第3世代密度汎関数法の展開とタンパク質ボルン-オッペンハイマー分子動力学法の研究

• 研究課題/領域番号: 15H02046
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 計算科学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 佐藤 文俊 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (00235392)
• 連携研究者: 平野 敏行 東京大学, 生産技術研究所, 助教 (60451887)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 38,740千円 (直接経費: 29,800千円、間接経費: 8,940千円); 2017年度: 11,570千円 (直接経費: 8,900千円、間接経費: 2,670千円); 2016年度: 11,570千円 (直接経費: 8,900千円、間接経費: 2,670千円); 2015年度: 15,600千円 (直接経費: 12,000千円、間接経費: 3,600千円)
• キーワード: ハイパフォーマンス・コンピューティング / タンパク質 / 物性理論 / 量子化学 / 密度汎関数法 / 分子動力学法 / 原子電荷 / 蛋白質 / 量子化学計算 / 大規模計算 / 量子分子動力学法

研究成果の概要

超並列計算環境に適したタンパク質の正準(標準)分子軌道計算・分子動力学シミュレーションに関する基盤技術の研究開発を行った。第３世代密度汎関数法に基づく正準分子軌道計算ソフトウェアProteinDFの改良と力計算機能の追加・並列化を行った。ProteinDFと分子動力学計算ソフトウェアGromacsとの連成システムを開発し、本システムが小規模タンパク質において動作することを確認した。また、分子動力学シミュレーションの有効性を高めるため、正準分子軌道計算に基づく新規原子電荷の開発を行った。

