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特開2023-146640難変異エピトープ部位の予測装置、難変異エピトープ部位の予測方法、及び難変異エピトープ部位の予測プログラム、並びに抗体のスクリーニング装置、抗体のスクリーニング方法、及び抗体のスクリーニングプログラム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023146640
(43)【公開日】2023-10-12
(54)【発明の名称】難変異エピトープ部位の予測装置、難変異エピトープ部位の予測方法、及び難変異エピトープ部位の予測プログラム、並びに抗体のスクリーニング装置、抗体のスクリーニング方法、及び抗体のスクリーニングプログラム
(51)【国際特許分類】
G16B 15/30 20190101AFI20231004BHJP
【ＦＩ】
G16B15/30
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022053930
(22)【出願日】2022-03-29
(71)【出願人】
【識別番号】000000941
【氏名又は名称】株式会社カネカ
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(74)【代理人】
【識別番号】100107515
【弁理士】
【氏名又は名称】廣田 浩一
(74)【代理人】
【識別番号】100107733
【弁理士】
【氏名又は名称】流 良広
(74)【代理人】
【識別番号】100115347
【弁理士】
【氏名又は名称】松田 奈緒子
(72)【発明者】
【氏名】大島 勘二
(72)【発明者】
【氏名】北 寛士
(57)【要約】 （修正有）
【課題】コンピュータを用いた分子シミュレーションにより、広域スペクトル中和抗体のための難変異エピトープ部位を高精度で予測及び同定することができる難変異エピトープ部位の予測装置、難変異エピトープ部位の予測方法及び難変異エピトープ部位の予測プログラム並びに抗体のスクリーニング装置、抗体のスクリーニング方法、及び抗体のスクリーニングプログラムを提供する。
【解決手段】抗原における難変異エピトープ部位を予測する装置１００において、予測部１７１は、抗原におけるエピトープ部位におけるアミノ酸残基毎のゆらぎの情報に基づき、ゆらぎが所定値以下であるアミノ酸残基を、エピトープ部位における変異し難い部位であると予測する。
【選択図】図１５
【解決手段】抗原における難変異エピトープ部位を予測する装置１００において、予測部１７１は、抗原におけるエピトープ部位におけるアミノ酸残基毎のゆらぎの情報に基づき、ゆらぎが所定値以下であるアミノ酸残基を、エピトープ部位における変異し難い部位であると予測する。
【選択図】図１５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
抗原における難変異エピトープ部位を予測する装置であって、
抗原におけるエピトープ部位におけるアミノ酸残基毎のゆらぎの情報に基づき、前記ゆらぎが所定値以下である前記アミノ酸残基を、前記エピトープ部位における変異し難い部位であると予測する予測手段を有することを特徴とする難変異エピトープ部位の予測装置。
抗原におけるエピトープ部位におけるアミノ酸残基毎のゆらぎの情報に基づき、前記ゆらぎが所定値以下である前記アミノ酸残基を、前記エピトープ部位における変異し難い部位であると予測する予測手段を有することを特徴とする難変異エピトープ部位の予測装置。
【請求項2】
前記予測手段が、前記エピトープ部位における連続するアミノ酸残基群の平均ゆらぎの情報に基づき、前記平均ゆらぎが所定値以下である前記アミノ酸残基群を、前記エピトープ部位における変異し難い部位であると予測する、請求項１に記載の難変異エピトープ部位の予測装置。
【請求項3】
前記抗原が、インフルエンザウイルスにおけるヘマグルチニンであり、
前記ゆらぎの所定値が、１．２Åである、請求項１から２のいずれかに記載の難変異エピトープ部位の予測装置。
前記ゆらぎの所定値が、１．２Åである、請求項１から２のいずれかに記載の難変異エピトープ部位の予測装置。
【請求項4】
前記ゆらぎの情報が、分子動力学計算で得られた算出値である、請求項１から４のいずれかに記載の難変異エピトープ部位の予測装置。
【請求項5】
前記予測手段が、前記変異し難い部位であると予測した前記アミノ酸残基のうち、各前記アミノ酸残基の表面露出面積比の情報に基づき、前記表面露出面積比が所定値以上である前記アミノ酸残基を、前記抗原に対する抗体が結合し易い部位であると予測する、請求項１から４のいずれかに記載の難変異エピトープ部位の予測装置。
【請求項6】
