時間: 1 分 言うこと：今日は、実験をしない化学、コンピュータの中で分子を調べる化学の話をする。今日は皆さんにも研究者になってもらう。

時間: 1.5 分 言うこと：ガイダンスで会った人も多いはず。改めて、山本です。出身は佐賀県伊万里市（伊万里焼の町）。専門はコンピュータ化学で、計算で分子を調べている。2 年後期の量子化学 1、3 年前期の量子化学 2 でまた会う。 見せ方：下の道のりを点がたどっていく。九州大学で博士の学位を取り、学振 PD で東京大学、岐阜大学の助教、名古屋大学の特任助教を経て千葉工大へ。研究者はいろいろな大学を渡り歩きながら研究を続ける。

時間: 1.5 分 言うこと：今日の案内役は、やまラボのマスコット「双子の計算術士」。計算化学を擬人化した兄妹で、サイエンスイラストレーターの揚げ鶏々さんに描いてもらった。 言うこと：兄のテオは量子化学の担当。ひとつの分子の中の電子を精密に計算する。相棒はフクロウの賢者（CPU のように、ひとつずつ確実に計算する精霊）。持っている杖は、電子の状態を表す波動関数の記号 Ψ。 言うこと：妹のテラは分子動力学と機械学習の担当。たくさんの分子の動きを追う。相棒は光の鳥の大群（GPU のように、たくさんの計算をいちどにこなす精霊）。髪型はタンパク質の α-ヘリックス。 言うこと：衣装や持ち物に、計算化学のモチーフがたくさん隠れている。詳しくは yamlab.jp のマスコットのページで。

時間: 1.5 分 問いかけ：化学の研究というと、白衣を着てフラスコを振る姿を思い浮かべる人が多いはず。コンピュータだけで化学の研究ができると思う？ 手を挙げてもらう。

時間: 2 分 言うこと：1998 年、電子を計算する方法（量子化学計算）にノーベル化学賞。2013 年、コンピュータでタンパク質のような大きな分子の反応を計算する方法に。2024 年は AI でタンパク質の形を予測・設計した研究に。そして 2025 年は、日本の北川進先生らの MOF。MOF はやまラボでも計算で研究している（後で出てくる）。

時間: 1.5 分 言うこと：コンピュータ化学の 4 つの超能力。分子は 1 億分の 1 cm、反応は 1 兆分の 1 秒。それを「見る」。作る前に「予測する」。何十万の候補から「探す」。たくさんのデータから「学ぶ」。 言うこと：今日のミッションで、この 4 つを順に使う。

時間: 1.5 分 見せ方：選択肢を読み上げ、手を挙げさせてから押す。 言うこと：9〜17 年。今 18 歳の皆さんが今日始めた研究が薬になるのは 30 代。費用は数百億〜数千億円。

時間: 1.5 分 言うこと：65 万個の候補のうち、人での試験に進めたのは 75 個、薬になったのは 21 個。約 3 万分の 1。ほとんどが途中で脱落するから、時間もお金もかかる。 問いかけ：どうすれば、もっと速く当たりを見つけられる？ → コンピュータで、作る前に当たりをつける。

時間: 1 分 言うこと：今日は皆さんが製薬会社の研究者。ミッションは「インフルエンザの飲み薬をコンピュータで設計すること」。4 つのステップで進める。案内役はテオとテラ。

時間: 0.5 分 言うこと：まずは敵を知る。どこをねらえばウイルスを止められるか。

時間: 3 分 見せ方：何も押さなくても ①〜⑥ が約 35 秒でくり返す（上の札が今の場面）。説明しながら見せるときは「一時停止」してから番号の札を押すと、その場面で止まる。「再生」で続き、「ゆっくり」で半分の速さ。① 手（HA）が細胞の表面のシアル酸（緑のひし形）をつかむ → ② 膜にくるまれて中へ入り、設計図（RNA 8 本）を出す → ③ 核で設計図がコピーされる（8 本 → 32 本）→ ④ とげ（部品）がつくられて膜へ、RNA が膜の下に集まる → ⑤ 膜ごと包んで外へ出る（出芽）。でも手がつかんだままで離れられない → ⑥ はさみ（NA）で切って、となりの細胞へ。1 回で 4 個ふえる（本物はもっとたくさん）。 言うこと：ウイルスは自分では増えられない。細胞の中の工場を乗っ取って、自分のコピーを大量につくらせる。 問いかけ：このどこかを止めれば、ウイルスは広がらない。どこを止める？ → 次のスライドで、カギになる 2 つの「手」を詳しく見る。