研究成果

• [雑誌論文] Study of high-performance canonical molecular orbitals calculation for proteins (2017)
  • 著者名/発表者名: Hirano Toshiyuki、Sato Fumitoshi
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 巻: 1906 ページ: 030019-030019
  • DOI: 10.1063/1.5012298
  • 査読あり
• [雑誌論文] カノニカル分子軌道計算に基づく線形回帰法を用いたタンパク質原子電荷の開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 金泰煥, 平野敏行, 佐藤文俊
  • 雑誌名: 生産研究 巻: 68 号: 3 ページ: 213-217
  • DOI: 10.11188/seisankenkyu.68.213
  • NAID: 130005153090
  • ISSN: 0037-105X, 1881-2058
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] 量子化学計算によるオキシトシンの安定構造に関する研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 紀平昌吾, 平野敏行, 佐藤文俊
  • 雑誌名: 生産研究 巻: 68 号: 3 ページ: 219-223
  • DOI: 10.11188/seisankenkyu.68.219
  • NAID: 130005153091
  • ISSN: 0037-105X, 1881-2058
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Molecular evolution of gas cavity in [NiFeSe] hydrogenases resurrected in silico (2016)
  • 著者名/発表者名: Takashi Tamura, Naoki Tsunekawa, Michiko Nemoto, Kenji Inagaki, Toshiyuki Hirano, Fumitoshi Sato
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 号: 1
  • DOI: 10.1038/srep19742
  • NAID: 120005723278
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] QCLO法によるグルコースオキシダーゼ活性中心の電子状態計算 (2015)
  • 著者名/発表者名: 吉田 洵也, 平野 敏行, 佐藤 文俊
  • 雑誌名: 生産研究 巻: 67 ページ: 265-272
  • NAID: 130005074271
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] 工学とバイオ研究特集に際して (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐藤文俊
  • 雑誌名: 生産研究 巻: 67 ページ: 245-245
  • NAID: 130005074268
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] 教育利用講義報告：「実践的シミュレーションソフトウェア開発演習」 (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐藤文俊
  • 雑誌名: スーパーコンピューティングニュース 巻: 17 ページ: 47-49
  • オープンアクセス
• [学会発表] Development of Molecular Orbitals Calculation Applications for Proteins (2018)
  • 著者名/発表者名: Toshiyuki Hirano, Fumitoshi Sato
  • 学会等名: International Workshop on Massively Parallel Programming for Quantum Chemistry and Physics 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Study of High-Performance Canonical Molecular Orbitals Calculation for Proteins (2017)
  • 著者名/発表者名: Toshiyuki HIRANO, Fumitoshi SATO
  • 学会等名: International symposium: Computational Chemistry (CC) in ICCMSE2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] カノニカル分子軌道計算によるインフルエンザM2タンパク質の電子構造 (2017)
  • 著者名/発表者名: 平野敏行, 佐藤文俊
  • 学会等名: 分子科学討論会2017
• [学会発表] A theoretical study of glucose oxidase using canonical molecular orbital calculation (2017)
  • 著者名/発表者名: Toshiyuki Hirano, Fumitoshi Sato
  • 学会等名: The 57th Sanibel Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] タンパク質の美しき電子の世界 (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐藤文俊, 平野敏行
  • 学会等名: 日本農芸化学会2017
  • 招待講演
• [学会発表] 液体ベンゼンにおける過剰電子移動度の見積り (2016)
  • 著者名/発表者名: 佐藤正寛、熊田亜紀子、日高邦彦、平野敏行、佐藤文俊
  • 学会等名: 平成28年 電気学会全国大会
  • 発表場所: 東北大キャンパス, 仙台市, 宮城
  • 年月日: 2016-03-16
• [学会発表] An effective grid-free approach based on the third-generation density-functional-theory calculation method (2016)
  • 著者名/発表者名: Toshiyuki Hirano, Fumitoshi Sato
  • 学会等名: The 56th Sanibel Symposium
  • 発表場所: St. Simons Island, Georgia, U.S.A.
  • 年月日: 2016-02-19
  • 国際学会
• [学会発表] 罰則付き回帰法に基づくタンパク質原子電荷の計算と性質 (2016)
  • 著者名/発表者名: 平野敏行, 佐藤文俊
  • 学会等名: 第39回ケモインフォマティクス討論会
• [学会発表] グリッドフリー密度汎関数計算におけるエネルギー勾配計算 (2016)
  • 著者名/発表者名: 平野敏行, 佐藤文俊
  • 学会等名: 第10回分子科学討論会
• [学会発表] A Third-generation Density Functional Calculation Program: ProteinDF (2015)
  • 著者名/発表者名: Toshiyuki Hirano, Fumitoshi Sato
  • 学会等名: Pacifichem2015
  • 発表場所: Hawaii, U.S.A.
  • 年月日: 2015-12-15
  • 国際学会
• [学会発表] 効率的なタンパク質カノニカル分子軌道計算を目指して (2015)
  • 著者名/発表者名: 平野 敏行、佐藤 文俊
  • 学会等名: 第7回 ProteinDF, ABINIT-MP ユーサ会
  • 発表場所: 東京大学生産技術研究所, 目黒区, 東京
  • 年月日: 2015-12-11
• [学会発表] ここまで来たタンパク質の量子化学計算 (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐藤文俊