前記抗原が、インフルエンザウイルスにおけるヘマグルチニンであり、
前記表面露出面積比の所定値が、０％である、請求項５に記載の難変異エピトープ部位の予測装置。
前記表面露出面積比の所定値が、０％である、請求項５に記載の難変異エピトープ部位の予測装置。
【請求項7】
前記表面露出面積比の情報が、分子動力学計算で得られた算出値である、請求項５から６のいずれかに記載の難変異エピトープ部位の予測装置。
【請求項8】
抗原における難変異エピトープ部位を予測する方法であって、
抗原におけるエピトープ部位におけるアミノ酸残基毎のゆらぎの情報に基づき、前記ゆらぎが所定値以下である前記アミノ酸残基を、前記エピトープ部位における変異し難い部位であると予測する予測工程を含むことを特徴とする難変異エピトープ部位の予測方法。
抗原におけるエピトープ部位におけるアミノ酸残基毎のゆらぎの情報に基づき、前記ゆらぎが所定値以下である前記アミノ酸残基を、前記エピトープ部位における変異し難い部位であると予測する予測工程を含むことを特徴とする難変異エピトープ部位の予測方法。
【請求項9】
抗原における難変異エピトープ部位を予測するプログラムであって、
抗原におけるエピトープ部位におけるアミノ酸残基毎のゆらぎの情報に基づき、前記ゆらぎが所定値以下である前記アミノ酸残基を、前記エピトープ部位における変異し難い部位であると予測する処理をコンピュータに行わせることを特徴とする難変異エピトープ部位の予測プログラム。
抗原におけるエピトープ部位におけるアミノ酸残基毎のゆらぎの情報に基づき、前記ゆらぎが所定値以下である前記アミノ酸残基を、前記エピトープ部位における変異し難い部位であると予測する処理をコンピュータに行わせることを特徴とする難変異エピトープ部位の予測プログラム。
【請求項10】
抗原が変異しても前記抗原に対し結合可能な抗体のスクリーニング装置であって、
請求項１から７のいずれかに記載の難変異エピトープ部位の予測装置、請求項８に記載の難変異エピトープ部位の予測方法、又は請求項９に記載の難変異エピトープ部位の予測プログラムによって、前記エピトープ部位における変異し難い部位であると予測された前記アミノ酸残基との結合親和力が所定値以上である抗体を選抜する選抜手段を有することを特徴とする抗体のスクリーニング装置。
請求項１から７のいずれかに記載の難変異エピトープ部位の予測装置、請求項８に記載の難変異エピトープ部位の予測方法、又は請求項９に記載の難変異エピトープ部位の予測プログラムによって、前記エピトープ部位における変異し難い部位であると予測された前記アミノ酸残基との結合親和力が所定値以上である抗体を選抜する選抜手段を有することを特徴とする抗体のスクリーニング装置。
【請求項11】
抗原が変異しても前記抗原に対し結合可能な抗体のスクリーニング方法であって、
請求項１から７のいずれかに記載の難変異エピトープ部位の予測装置、請求項８に記載の難変異エピトープ部位の予測方法、又は請求項９に記載の難変異エピトープ部位の予測プログラムによって、前記エピトープ部位における変異し難い部位であると予測された前記アミノ酸残基との結合親和力が所定値以上である抗体を選抜する選抜工程を含むことを特徴とする抗体のスクリーニング方法。
請求項１から７のいずれかに記載の難変異エピトープ部位の予測装置、請求項８に記載の難変異エピトープ部位の予測方法、又は請求項９に記載の難変異エピトープ部位の予測プログラムによって、前記エピトープ部位における変異し難い部位であると予測された前記アミノ酸残基との結合親和力が所定値以上である抗体を選抜する選抜工程を含むことを特徴とする抗体のスクリーニング方法。
【請求項12】
抗原が変異しても前記抗原に対し結合可能な抗体のスクリーニング用プログラムであって、
請求項１から７のいずれかに記載の難変異エピトープ部位の予測装置、請求項８に記載の難変異エピトープ部位の予測方法、又は請求項９に記載の難変異エピトープ部位の予測プログラムによって、前記エピトープ部位における変異し難い部位であると予測された前記アミノ酸残基との結合親和力が所定値以上である抗体を選抜する処理をコンピュータに行わせることを特徴とする抗体のスクリーニング用プログラム。
