IT創薬の希望の星：スパコン「京」で挑む世界最大の創薬データベース構築

大阪市内のとある会議室。30名ほどの出席者は、スーツ姿やポロシャツ姿の人、外国人など、身なりも年齢も国籍もさまざまだ。共通しているのは、発表者のプレゼンを見つめる真剣な眼差しと、自然に伝わってくる熱気だ。彼らは、スーパーコンピューター「京」を使ったIT創薬プロジェクト、バイオグリッドセンター関西・HPCIプロジェクトのメンバーたち。そのリーダーが、京都大学大学院薬学研究科の奥野恭史（やすし）教授だ。

「これまでの医薬品開発は、限られた専門家の勘と経験に頼って行われてきました。このため開発の効率が低く、ひとつの医薬品を開発するのに平均15年の期間と500億円のコストがかかると言われるように、長い開発期間や莫大なコストが必要でした。この状況を改善すると期待されているのが、コンピューターを使った創薬、いわゆるIT創薬です。わたしたちがいま取り組んでいるのは、早く、安く、よりよい医薬品をつくるための創薬データベースをつくることです」

実はIT創薬の取り組み自体は新しいものではなく、大学や製薬メーカーは古くからコンピューターを使った創薬に取り組んできた。しかし正確な予測ができないなど、技術的課題はいまだ残されたままである。これは医薬品開発に必要な計算が、非常に複雑であまりにも膨大なためだ。

そもそも医薬品の開発とは、疾病に関与するタンパク質に結合し、その働きを抑制する化合物を見つける作業だ。このミクロの世界の現象を正確に把握するためには、タンパク質と化合物だけでなく、その周囲にある水分子なども考慮した複雑な計算が必要になる。このような複雑な計算を高精度に行うアプリケーションのひとつが、東京大学の藤谷秀章教授らによって開発されたMP-CAFEE（エムピー・カフェ）法だ。しかし、MP-CAFEE法は高い精度で計算が行える一方で、膨大な計算リソースを必要とする。従来の汎用コンピューターでは、ひとつの計算を行うだけで20年かかると言われ、これではとても現実の医薬品開発には使えない。

この状況を打開する希望の星が、2012年に運用を開始したスーパーコンピューター「京」だ。理化学研究所の計算科学の研究者を中心に、MP-CAFEE法を「京」の並列計算に最適化する作業が進められ、汎用コンピューターでは20年かかっていたタンパク質と化合物の結合計算が、約1週間でできるまでになった。いままでのIT創薬の状況から見れば、非常に大きな進歩だ。

しかし残念ながら、これだけではまだIT創薬の実用化には十分ではない。医薬品の開発で検討すべきタンパク質の種類は少なく見ても数百種類、化合物は数千万種類以上あり、その組み合わせは100億通りもの膨大な数になる。たとえ世界最高速クラスの「京」を使っても、これだけの組み合わせの計算を現実的な時間で完了することはできないのだ。

この壁を打ち破るために、奥野教授らが新たに開発したのがCGBVS法だ。CGBVS法は、MP-CAFEE法の上流で、候補となるタンパク質と化合物の組み合わせを絞り込むものだ。その手順は次のようになる。

まず、タンパク質と化合物の組み合わせのなかから、実験などで結合の有無がわかっているものを記号化したデータベースをつくり、結合する組み合わせと結合しない組み合わせを仕分ける「ルール」を数学的に見つけ出す。ここで使われているのは、デジタルカメラの顔認識などで使われている「パターンマッチング」と同じ手法だ。この「仕分けルール」さえ見つかれば、タンパク質と化合物を記号化したデータを見るだけで、未知の組み合わせの結合の有無を容易に推定できる。

CGBVS法によって、複雑な物理化学計算を比較的単純なデータ処理技術に置き換えることができ、短時間で医薬品候補の絞り込みが行えるようになった。あとは残った候補の組み合わせだけを、MP-CAFEE法で詳細に計算すればよい。CGBVS法とMP-CAFEE法による2段階の計算を世界最高速レヴェルの「京」で行うことで、ついに「実際に使える」IT創薬の実現が見えてきたのだ。

奥野教授らのチームは、昨年秋から「京」を使った計算を始め、今年度中にはタンパク質と化合物の100億通りにも及ぶ結合データベースが完成する予定だ。このデータベースには、チームのメンバーである大学や医薬品メーカーが大きな期待を寄せているのはもちろん、将来的には世界中の研究者・医薬品開発者が利用できるよう、広く公開される予定だ。

「この創薬データベースを使うことで、医薬品開発のコストを少なくとも半分以下、うまくいけば数分の一にすることが目標です。また、患者数が少ない難病や、個人個人に合わせたテーラーメイド医薬品の開発にもつながると考えています」

世界最高速レヴェルのスーパーコンピューター「京」と新しい計算手法の開発によって、急速に発展するIT創薬。日本発のイノヴェイションが、医薬品開発の世界を変えようとしている。

TEXT BY ATSUHIKO YASUDA @ XOOMS