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医療革命 生命の仕組みをコンピュータで再現

夢ナビライブ2017東京会場にて収録

1分動画1

がんの克服に向けて

1分動画2

モノ作りの技術を高める

1分動画3

エイズの遺伝子レベルの仕組みを解明

30分動画

講義を視聴する(30分)

高校2年生 自分の興味とマッチングしすぎていた。楽しすぎて、興奮がとまらないほどでした。質問にも丁寧に答えて頂きよりこの分野に興味をもてました。
高校1年生 完璧なヒトのコンピュータモデルの開発、楽しみです。
高校1年生 遺伝子情報(ゲノム)が数時間で解続できるということを聞いて驚いた。
高校1年生 今まで習った知識を生かせることがすごいことだと思いました。
高校2年生 少し難しい講義でしたが、コンピュータで臨床試験ができるという話に大変興味を持ちました。
高校1年生 とても分かりやすく面白かったです。
高校1年生 がんになる原因をよく知らなかったのでとても勉強になりました。コンピュータで生命現象を再現できたらとてもすごいなと思いました。
高校2年生 とても興味深い内容だった。
高校2年生 ヒトの体は化学反応でできているので、それを方程式で表し、その結果、コンピューターで表すことができるのでは、ということが知れ、とても興味深かった。
高校2年生 生物をシミュレートすることに少し関心を持ちました。
高校1年生 コンピュータを使って日常のことを再現できるのはすごいと思い、関心を持ちました。人間の違伝子のしくみを学べるのもおもしろかったです。
その他 中学生の私にとって、少し難しい内容だったけど、関心がとても高まりました。
高校2年生 とても面白く自分のやりたいことに近かったです。
高校1年生 医学関連ということでこの講座を希望したのですが、医学はもちろん、その他のこともいろいろ学べたのでとても勉強になりました。
高校1年生 コンピューターを使えば、ヒト細胞を計算可能になることがすごいと思いました。
高校1年生 コンピュータで病気の予測や予防ができるということを知りました。いつかコンピュータの研究によってがんがなくなったりすれば良いなと思いました。
高校2年生 現実のものをコンピュータ上で再現することは非常に面白いことだと思いました。
高校1年生 遺伝子や分子までも手を加えられることには驚きました。今後の実用化やその応用技術に期待しています。
高校1年生 とてもわかりやすく初心者の自分でも理解ができました。
高校2年生 病気をなおし、さまざまなコンピューター技術をつかってふせげることもできるようになるのではというところにきょうみがもてました。
高校1年生 工業のことはあまり知らなかったのですが、とてもおもしろかったです。
高校1年生 データサイエンス的科学の内容と似ていたと思うが、様々な現象や仕組みをコンピュータにて再現し、さらにそれを現実世界においてどのようになるのかということをシミュレートすることに関心を持った。
高校2年生 コンピューターを使って、人間以前に実験ができることに驚いた。
高校1年生 細胞の全情報が3GBしかないところにびっくりした。
高校1年生 ゲノム法則で人の生命現象をコンピュータで再現したり、動物実験をコンピュータで再現するのが、どれだけコストを減らせるのかと、とても興味深い話だったと思います。
高校2年生 モニターに写っていた図が理解しやすく良かった。生命のことについて、知らなかったことを知れたので、ためになった。

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関心ワード
  • シミュレーション 、
  • システム生物学 、
  • システムエンジニア 、
  • エンジニア 、
  • 創薬 、
  • ゲノム

講義No.g001116

コンピュータ・シミュレーションで薬を開発する時代がすぐそこに

ヒトのゲノムはまだ9割が解読されていない

 ヒトのゲノムが明らかになったと言うと、人間の遺伝情報がすべて解読されたかのように考えてしまいますが、本当はDNAの配列が明らかになっただけで、そのうち9割の遺伝情報はまだ解読されていません。しかも、個々の遺伝子の働きがわかっても、通常は複数の遺伝子が関連して働いているため、遺伝情報をすべて解読するには膨大な時間が必要です。
 さらに、遺伝情報が明らかになったからと言って、これまで治らなかった病気が治るといったメリットはすぐにはもたらされません。薬を開発するには、生体内で起こる分子レベルでの化学反応を把握し、化学反応を起こす物質の互いの関係性を理解する必要があります。さらに、これらの情報をベースに新たな細胞を設計するコンピュータ・システムを開発します。ここまで行って、やっと創薬に結びつきます。このような、コンピュータを利用する「システム生物学」は21世紀のトレンドですが、まだ始まったばかりで、さまざまな課題があります。