請求項１から７のいずれかに記載の難変異エピトープ部位の予測装置、請求項８に記載の難変異エピトープ部位の予測方法、又は請求項９に記載の難変異エピトープ部位の予測プログラムによって、前記エピトープ部位における変異し難い部位であると予測された前記アミノ酸残基との結合親和力が所定値以上である抗体を選抜する処理をコンピュータに行わせることを特徴とする抗体のスクリーニング用プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、難変異エピトープ部位の予測装置、難変異エピトープ部位の予測方法、及び難変異エピトープ部位の予測プログラム、並びに抗体のスクリーニング装置、抗体のスクリーニング方法、及び抗体のスクリーニングプログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、インフルエンザＡ型ウイルス等のインフルエンザウイルスや、最近ではＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２等の新型コロナウイルスなどの変異体が生じやすいウイルスによる感染症を検査、予防乃至治療するためのワクチンや中和抗体などの医薬品の開発が求められている。
【0003】
しかしながら、変異体が生じやすいウイルスでは、ウイルスゲノムの突然変異が頻繁に起こることにより、抗原として認識し得るウイルスの表面タンパク質のアミノ酸配列に変異が生じて抗原性が変化し、特定の変異体に対して獲得された免疫系から回避できるようになったり、特定の変異体に最適化された医薬品が変異した抗原を認識できなかったりするという問題がある。
【0004】
したがって、ウイルスの変異に影響されにくい難変異エピトープ部位を高い精度で予測及び同定する方法の開発や、結合能がウイルスの変異に影響されにくい広域スペクトルを有する抗ウイルスモノクローナル抗体（広域スペクトル中和抗体）の開発が求められている。
これまでに、インフルエンザＡ型ウイルスの各種変異体に対して広域スペクトルを有する中和抗体として、表面タンパク質であるヘマグルチニンに対するモノクローナル中和抗体が報告されている（例えば、非特許文献１参照）。
しかしながら、従来の技術において、モノクローナル中和抗体の作製には、（ウエットな）実験を行う必要があり、エピトープの選定及び調製や、結合能の評価などの観点から、多大な費用（コスト）及び時間が必要となるという問題があった。
これまでに、インフルエンザＡ型ウイルスの各種変異体に対して広域スペクトルを有する中和抗体として、表面タンパク質であるヘマグルチニンに対するモノクローナル中和抗体が報告されている（例えば、非特許文献１参照）。
しかしながら、従来の技術において、モノクローナル中和抗体の作製には、（ウエットな）実験を行う必要があり、エピトープの選定及び調製や、結合能の評価などの観点から、多大な費用（コスト）及び時間が必要となるという問題があった。
【0005】
また、ウエットな実験を行うことなく天然ペプチドやタンパク質の動的な構造を予測・解析できる方法としては、例えば、対象とする分子における個々の原子の運動を、コンピュータを用いて計算する方法が知られている。このようなコンピュータを用いた分子シミュレーションを行うことにより、短時間で効率的に天然ペプチドやタンパク質などの分子の動的な構造を評価することができる場合がある。
【0006】
分子シミュレーションの手法としては、例えば、個々の原子の運動を、ニュートンの運動方程式に基づいて算出する分子動力学法などが知られている。
しかしながら、分子動力学法などの分子シミュレーションを用いて、ウイルスの変異に影響されにくい難変異エピトープ部位を十分な精度で予測（評価）できる技術は確立されていない。
しかしながら、分子動力学法などの分子シミュレーションを用いて、ウイルスの変異に影響されにくい難変異エピトープ部位を十分な精度で予測（評価）できる技術は確立されていない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0007】
【非特許文献1】Ｄ．Ｃ．Ｅｋｉｅｒｔ ｅｔ ａｌ．，Ｓｃｉｅｎｃｅ ２００９，１０ ＡＰＲＩＬ Ｖｏｌ ３２４ ２４６－２５１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明は、前記従来における諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、コンピュータを用いた分子シミュレーションにより、広域スペクトル中和抗体のための難変異エピトープ部位を高精度で予測及び同定することができる難変異エピトープ部位の予測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記の課題を解決するための手段としての本発明の難変異エピトープ部位の予測装置は、抗原における難変異エピトープ部位を予測する装置であって、抗原におけるエピトープ部位におけるアミノ酸残基毎のゆらぎの情報に基づき、前記ゆらぎが所定値以下である前記アミノ酸残基を、前記エピトープ部位における変異し難い部位であると予測する予測手段を有する。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、従来における前記諸問題を解決し、前記目的を達成することができ、コンピュータを用いた分子シミュレーションにより、広域スペクトル中和抗体のための難変異エピトープ部位を高精度で予測及び同定することができる難変異エピトープ部位の予測装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【発明を実施するための形態】
