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要旨報告

「個別化・予防医療での新たなパラダイムの創出 −健康・医療ビッグデータとスーパーコンピュータがもたらすもの− 」

主催

第38回分子生物学会年会・第88回生化学会大会合同大会BMB2015 ワークショップ 

日時

2015年12月4日 14:00 - 16:30

場所

神戸ポートピアホテル:南館地下1階 ダイヤモンド(第12会場)

がん多様性の理解を目指したゲノムビッグデータ解析
Genomic Big Data Analysis towards Understanding Cancer Heterogeneity

井元 清哉(東大・医科研)

予測医療に向けた考え方:帰納的方法と演繹的方法
Potential Approach for Personalized Medicine

後藤 信哉(東海大学・医学部・内科学系循環器内科学)
世界各国における新薬、新規医療デバイスの承認は科学的「エビデンス」に基づく。「エビデンス」の質は事前に設定されている。過去の標準治療群と新薬・ 新規医療デバイス群の有効性・安全性を比較するランダム化比較試験のエビデンスレベルが高い。 臨床医の治療対象は「個別症例」である。世界の「標準的症 例」と目の前の「個別症例」の差異が大きいと「エビデンス」に基づいた治療が「個別症例」に適さない。高価かつ安全性情報の乏しい新薬、新規医療デバイス によってのみ予後を改善できる「個別症例」の特定が必須である。 わずかな血液から取得可能なパーソナルゲノム、バイオマーカーを用いて「個別化医療」を 行う理論的基礎の確立が必須である。従来の「エビデンス」に基づいた論理の延長により新薬、新規医療デバイスの適応を選択する帰納的推論の他に、情報を取 得できるゲノムから細胞・臓器全身の反応を予測する演繹的推論を方法論として確立できれば革新性が大きい。

ペタフロップス級スパコンのススメ −GFKの京コンピュータへの移植を例に−
Introduction of TOP500 supercomputers for bioinformaticians -Case study of GFK-

伊東 聰(東大・医科研)
次世代シークエンサの目覚ましい進歩により、今日では大量のオミックスデータが利用可能になってきている。データ量の増大は、検体数はもちろんのこと、読 み取りリード長の延伸、デプスの増加など品質向上に起因する1検体当たりの増加効果も無視できない。バイオインフォマティクス分野ではすでに並列計算機/ スーパーコンピュータの利用が盛んであるが、他分野に比べ京コンピュータ等を用いた大規模計算の例はごくわずかである。その原因は、システムに依存しない ソフトウェア自身の並列化やバッチジョブシステムの特性等に起因している。今後、希少遺伝子疾患等の研究を進めていくには数万検体の解析が必要とされてお り、TOP500クラスのスーパーコンピュータの利用は避けて通れない。本研究では融合遺伝子検出パイプラインGenomon-fusionの京コン ピュータへの移植事例を元に、世界トップクラスのスーパーコンピュータのバイオインフォマティクス分野における利用方法の一例を示す。

ポスト「京」による次世代計算創薬の展望
Future of computational drug development using next-generation supercomputer Post 'K'

奥野 恭史 (理研・QBiC)
2020年の本格運用を目指し、次世代のスーパーコンピュータであるポスト「京」の開発が始まった。演者は、9つの重点課題の一つである創薬分野「生体分 子システムの機能制御による革新的創薬基盤の構築」の代表研究者として、次世代の創薬計算技術の開発を担当している。ポスト「京」において我々が目指すと ころは、生体分子の動きをシミュレーションする計算(分子動力学計算)の速度を「京」の数十倍程度の速さにすることによって、生体内分子(タンパク質な ど)の長時間(ミリ秒レベル)の動きを捉え、さらに多くの生体内分子を対象にした創薬シミュレーションを実現することである。これにより、疾患の原因タン パク質の動的制御や複数の創薬関連タンパク質を加味したドラッグデザインの新しい方法を開発する。具体的には、ポスト「京」の演算能力を最大限に活かす分 子シミュレーション技術を開発することで、生体分子システムの時間的空間的機能解析を実現する新たな構造生命科学の開拓と次世代創薬計算技術の開発を目指 す。さらには、これらの要素計算技術を創薬計算フローに沿って連結した統合システムを開発することで、高精度かつ超高速の革新的な創薬計算基盤の確立を目 指す。本講演では、ポスト「京」で目指す計算創薬の未来について紹介したい。

医学と生体力学をむすぶデータ同化シミュレーション
Measurement-integrated simulation to link the biomechanics and clinical medicine

和田 成生(阪大・基礎工.機能創成)
Recent advances in biomechanical science have enabled the mechanics of both small (molecules and cells) and large (tissues and organs) physiological phenomena to be described. To understand the underlying processes of how such diversely-scaled mechanical processes interact, how their corresponding physiological behaviors are related, and how the mechanics of these work together to affect overall biological response, it is essential to develop modeling techniques and simulation algorithms based on a unified principle of mechanics encompassing all these phenomena. The large scaled simulations using Kei and post Kei computer systems are expected to answer these questions and progress such a computational approach in biomechanics. However, it is hard to say that the computer simulations have widely accepted in the clinical medicine where the measurements and observation are believed to be the evidence. Actually, the development of biomedical measurements such as MRI and X-ray CT has led to great progress in the clinical medicine. Thus, it is also important to develop a method to integrate the computer simulation with the biomedical measurements to use the biomechanical understanding through the computer simulation to the evidence-based medicine. Our talk will describe our recent computational studies on measurement-integrated simulation of blood flow and respiratory mechanics toward linking the biomechanics to the clinical medicine.

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