時間: 1.5 分 見せ方：「くっつく手」「はさみ」を順に押して、2 種類のとげを光らせる。 言うこと：大きさは 1 万分の 1 mm。ヘマグルチニン（HA）は、さっきの①で細胞をつかんだ「手」。ノイラミニダーゼ（NA）は、⑥でつなぎ目を切った「はさみ」。今日のねらいは、このはさみ。

時間: 2.5 分 見せ方：模型で、ノイラミニダーゼが細胞表面のシアル酸を切る場面まで（1〜2 分）を流す。音あり。 言うこと：説明しているのはやまラボの卒業生。卒業研究で、インフルエンザウイルスと薬の関係を計算で調べた。

時間: 2 分 見せ方：細胞の中で RNA ととげが膜の下に集まり、膜がふくらんで新しいウイルスが出てくる（さっきの⑤）。最初は「薬なし」で、はさみで切って次の細胞へ広がり、数が増える。「薬あり」に切りかえると、薬がはさみのくぼみにはまって ✕ で切れず、ウイルスが表面から離れられない。数が止まって「ストップ！」。「薬なし」に戻すとまた広がる。 言うこと：薬は、ウイルスが出てくるのを止めるのではなく、出たあとに離れられなくする。 言うこと：ねらうのは「はさみのくぼみ」。ここにはまる分子が、薬の候補になる。

時間: 0.5 分 言うこと：次は、はさみのくぼみにはまる分子を探す。

時間: 1 分 言うこと：薬が効くには 2 つの条件。形が合うこと、そして水素結合で手をつなぐこと。水素結合は高校化学で習った。

時間: 4 分 見せ方：まず学生に「どれがいちばんはまると思う？」と聞いて手を挙げさせる。A（大きすぎる）→ D（小さすぎる）→ B（形はぴったり、手がない）→ C（形も手もぴったり）の順に入れる。C を「回す」と、手がつなげなくなってはまり度が下がる。最後に「全部ためす」でランキング。 言うこと：これがドッキング計算の考え方。本物の計算では、はまる強さをエネルギーで見積もる。 操作：ボタンを押してもスライドは進まない。

時間: 1.5 分 見せ方：「スタート」→「はやおくり」。カウンターが 100 万まで回り、ときどき有望な候補が光って右の箱に落ちる。 言うこと：これがバーチャルスクリーニング。実験で 1 つずつ作って調べる前に、計算でふるいにかけて、有望なものだけを作る。超能力「探す」。

時間: 2 分 見せ方：2 つの分子は同じ向きにそろえて、一緒に回っている（ドラッグで回せる）。真ん中の環とまわりの飾りの位置がよく似ていることを見せる。左右の図で飲み方のちがいを言う（左：粉を吸いこみ、のど・気管に直接とどく。右：カプセルを飲み、腸から体に入る）。 問いかけ：どちらもインフルエンザの薬。飲んだ（吸った）ことがある人？ 言うこと：リレンザは粉を吸いこむ吸入薬、タミフルはカプセルの飲み薬。同じくぼみにはまるのに、なぜ飲み方がちがうのか。これが次のステップ。

時間: 0.5 分 言うこと：くぼみにはまるだけでは薬にならない。飲んだあと、体の中に届かなければいけない。

時間: 1.5 分 見せ方：まず予想させてから、「O と N を光らせる」を押して、水と手をつなげる原子を数えさせる。それからボタンで答え合わせ。 問いかけ：赤（O）と青（N）の原子が多いのはどっち？

時間: 3 分 見せ方：最初はよく混ざった状態。しばらく見ていると、青（水）と黄（油）が分かれていく。「よく振る」で何度でも混ぜられる。 言うこと：水どうしは水素結合で強く引き合うので、油は仲間に入れない。「分かれろ」とはどこにも書いていないのに、粒どうしの力だけを計算すると勝手に分かれる。これが分子動力学。超能力「見る」。