【0012】
（難変異エピトープ部位の予測装置）
本発明の難変異エピトープ部位の予測装置は、変異体が生じやすいウイルスに対して結合能がウイルスの変異に影響されにくい広域スペクトルを有する抗ウイルスモノクローナル抗体（広域スペクトル中和抗体）のための難変異エピトープ部位を予測するに際し、対象分子である抗原タンパク質の配列解析、及び分子動力学解析の結果、抗原タンパク質の変異しにくいアミノ酸残基の部位が、ゆらぎの小さいアミノ酸残基の部位と関係することを見出したという本発明者らの知見に基づくものである。
本発明の難変異エピトープ部位の予測装置は、変異体が生じやすいウイルスに対して結合能がウイルスの変異に影響されにくい広域スペクトルを有する抗ウイルスモノクローナル抗体（広域スペクトル中和抗体）のための難変異エピトープ部位を予測するに際し、対象分子である抗原タンパク質の配列解析、及び分子動力学解析の結果、抗原タンパク質の変異しにくいアミノ酸残基の部位が、ゆらぎの小さいアミノ酸残基の部位と関係することを見出したという本発明者らの知見に基づくものである。
【0013】
そのため、まず、変異体が生じやすいウイルスの具体例として、多くの変異体が報告されているヒト由来インフルエンザウイルスインフルエンザウイルスについて、その感染メカニズム、及びワクチンや中和抗体の抗原タンパク質として研究が進められているヘマグルチニン（ＨＡ）タンパク質について説明する。
【0014】
＜インフルエンザウイルス、及びヘマグルチニンタンパク質＞
ヘマグルチニン（ＨＡ）は、ホモ３量体からなり、単量体は、ＨＡ１（アミノ酸残基番号：１－３４３）とＨＡ２（アミノ酸残基番号：３４５－５６６）の２つの領域から構成される。ＨＡ１には、標的との結合部位、すなわち、宿主であるヒトにおける細胞表面のシアル酸を含む糖鎖と結合する部位が存在する。
図１は、ヘマグルチニン（ＨＡ）の単量体の立体構造、及び３量体の立体構造を示す模式図である。図１中、左図が、ヘマグルチニン単量体の立体構造、右図が、ヘマグルチニン３量体（Ａ鎖、Ｂ鎖、及びＣ鎖）の立体構造をリボンダイアグラムにより模式的に示す。ヘマグルチニン単量体において、ＨＡ１のリボンダイアグラムを黒色で示し、ＨＡ２のリボンダイアグラムを灰色で示す。
ヘマグルチニン（ＨＡ）は、ホモ３量体からなり、単量体は、ＨＡ１（アミノ酸残基番号：１－３４３）とＨＡ２（アミノ酸残基番号：３４５－５６６）の２つの領域から構成される。ＨＡ１には、標的との結合部位、すなわち、宿主であるヒトにおける細胞表面のシアル酸を含む糖鎖と結合する部位が存在する。
図１は、ヘマグルチニン（ＨＡ）の単量体の立体構造、及び３量体の立体構造を示す模式図である。図１中、左図が、ヘマグルチニン単量体の立体構造、右図が、ヘマグルチニン３量体（Ａ鎖、Ｂ鎖、及びＣ鎖）の立体構造をリボンダイアグラムにより模式的に示す。ヘマグルチニン単量体において、ＨＡ１のリボンダイアグラムを黒色で示し、ＨＡ２のリボンダイアグラムを灰色で示す。
【0015】
図２は、インフルエンザウイルスの感染メカニズムにおける、ウイルスの吸着及び侵入の過程でのヘマグルチニンの働きを説明する模式図である（引用元：ｈｔｔｐｓ：／／ｐｄｂｊ．ｏｒｇ／ｍｏｍ／０７６）。
宿主であるヒトにおける細胞表面の受容体タンパク質（ヒト受容体）にインフルエンザウイルスの表面タンパク質であるヘマグルチニンのＨＡ１領域が結合し、ＨＡ１部分が切断されたのち、ＨＡ２部分が大きく構造変化し、ウイルス膜とヒト細胞膜に膜融合が生じて感染が進む。
宿主であるヒトにおける細胞表面の受容体タンパク質（ヒト受容体）にインフルエンザウイルスの表面タンパク質であるヘマグルチニンのＨＡ１領域が結合し、ＨＡ１部分が切断されたのち、ＨＡ２部分が大きく構造変化し、ウイルス膜とヒト細胞膜に膜融合が生じて感染が進む。
【0016】
本発明者らが、コンピュータを用いた分子シミュレーションにより、水溶液中の抗原タンパク質の安定構造を初期構造とした３００ナノ秒程度の室温の分子動力学計算によって得られたトラジェクトリから、アミノ酸残基毎の特性を評価し、抗原タンパク質のアミノ酸残基毎の変異のし難さとの関係について、鋭意研究を重ねたところ、アミノ酸残基毎のゆらぎの情報が、アミノ酸残基毎の変異のし難さを示す変異蓄積率に関係することを見出した。また、抗原におけるエピトープ部位への抗体の近づきやすさの指標として、各アミノ酸残基における露出面積比を算出することにより、抗原に対する抗体が結合し易い部位の予測及び評価を行うことができることを見出した。