  • 学会等名: 東大精研会 ビジネス研究会
  • 発表場所: 東京大学, 文京区, 東京
  • 年月日: 2015-12-08
  • 招待講演
• [学会発表] 線形回帰法を用いた新規タンパク質原子電荷に関する研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 金泰煥,平野敏行,佐藤文俊
  • 学会等名: ProteinDF利用講習会
  • 発表場所: 東京大学生産技術研究所, 目黒区, 東京
  • 年月日: 2015-12-06
• [学会発表] 分散メモリ型超並列計算機に向けた 大規模カノニカル分子軌道計算法の開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 平野 敏行
  • 学会等名: High Performance Computing Chemistry (HPCC) - 2015 -
  • 発表場所: 理化学研究所 計算科学研究機構（RIKEN AICS）, 和光市, 埼玉
  • 年月日: 2015-12-01
  • 招待講演
• [学会発表] 計算生命科学のための量子化学基礎 (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐藤文俊
  • 学会等名: 計算生命科学の基礎講義
  • 発表場所: 神戸大学, 神戸市, 兵庫
  • 年月日: 2015-11-11
  • 招待講演
• [学会発表] グルコースオキシダーゼ反応機構の理論研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 平野 敏行、佐藤 文俊
  • 学会等名: HPCI成果報告会
  • 発表場所: 日本科学未来館, 江東区, 東京
  • 年月日: 2015-10-31
• [学会発表] Determination of Hole Mobility in Polyethylene : First Principle Calculation Based on Marcus Theory (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Sato, A. Kumada, K. Hidaka, T. Hirano, F. Sato
  • 学会等名: IEEE Conf. on Electr. Insul. Dielectr. Phenomena
  • 発表場所: Sheraton Ann Arbor, Michigan, U.S.A.
  • 年月日: 2015-10-19
  • 国際学会
• [学会発表] Development of a new algorithm of canonical molecular orbitals calculation based on density functional theory for massively distributed memory parallel computers (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐藤文俊, 平野敏行
  • 学会等名: ISM HPCCON 2015
  • 発表場所: 統数研, 立川市, 東京
  • 年月日: 2015-10-19
  • 招待講演
• [学会発表] Multi-scale Computational Evaluation of Hole Mobility in Amorphous Polyethylene (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Sato, A. Kumada, K. Hidaka, T. Hirano, F. Sato
  • 学会等名: IEEE Conf. on Electr. Insul. Dielectr. Phenomena
  • 発表場所: Sheraton Ann Arbor, Michigan, U.S.A.
  • 年月日: 2015-10-18
  • 国際学会
• [学会発表] 量子化学シミュレーションで 観察するタンパク質 (2015)
  • 著者名/発表者名: 平野 敏行
  • 学会等名: 東海コンファレンス
  • 発表場所: 信州大学, 長野市, 長野
  • 年月日: 2015-10-07
  • 招待講演
• [学会発表] 密度汎関数法を用いたポリエチレン中の正孔移動度の一検討 (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐藤正寛、熊田亜紀子、日高邦彦、平野敏行、佐藤文俊
  • 学会等名: 第9回分子科学討論会
  • 発表場所: 東工大キャンパス, 目黒区, 東京
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] 第三世代密度汎関数計算法の進展 (2015)
  • 著者名/発表者名: 平野 敏行、王 笛申、佐藤 文俊
  • 学会等名: 第9回分子科学討論会
  • 発表場所: 東工大キャンパス, 目黒区, 東京
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] 大規模分子の構造最適化の収束法に関する研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 紀平昌吾,平野敏行，佐藤文俊
  • 学会等名: 第9回分子科学討論会
  • 発表場所: 東工大キャンパス, 目黒区, 東京
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] 線形回帰法を用いたタンパク質原子電荷に関する研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 金泰煥,平野敏行,佐藤文俊
  • 学会等名: 第9回分子科学討論会
  • 発表場所: 東工大キャンパス, 目黒区, 東京
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] 計算を用いたポリエチレン中のホール輸送特性の一検討 (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐藤正寛、熊田亜紀子、日高邦彦、平野敏行、佐藤文俊
  • 学会等名: 第46回電気電子絶縁材料システムシンポジウム
  • 発表場所: 九州工業大学キャンパス, 北九州市, 福岡
  • 年月日: 2015-09-05
• [学会発表] 量子分子生物学 春秋に富む (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐藤文俊, 平野敏行
  • 学会等名: 第15回 東京大学生命科学シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学, 文京区, 東京
  • 年月日: 2015-06-27
  • 招待講演
• [学会発表] 自由なフラクメント分割可能なQCLO法プロクラムの開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 平野 敏行、佐藤 文俊
  • 学会等名: 第18回 理論化学討論会
  • 発表場所: 大阪大学（豊中キャンパス）, 豊中市, 大阪
  • 年月日: 2015-05-20
• [学会発表] 機械学習を用いたカノニカル分子軌道計算に基づく新規タンパク質形式電荷に関する研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 金泰煥,平野敏行,佐藤文俊
  • 学会等名: 第18回 理論化学討論会
  • 発表場所: 大阪大学（豊中キャンパス）, 豊中市, 大阪
  • 年月日: 2015-05-20
• [図書] ソフトウェア開発実践: 科学技術シミュレーションソフトの設計 (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐藤文俊, 加藤千幸
  • 総ページ数: 240
  • 出版者: 東大出版
• [備考] ProteinDF software package
  • URL: https://proteindf.github.io/
• [備考] ProteinDF
  • URL: http://proteindf.github.io/