まだまだ発展途上のシステム生物学

 研究者は実験を繰り返し、生体内で起こる化学反応の情報を分子ネットワークとして蓄積していますが、調べるべき反応の数があまりに多いため、実験がすべて終わるまでに数十年かかると考えられます。その間、薬の開発を遅らせるわけにはいきません。そこで、わからない化学反応は推定することで創薬のための細胞の設計を行う技術が開発されています。また、多少精度には問題がありますが、1000個の化学反応を一挙に調べる方法もあります。
 通常、工学的な設計ではコンピュータ上でほぼ完璧なシミュレーションが可能です。例えば、コンピュータ上で飛行機を設計して、実際に作れば、計算した結果と同じように飛ぶ飛行機ができます。しかし、システム生物学はその段階まで達していません。これは、細胞設計に必要な情報があまりに少ないからです。しかし、基礎的な情報が充実してくれば、画期的な新薬が数多く生み出されることになります。

関心ワード
  • 大腸菌 、
  • シミュレーション 、
  • 細胞 、
  • 化学反応 、
  • 実験 、
  • コンピュータ 、
  • 生物

講義No.g001117

生命活動は、化学反応で説明できる

生命活動は、ヒトも微生物も同じ

 生物にとって「生きている」とはどういうことなのでしょう。ヒトならば、頭脳活動こそが生きている証拠だという意見もあるでしょう。しかし、もっと根源的に物質を構成する分子レベルで考えれば、化学反応で生命活動を説明できてしまいます。そこで対象となるのは、細胞が増え、物質を合成し、エネルギーを得るという生命の基本的な活動です。この活動は、実はヒトのような高等な生物も大腸菌のような微生物も同じです。
 生物の中では数万、数十万、数百万の化学反応が常に起こっていますが、その多くは解明されていません。そこで、化学者は生物の化学反応の解明に日々努力しています。その成果は、電子回路のような「配線図」で表現されます。これは生命体内の化学反応から、物質と物質の関係を明らかにしたものです。その集合体は、細胞の分子ネットワークと呼ばれていて、生命活動を理解する基礎的な情報となります。

コンピュータで細胞を設計する

 ところで、生命活動解明の先には何があるのでしょう。一つの目標は、細胞の設計です。新たな細胞を作り出すことで、医薬品を作ることができます。すでに、マラリアの薬が大腸菌で作れることがわかっています。また、環境やエネルギー問題への対策として、微生物からエタノールやブタノールを作り出す技術が開発されています。
 細胞を設計するときには、細胞の分子ネットワークを活用します。このとき、化学反応は数式で表現できるためコンピュータの利用が可能になります。分子ネットワークがどういう振る舞いをするかをコンピュータで計算します。物質と物質の関係が複雑なために、細胞の設計にはコンピュータは不可欠です。もちろん、コンピュータでシミュレーションできるため、実験を最小限に抑えることができ、効率的に開発を進めることができます。
 細胞をコンピュータで設計すると言うと驚く人もいるかもしれません。しかし、そういう時代がすでにやって来ています。

この学問が向いているかも 情報工学部

九州工業大学
情報工学部 生命化学情報工学科 教授
倉田 博之 先生

メッセージ

 生物と情報(コンピュータ)を一緒に学べる大学は、実はそんなに多くはありません。生物と情報の先生が分かれていたり、どちらかに偏っていたりする場合がほとんどです。本学科がユニークなのは、1人の先生が生物と情報を一緒に教えてくれることです。生命活動を分子レベルで理解する学問はまだ始まったばかりですが、医学をはじめさまざまな分野への応用の可能性があります。コンピュータを使って生命活動を解明してみたい、新しい分野に挑戦してみたいという方に来てほしいですね。

先生の学問へのきっかけ

 高校時代、自然は複雑でも、物理と化学の法則や方程式で、何が起こるか予測できることを知りました。大学では化学反応システムを設計する化学工学科で、化学、物理、工学、コンピュータ技術を学びました。当時、最新の生物反応プロセスを設計する卒業研究を通して、生物はDNAや遺伝子の観点から統一的に理解することができるのではないかと感じ、物理や化学と同じように、方程式で生物の仕組みを再現することに関心を持ちました。方程式を解いて生物現象の予測ができれば、病気を治したり、病気の予防につながると考えたのです。

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倉田 博之 先生がいらっしゃる
九州工業大学に関心を持ったら

 「情報工学」は、高度情報化社会の進展の中で、ますます必須知識・ 技術となっています。九州工業大学情報工学部は1986年 に創設された日本初、現在も国立大学法人で唯一の情報工学部で、2016年に創設30周年を迎えました。知能情報工学科、電子情報工学科、システム創成情報工学科、機械情報工学科、生命情報工学科の5学科があり、情報工学の学びを軸としつつ、各学科の応用分野に対する教育研究を進めています。特に、教育システムは、全学科がJABEEに認定され、世界的に通用するものであることが保証されています。