以上の知見から、本発明者らは、抗原におけるエピトープ部位におけるアミノ酸残基毎のゆらぎの情報を解析することにより、エピトープ部位における変異し難い部位（難変異エピトープ部位）を高精度で予測できること、及び難変異エピトープ部位が、広域スペクトル中和抗体の作製及び選抜や、ウイルスの変異に影響されにくいワクチンなどのエピトープ部位として優れて利用可能であることを想到した。
加えて、抗原に対する抗体が結合し易いエピトープ部位の予測及び評価を行うことにより、変異し難く、かつ抗体が結合し易いエピトープ部位を高精度で予測できることを想到した。
以上の知見から、本発明者らは、抗原におけるエピトープ部位におけるアミノ酸残基毎のゆらぎの情報を解析することにより、エピトープ部位における変異し難い部位（難変異エピトープ部位）を高精度で予測できること、及び難変異エピトープ部位が、広域スペクトル中和抗体の作製及び選抜や、ウイルスの変異に影響されにくいワクチンなどのエピトープ部位として優れて利用可能であることを想到した。
加えて、抗原に対する抗体が結合し易いエピトープ部位の予測及び評価を行うことにより、変異し難く、かつ抗体が結合し易いエピトープ部位を高精度で予測できることを想到した。
【0017】
＜配列解析例＞
初めに、本発明者らは、抗原におけるエピトープ部位におけるアミノ酸残基毎のゆらぎの情報と、前記エピトープ部位における変異し難い部位との関係をより詳細に特定するため、インフルエンザウイルスのヘマグルチニン（ＨＡ）タンパク質について、これまでに報告されているアミノ酸一次配列データを解析し、各アミノ酸残基位置における変異蓄積率を算出することにより、前記変異し難い部位を解析した。
以下では、本発明者らが実施したヘマグルチニン（ＨＡ）のアミノ酸配列の配列解析の詳細について、説明する。
初めに、本発明者らは、抗原におけるエピトープ部位におけるアミノ酸残基毎のゆらぎの情報と、前記エピトープ部位における変異し難い部位との関係をより詳細に特定するため、インフルエンザウイルスのヘマグルチニン（ＨＡ）タンパク質について、これまでに報告されているアミノ酸一次配列データを解析し、各アミノ酸残基位置における変異蓄積率を算出することにより、前記変異し難い部位を解析した。
以下では、本発明者らが実施したヘマグルチニン（ＨＡ）のアミノ酸配列の配列解析の詳細について、説明する。
【0018】
＜＜ヘマグルチニン（ＨＡ）のアミノ酸配列の配列解析＞＞
ＮＣＢＩのインフルエンザ関連蛋白質配列データベース（Ｉｎｆｌｕｅｎｚａ Ｖｉｒｕｓ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ：ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｎｃｂｉ．ｎｌｍ．ｎｉｈ．ｇｏｖ／ｇｅｎｏｍｅｓ／ＦＬＵ／Ｄａｔａｂａｓｅ／ｎｐｈ－ｓｅｌｅｃｔ．ｃｇｉ？ｇｏ＝ｄａｔａｂａｓｅ）から、ヒト由来インフルエンザＡ型のヘマグルチニン（ＨＡ）のアミノ酸一次配列データを以下の検索条件で取得した（全４５，５４５配列）。
［検索条件］
・Ｔｙｐｅ：Ａ，Ｈｏｓｔ：Ｈｕｍａｎ，
・Ｃｏｕｎｔｒｙ／Ｒｅｇｉｏｎ：ａｎｙ，
・Ｐｒｏｔｅｉｎ：ＨＡ，
・ｓｕｂｔｐｅ：Ｈ：ａｎｙ（１－１８），Ｎ：ａｎｙ（１－１１），
・鎖長：全長５６６±５残基
ＮＣＢＩのインフルエンザ関連蛋白質配列データベース（Ｉｎｆｌｕｅｎｚａ Ｖｉｒｕｓ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ：ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｎｃｂｉ．ｎｌｍ．ｎｉｈ．ｇｏｖ／ｇｅｎｏｍｅｓ／ＦＬＵ／Ｄａｔａｂａｓｅ／ｎｐｈ－ｓｅｌｅｃｔ．ｃｇｉ？ｇｏ＝ｄａｔａｂａｓｅ）から、ヒト由来インフルエンザＡ型のヘマグルチニン（ＨＡ）のアミノ酸一次配列データを以下の検索条件で取得した（全４５，５４５配列）。
［検索条件］
・Ｔｙｐｅ：Ａ，Ｈｏｓｔ：Ｈｕｍａｎ，
・Ｃｏｕｎｔｒｙ／Ｒｅｇｉｏｎ：ａｎｙ，
・Ｐｒｏｔｅｉｎ：ＨＡ，
・ｓｕｂｔｐｅ：Ｈ：ａｎｙ（１－１８），Ｎ：ａｎｙ（１－１１），
・鎖長：全長５６６±５残基
【0019】
その後、本発明者らが作製した解析プログラムを使って、一次配列にＸ（アミノ酸不明）を含む信頼性の低い配列を除き（～４３，６００配列）、重複配列を除いたユニークな配列データ（～１４，１７３配列）を抽出した。抽出したユニーク配列のうち、データベース上で最も古い１９１８年のＨＡの配列（ＮＣＢＩ ＩＤ：ＡＡＤ１７２２９：配列番号１）を参照配列として用い、膨大な数のアミノ酸配列や塩基配列の一致乃至類似部分をアライメントすることができるオンラインソフトウェアである、ＭＡＦＦＴ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｕｓｉｎｇ Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ，ｈｔｔｐｓ：／／ｍａｆｆｔ．ｃｂｒｃ．ｊｐ／ａｌｉｇｎｍｅｎｔ／ｓｅｒｖｅｒ／）によるマルチプルアライメントを実施した。