時間: 2 分 見せ方：「水を入れる」で水分子が近づく。砂糖（グルコース）の O-H には水が手をつないでくっつき（点線＝水素結合）、油（ヘキサン）のまわりからは水が離れていく。下の「くっついた水」の数を比べる。 言うこと：砂糖が水に溶けて、油が溶けないのはこのため。リレンザの側鎖は、砂糖のように O-H だらけ。だから水になじむ。

時間: 1.5 分 言うこと：飲み薬は、腸の細胞膜を通り抜けて体に入る。膜の中は油のようなもの。油になじむ分子と小さな分子は通れるが、水になじむ大きな分子ははね返される。

時間: 2.5 分 見せ方：最初は log P = 1 で落ちついた状態（油 91 個、水 9 個）。体積は同じなので、個数の比がそのまま濃度の比。物質のボタンを押すと振りなおす：メタノール（17 対 83、−0.7）→ 1-ブタノール（89 対 11、+0.9）→ 1-オクタノール（水の層が 1 個に満たない、+3.0）。炭素が増えるほど油に寄る。つまみを 0 → 1 → 2 と動かすと、P が 1 → 10 → 100 と 10 倍ずつ増える。 言うこと：落ちついたあとも、ときどき点が境目をこえて入れかわる。分子は行き来しているが、数の比は変わらない（動的平衡）。 つまずき所：ボタンの値は実測の目安を丸めたもの。次のスライドの計算アプリ（Crippen 法）の値とは少しちがう。 言うこと：log P は「油の濃さ ÷ 水の濃さ」の対数。log P が 1 増えると、P（油 ÷ 水）が 10 倍。

時間: 3 分 見せ方：水 → エタノール → オクタノール と炭素の鎖を長くしていく。次にビタミン C（水溶性）と A（脂溶性）。 問いかけ：ビタミン A のサプリが油に溶かしてあるのはなぜ？ 言うこと：実験しなくても、構造式から一瞬で予測できる。超能力「予測する」。 聞かれたら：Crippen 法は推定値。実測とは差がある（エタノール：計算 0.00、実測 −0.31）。

時間: 1.5 分 見せ方：→ キーで 1 段ずつ開く。右の図は吸入薬の使い方（粉を吸いこみ、のど・気管に直接とどく）。 言うこと：逆に言えば、飲み薬にしたければ log P を上げればよい。やってみよう。

時間: 4 分 見せ方：「どのボタンがいちばん効くと思う？」と予想させてから 1 つずつ押す。側鎖の OH を変えるのがいちばん効く（−3.79 → −0.34）。他の 3 つだけでは −1.96。4 つ全部でタミフルの構造（+1.29）。 つまずき所：途中段階は考え方を見せるためのもので、実際の合成の道筋ではない。④ のエステルは体内で外れて COOH に戻る（プロドラッグ）。

時間: 2 分 見せ方：最初は「全部」で 4 か所が光っている。①〜④ を順に押して、変わった場所を光らせる。リレンザ側の水になじむ部分（ローズ）が、タミフル側の油になじむ部分（黄）に置きかわっている。光っていない骨組み（くぼみにはまる形）は同じ。最後に「全部」に戻し、下の log P（−3.79 → +1.29）と吸入薬 → 飲み薬を指す。 つまずき所：③ は、環の O が炭素に変わり、二重結合の位置もずれている（前のアプリの「環の O → CH₂」は分子全体の組成で見た言い方）。 言うこと：効き目（くぼみにはまる形）と、体への届きやすさ（log P）。両方を、作る前に計算で予測しながら設計する。 つまずき所：④ のエステルは体内で外れて COOH に戻る（プロドラッグ）。

時間: 0.5 分 言うこと：さっきのアプリは、なぜ一瞬で log P を出せたのか。種明かしすると、そこには「データから学んだ規則」がある。

時間: 1.5 分 言うこと：Crippen 法は、原子の種類（とまわりの原子）ごとに「油になじむ度合い」を決めておいて、足し合わせる。炭素はプラス、酸素や窒素はマイナス。その値は、log P を測ったたくさんの分子のデータから決めた。

