です。

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BioSAXS

個から多へ、静から動へ

物理化学量と構造を結ぶBioSAXS

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多成分解析に向けてIntelligent automatic analysis software
using the information science

SEC-SAXS
Evaluation of freeenergy landscapeStable（Kd < 〜nmol）

Serial Analyzer 1.3.1

Unstable（Kd > µmol）

Matrix optimization, Conjugate gradient method,
Singular Value Decomposition(SVD), etc…

SEC-SAXS/UV-Vis.
Flow

μfluidiccell

Titration-SAXS

Titration-SAXS↓ Sample Cell

X-rayu spectrav spectra

form factor

Structure factor…

UV-Vis.
High-speed/Large-area 2D
detector

Component decomposition
analysis using SVD

Reconstruction of scattering profile ofeach component based on SVD (underdevelopment)

2D→1D
19相関構造解析の要 BioSAXS
30252010

NMR+CryoEM

SAXS+NMRSAXS+CryoEM

MX+SAXS+CryoEM (KEK外)MX+SAXS+CryoEM

MX+SAXS

MX+NMR+CryoEM

MX+CryoEM

MX+NMR

0220

1114454Cryo-EM今年度の状況 クライオ電顕（2020年度 6月から12月の利用状況）

利用日数の内訳
大学等アカデミア
企業利用
内部利用
メンテナンス休止

124日
33日
14日
32日
11日

利用グループ数
アカデミア
企業

29グループ7グループ

１週間の運転スケジュール

コロナ禍の影響もあり、多くのユーザーがリモートで測定に参加する形であった。

耳障りの悪い話を

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知識崩壊しつつある
手動

自動知識

手動

自動知識

手動

自動

手動

自動

知識
いまココ

知識
質問はこの辺り。。。。
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何が起こるか、何をすべきか• 解析結果の評価ができない。
• トラブル対処ができない。
• 結果の信頼性が損なわれる。
• 全体の信頼性がなくなり、分野が縮小する。
構造解析を中心にやっていくのであれば根本的なことを理解するための勉強会を、是非各グループでやって欲しい。
わかっていると思っている人ほど危ないです。人間は忘れます（自戒を込めて）

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説明できますか？（１）•フーリエ変換って何？何故、結晶構造解析に必要なのでしょう？
•構造解析の際には、位相をつけるわけですが、何に位相をつけるのでしょうか？
•位相と関係する話ですが、結晶学でいうところのFigure of Meritって知っていますか？
•結晶構造解析の分解能はどうやって計算するのでしょうか？
•２つの結晶が同型とはどういうことか？同型だと何が良いのか（何ができるのか？）。
逆に同型でないとどうなるのか（何が困るのか）？

•複数の結晶を同型にするために、実験としてどのような配慮をしたらいいでしょう？
•差フーリエ法の原理を同型性とフーリエ変換の線形性を根拠に説明できますか？
•パターソン関数ってなんでしょう？何に使われていますか？原理を説明できますか？
•分子置換法の原理を説明できますか？
•異常分散とはなんでしょうか？ところで、分散というのは物理用語なのですが、何のことでしょうか？

•Solvent flattering（溶媒平滑化）とはどういう計算なのか？なんのためにやるのか？
•結晶学的精密化とはどういう計算なのでしょうか？

説明できますか？（２）•結晶学的精密化の時に、geometryが適切かどうかをチェックしますが、何故これが必要なのでしょう？実験値とモデルの一致度の指標であるRファクターが小さくなれば問題ないとはならないのですが何故でしょう？

•ラウエ群とは？
•最尤法って何？最小二乗法と何が違うのでしょうか？
•結晶のTwin（hemihedral twin）とはどういうことでしょうか？
•非対称単位とは何？
•Rwork, Rfreeという値がありますが、これらは何でしょう？
•2Fo-Fc (2mFo-DFc) map, Fo-Fc (mFo-DFc ) mapって何のために使うの？
•空間群のP6(1)とP6(5)とは何が違う？
•消滅則とは何でしょうか？
•空間群はどのようにして決めるのか？（ソフトウエアはどのようにして空間群を決めているのでしょうか？という話です）•逆空間、逆格子、エヴァルト球って何でしょう？
•International Tables for crystallographyって？