配列番号１で示した前記参照配列は、アミノ酸残基総数５６６であり、１９１８年のスペイン風邪流行当時のヘマグルチニンのアミノ酸配列（ＮＣＢＩ ＩＤ：ＡＡＤ１７２２２９）である。
配列番号１で示した前記参照配列は、アミノ酸残基総数５６６であり、１９１８年のスペイン風邪流行当時のヘマグルチニンのアミノ酸配列（ＮＣＢＩ ＩＤ：ＡＡＤ１７２２２９）である。
【0020】
＜＜変異蓄積率の解析＞＞
次いで、アラインメントされた配列を使って、各アミノ酸残基位置における変異蓄積率を算出し、ヘマグルチニン（ＨＡ）の単量体における各領域を色分けして示した（図３）。
ここで、「変異蓄積率」は、参照配列における各アミノ酸残基位置について、参照配列の有するアミノ酸残基から変異したアミノ酸残基を有するユニーク配列の数を、全ユニーク配列数（１４，１７３）で割ることにより算出する。
次いで、アラインメントされた配列を使って、各アミノ酸残基位置における変異蓄積率を算出し、ヘマグルチニン（ＨＡ）の単量体における各領域を色分けして示した（図３）。
ここで、「変異蓄積率」は、参照配列における各アミノ酸残基位置について、参照配列の有するアミノ酸残基から変異したアミノ酸残基を有するユニーク配列の数を、全ユニーク配列数（１４，１７３）で割ることにより算出する。
【0021】
図３に、ヘマグルチニン（ＨＡ）単量体のアミノ酸配列におけるアミノ酸残基毎の変異蓄積率を解析した結果を示す。
図３中、横軸はアミノ酸残基番号を示し、縦軸は参照配列（ＡＡＤ１７２２９）に対する変異蓄積率を示す。ＨＡ１（１－３４３）を黒色、ＨＡ２（３４５－５６６）を灰色で示す。
図３中、横軸はアミノ酸残基番号を示し、縦軸は参照配列（ＡＡＤ１７２２９）に対する変異蓄積率を示す。ＨＡ１（１－３４３）を黒色、ＨＡ２（３４５－５６６）を灰色で示す。
【0022】
ヘマグルチニンのアミノ酸残基毎の変異蓄積率の解析結果から、本発明者らは、１９１８年のスペイン風邪の発生から約１００年の間に、多くのアミノ酸残基（アミノ酸残基総数５６５に対し、およそ５６０アミノ酸残基）に変異が蓄積していることを見出した。また、ＨＡ１の変異蓄積率の平均値（ＨＡ１：約０．４５２）よりも、ＨＡ２の変異蓄積率の平均値（ＨＡ２：約０．３１０）が低く、したがって、ＨＡ２の配列保存性がＨＡ１よりも高いことが分かった。
【0023】
以上より、これまでに多数の変異体が報告されているインフルエンザウイルスにおいて、ヘマグルチニンタンパク質における各アミノ酸残基位置の変異蓄積率を算出することにより、前記変異し難い部位として、変異蓄積率の低いアミノ酸残基位置を同定できることを確認した。
ここで、前記変異し難い部位における変異蓄積率としては、対象分子である抗原タンパク質に応じて適宜選択することができるが、０．５以下が好ましく、０．４以下がより好ましく、０．３以下が更に好ましく、０．２以下が特に好ましく、０．１以下が最も好ましい。
ここで、前記変異し難い部位における変異蓄積率としては、対象分子である抗原タンパク質に応じて適宜選択することができるが、０．５以下が好ましく、０．４以下がより好ましく、０．３以下が更に好ましく、０．２以下が特に好ましく、０．１以下が最も好ましい。
【0024】
＜分子動力学計算の計算例＞
次いで、本発明者らは、抗原におけるエピトープ部位におけるアミノ酸残基毎のゆらぎの情報と、前記エピトープ部位における変異し難い部位との関係をより詳細に特定するため、１９１８年のスペイン風邪流行当時のヘマグルチニン（ＰＤＢＩＤ：３ｇｂｎ）の構造について、コンピュータを用いた分子シミュレーションを実行し解析を行った。
以下では、本発明者らが実行した分子シミュレーション（分子動力学計算）の詳細について説明する。
次いで、本発明者らは、抗原におけるエピトープ部位におけるアミノ酸残基毎のゆらぎの情報と、前記エピトープ部位における変異し難い部位との関係をより詳細に特定するため、１９１８年のスペイン風邪流行当時のヘマグルチニン（ＰＤＢＩＤ：３ｇｂｎ）の構造について、コンピュータを用いた分子シミュレーションを実行し解析を行った。
以下では、本発明者らが実行した分子シミュレーション（分子動力学計算）の詳細について説明する。
【0025】
以下で説明する計算例においては、ヘマグルチニンの溶液中での動的な構造を解析するため、分子動力学法（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｄｙｎａｍｉｃｓ；ＭＤ）を用いて、分子シミュレーションを行った。
