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インフルエンザたんぱく質巨大複合体の高精度電子状態計算に成功

科学技術振興機構様の目的基礎研究事業の一環として、神戸大学 大学院工学研究科の田中 成典 教授と立教大学 理学部の望月 祐志 准教授(当時、現・教授)を中心とした研究チームは、インフルエンザウイルスの巨大な表面たんぱく質が抗体や阻害剤と結合する際の電子状態を精密に計算することに成功し、インフルエンザウイルスの感染・変異メカニズムや医薬品設計に関わる分子間相互作用の詳細を明らかにしました。

NECでは、同研究チームからの委託により、フラグメント分子軌道(FMO)法と呼ばれる高速並列計算手法を用いた第一原理分子軌道計算プログラム「ABINIT-MPX」に対して、OpenMPを用いたハイブリッド並列化、および海洋研究開発機構様のスーパーコンピューター「地球シミュレータ」の特性を考慮した性能強化を行いました。

お客様一覧

  • 海洋研究開発機構 様
  • 立教大学 様
  • 東京大学生産技術研究所 様

性能強化

従来のABINIT-MPXはMPIのみで並列化されていましたが、メモリの有効利用のため、ノード間をMPI、ノード内をOpenMPにより並列化するハイブリッド並列化を行いました。また、地球シミュレータのベクトルアーキテクチャの特性を考慮し、ベクトル長の伸長などの高速化を行いました。

その成果として、インフルエンザの感染プロセスにおいて重要な役割を演じるたんぱく質の各アミノ酸残基と、タミフルなどの阻害剤との相互作用に関する高精度な電子状態計算を、地球シミュレータにおいて数時間で完了することが可能となりました。生体高分子に対する電子相関を取り入れた第一原理分子軌道計算としては世界最大規模(2010年3月時点)となる、ヘマグルチニン抗原抗体系(2351残基、36160原子)の計算を実現しました。

図:ヘマグルチニンたんぱく質抗原-抗体複合系のドメイン(黄色)と各アミノ酸残基の相互作用を図示したもの。赤色と青色はそれぞれ引力的あるいは斥力的相互作用を表し、色の濃さは相互作用の強さに対応する。図:ヘマグルチニンたんぱく質抗原-抗体複合系のドメイン(黄色)と各アミノ酸残基の相互作用を図示したもの。赤色と青色はそれぞれ引力的あるいは斥力的相互作用を表し、色の濃さは相互作用の強さに対応する。

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