時間: 3.5 分 見せ方：最初の画面。点は実際に測ったアルコール 5 つ（メタノール〜ペンタノール）。灰色の直線は「まだ何も学んでいない規則」、赤い線が規則と実測のずれ。 見せ方：「学習する」。コンピュータが、ずれが小さくなる向きに傾きと切片を少しずつ直していく。直線が回って点に寄り、赤い線が縮み、誤差の棒が下がる。式の数字の動きに注目させる。 言うこと：学習完了。見つかった規則は「炭素 1 個で log P が +0.56」。CH₂ が 1 つ増えるごとに油になじみやすくなる。これはデータから「学んだ」化学の規則（実測値：Sangster, J. Phys. Chem. Ref. Data 18, 1111 (1989)）。 見せ方：「まだ測っていない分子を予測」→「答え合わせ」。1-オクタノール（予測 3.13、実測 3.07）と 1-デカノール（予測 4.26、実測 4.57）。データから学んだ規則で、測っていない分子まで当てられた。 聞かれたら（時間があれば「おまけ：覚えすぎると…」）：5 点を全部ぴったり通る複雑な規則にすると、1-デカノールの予測は 15 と大はずれ。覚えすぎ（過学習）。AI がもっともらしい間違いをする例として、次のスライドにつなげられる。

時間: 2 分 言うこと：タンパク質の形は、以前は実験で何年もかけて決めていた。いまは AI が予測する。欲しい性質を伝えると新しい分子を考える AI、ロボットと組んで自分で実験を進める AI（自律実験ラボ）も研究されている。

時間: 1.5 分 言うこと：さっきの過学習のように、AI はもっともらしい間違いをする。それを見抜けるのは化学が分かる人。化学とコンピュータの両方が分かる人は、これからますます求められる。

時間: 1 分 言うこと：ミッション・クリア！ 皆さんは今日、計算化学の 4 つの超能力を全部使った。

時間: 0.5 分 言うこと：実は、今日のミッションで使った道具は、やまラボで毎日使っている研究の道具そのもの。

時間: 1.5 分 言うこと：やまラボには 3 つのチームがある。生物物理、化学工学、光化学。どのチームも、今日の道具を組み合わせて研究している。ここからは、ミッションの「続編」として紹介する。

時間: 2.5 分 見せ方：「ウイルスが変異する」を押すと、くぼみの一部が盛り上がって、薬の手が 1 本はずれ、はまり度が下がる。もう一度押すと元に戻る。 言うこと：ウイルスは変異して薬から逃げる。どの変異が結合をどれだけ弱めるかを、自由エネルギー計算で調べている（北海道大学 人獣共通感染症国際共同研究所と共同研究）。さっきの先輩の動画も、このチームの研究。 言うこと：生物物理チームは、ALS に関係するタンパク質 SOD1 の研究も（東北大学 大学院薬学研究科と共同研究）。 つまずき所：はまり度は説明用の目安。変異も特定の実在の変異ではなく、R292K 型の耐性のイメージ。

時間: 1.5 分 言うこと：化学とコンピュータの両方が分かる人は、どの業界でも少ない。だから求められる。化学メーカーや製薬会社の研究開発でも、計算や AI を使える人が増えている。

時間: 1.5 分 言うこと：研究室の配属は 3 年後期。それまでの授業、特に物理化学と量子化学がつながっている。プログラミングは研究室に入ってから先輩と一緒に覚える人がほとんど。

時間: 1.5 分 言うこと：答えは「できる」。そして計算は実験の代わりではなく、実験の相棒。両方を組み合わせると、化学はもっと速く、もっと深くなる。

時間: 1.5 分 言うこと：課題は manaba のアンケートから。今日の話から一つ選んで、調べて広げてもらえればよい。質問・感想もアンケートに。 言うこと：課題は、yamlab.jp の研究紹介や「計算化学とは」のページを読んで、自分の考える未来を書いてもらう。今日のスライドも yamlab.jp に置いておく。