【0026】
＜＜初期構造＞＞
ＭＤ計算に用いる、スペイン風邪が流行した１９１８年当時のヘマグルチニンの初期構造（ＰＤＢＩＤ：３ｇｂｎ）は、タンパク質立体構造データベースＰｒｏｔｅｉｎ Ｄａｔａ Ｂａｎｋ（ｈｔｔｐ：／／ｐｄｂｊ．ｏｒｇ）からダウンロードして利用した。
続いて、ペプチド（Ａ）の表面から１０Å離れた領域までを１つのボックス（セル）として、ペプチド（Ａ）の周りに水分子を配置し、Ｎａイオン、Ｃｌイオンを生理的条件（［ＮａＣｌ］＝１００ｍＭ）で配置することで計算系の中性化を行った。なお、１Åは、０．１ｎｍである。
ＭＤ計算に用いる、スペイン風邪が流行した１９１８年当時のヘマグルチニンの初期構造（ＰＤＢＩＤ：３ｇｂｎ）は、タンパク質立体構造データベースＰｒｏｔｅｉｎ Ｄａｔａ Ｂａｎｋ（ｈｔｔｐ：／／ｐｄｂｊ．ｏｒｇ）からダウンロードして利用した。
続いて、ペプチド（Ａ）の表面から１０Å離れた領域までを１つのボックス（セル）として、ペプチド（Ａ）の周りに水分子を配置し、Ｎａイオン、Ｃｌイオンを生理的条件（［ＮａＣｌ］＝１００ｍＭ）で配置することで計算系の中性化を行った。なお、１Åは、０．１ｎｍである。
【0027】
図４は、本計算例において作成した、ヘマグルチニン３量体（ＰＤＢＩＤ：３ｇｂｎ）における分子動力学計算の初期構造を示す図である。リボンダイアグラムによりヘマグルチニンを示し、溶媒分子を省略して図示する。
【0028】
＜＜エネルギー極小化計算＞＞
次に、作成した初期構造のおけるペプチドを構成する重原子（水素以外の原子）に位置拘束（位置束縛；Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｒｅｓｔｒａｉｎｔ）をかけて、分子力学（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ；ＭＭ）計算によって、計算系全体のエネルギー極小化を行った。エネルギー極小化計算を行うことにより、初期構造が有する不自然な構造の歪みを取り除き、分子動力学計算の初期における時間積分の発散を避けることができる。
エネルギー極小化計算は、最急降下法を用い、最初のステップでの原子移動距離ＲＭＳＤ＝０．１［Å］、最大計算ステップ数５０，０００、収束判定条件ＲＭＳＦ（原子に加わる力の自乗平均）＝１００．０［ｋＪ／ｍｏｌ／ｎｍ］として行った。
なお、本計算例においては、分子力場として、Ａｍｂｅｒ ｆｆ９９ＳＢ－ＩＬＤＮを用いた。
次に、作成した初期構造のおけるペプチドを構成する重原子（水素以外の原子）に位置拘束（位置束縛；Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｒｅｓｔｒａｉｎｔ）をかけて、分子力学（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ；ＭＭ）計算によって、計算系全体のエネルギー極小化を行った。エネルギー極小化計算を行うことにより、初期構造が有する不自然な構造の歪みを取り除き、分子動力学計算の初期における時間積分の発散を避けることができる。
エネルギー極小化計算は、最急降下法を用い、最初のステップでの原子移動距離ＲＭＳＤ＝０．１［Å］、最大計算ステップ数５０，０００、収束判定条件ＲＭＳＦ（原子に加わる力の自乗平均）＝１００．０［ｋＪ／ｍｏｌ／ｎｍ］として行った。
なお、本計算例においては、分子力場として、Ａｍｂｅｒ ｆｆ９９ＳＢ－ＩＬＤＮを用いた。
【0029】
＜＜分子動力学計算＞＞
続いて、分子動力学計算のエンジンとして、ＧＲＯＭＡＣＳのパッケージ（ＧＲＯＭＡＣＳ ２０２０．４版）を用い、周期境界条件の下、溶媒の平衡化などのために、重原子に対する位置拘束ありで短時間のＮＶＴ（計算系の粒子数、体積、及び温度が一定の条件）計算を行った後、重原子に対する位置拘束ありで短時間のＮＰＴ（計算系の粒子数、圧力、及び温度が一定の条件）計算を行った。
続いて、分子動力学計算のエンジンとして、ＧＲＯＭＡＣＳのパッケージ（ＧＲＯＭＡＣＳ ２０２０．４版）を用い、周期境界条件の下、溶媒の平衡化などのために、重原子に対する位置拘束ありで短時間のＮＶＴ（計算系の粒子数、体積、及び温度が一定の条件）計算を行った後、重原子に対する位置拘束ありで短時間のＮＰＴ（計算系の粒子数、圧力、及び温度が一定の条件）計算を行った。
【0030】
そして、上記の溶媒の平衡化を行った構造に対して、シミュレーション時間３００ｎｓ（時間刻み幅Δｔ＝２．０ｆｓ、計１５０，０００，０００ ｓｔｅｐ）のＮＰＴ計算（Ｂｕｓｓｉの温度制御及びＰａｒｒｉｎｅｌｌｏ－Ｒａｈｍａｎの圧力制御）を実施した。エネルギーや座標等のトラジェクトリは、５０ｐｓ毎に出力した（合計６，０００ ｓｎａｐｓｈｏｔｓ）。
【0031】
分子動力学計算には、ＣＰＵがＸｅｏｎ（Ｒ）Ｐｌａｔｉｎｕｍ８２８０（クロック周波数２．７ＧＨｚ、計５６コア）、メモリが７６８ＧＢ、ＧＰＵカード４枚（ＶｏｌｔａＶ１００）のスペックの計算機（コンピュータ）を用いた。
本計算例で計算対象としている蛋白質１種のシミュレーション時間３００ｎｓの分子動力学計算にかかった計算所要時間は、２４コア並列計算と４枚のＧＰＵカードを利用した場合では、約２日間で終了した。
本計算例で計算対象としている蛋白質１種のシミュレーション時間３００ｎｓの分子動力学計算にかかった計算所要時間は、２４コア並列計算と４枚のＧＰＵカードを利用した場合では、約２日間で終了した。
【0032】
＜ゆらぎ解析例＞
＜＜ゆらぎの算出方法＞＞
上記の３００ｎｓの各カノニカルＭＤについて、平衡化された状態のヘマグルチニンの構造のデータを用いて解析を行うために、１８０ｎｓから３００ｎｓのトラジェクトリ（原子の運動についての軌跡のデータ）を抽出した。そして、抽出したトラジェクトリを、ＭＤのトラジェクトリ解析のライブラリである「ＭＤＴｒａｊ」（ｈｔｔｐｓ：／／ｍｄｔｒａｊ．ｏｒｇ／１．９．４／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ）を用いて、アミノ酸残基毎に１８０ｎｓから３００ｎｓの平均位置からのずれの大きさを算出し、アミノ酸残基毎のゆらぎ（残基ＲＭＳＦ）とした。
ｘ番目のアミノ酸残基におけるゆらぎを示すｒｍｓｆｘは、下記式（１）により算出することができ、単位は［Å］である。
ｒｍｓｆｘ＝√（１／ＮΣ（ｒｘｊ－＜ｒｘｊ＞）２） ・・・式（１）
式（１）中、Ｎは、２，４００（１８０ｎｓ～３００ｎｓの間でサンプリングされた構造数）を示し、ｊは、１～２，４００の整数を示し、ｒｘｊは、抽出時刻ｊのときのｘ番目のアミノ酸残基の位置ベクトルを示し、＜ｒｘｊ＞は、ｘ番目の残基の位置ベクトルの時間（１８０ｎｓ～３００ｎｓ）平均を示す。
＜＜ゆらぎの算出方法＞＞
上記の３００ｎｓの各カノニカルＭＤについて、平衡化された状態のヘマグルチニンの構造のデータを用いて解析を行うために、１８０ｎｓから３００ｎｓのトラジェクトリ（原子の運動についての軌跡のデータ）を抽出した。そして、抽出したトラジェクトリを、ＭＤのトラジェクトリ解析のライブラリである「ＭＤＴｒａｊ」（ｈｔｔｐｓ：／／ｍｄｔｒａｊ．ｏｒｇ／１．９．４／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ）を用いて、アミノ酸残基毎に１８０ｎｓから３００ｎｓの平均位置からのずれの大きさを算出し、アミノ酸残基毎のゆらぎ（残基ＲＭＳＦ）とした。
ｘ番目のアミノ酸残基におけるゆらぎを示すｒｍｓｆｘは、下記式（１）により算出することができ、単位は［Å］である。
ｒｍｓｆｘ＝√（１／ＮΣ（ｒｘｊ－＜ｒｘｊ＞）２） ・・・式（１）
式（１）中、Ｎは、２，４００（１８０ｎｓ～３００ｎｓの間でサンプリングされた構造数）を示し、ｊは、１～２，４００の整数を示し、ｒｘｊは、抽出時刻ｊのときのｘ番目のアミノ酸残基の位置ベクトルを示し、＜ｒｘｊ＞は、ｘ番目の残基の位置ベクトルの時間（１８０ｎｓ～３００ｎｓ）平均を示す。
【0033】
＜＜ゆらぎの解析＞＞
図５は、本発明における分子動力学計算例に基づき算出した、ヘマグルチニン３量体における各アミノ酸残基のゆらぎの大きさ（残基ＲＭＳＦ）を示すグラフである。詳細には、溶媒緩和後、Ｔ＝３００［Ｋ］のＮＰＴ（Ｎ：粒子、Ｐ：圧力、Ｔ：温度一定）条件下で３００ｎｓのＭＤ計算を実施し、平衡状態にある１８０ｎｓ～３００ｎｓの平均構造に対する各アミノ酸残基のゆらぎの大きさ（残基ＲＭＳＦ）を示す。
図５中、横軸は、アミノ酸残基番号を示し、縦軸は、アミノ酸残基番号１８～５１７に対応する各アミノ酸残基におけるゆらぎｒｍｓｆ１８～５１７［Å］を示す。ＨＡ１（１－３４３）を黒色、ＨＡ２（３４５－５６６）を灰色で示す。
なお、ヘマグルチニンのアミノ酸残基総数は、５６６であるが、点線で囲った領域（１－１７：シグナルペプチド、５１８－５２９：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｌｉｎｋｅｒ、５３０－５５０：ウイルス膜貫通領域、５５１－５６６：細胞質領域）は、水溶液中でフレキシブルな領域であり、ＰＤＢの登録データにこれら領域の座標の記載がなかったためゆらぎを算出できなかった。
図５は、本発明における分子動力学計算例に基づき算出した、ヘマグルチニン３量体における各アミノ酸残基のゆらぎの大きさ（残基ＲＭＳＦ）を示すグラフである。詳細には、溶媒緩和後、Ｔ＝３００［Ｋ］のＮＰＴ（Ｎ：粒子、Ｐ：圧力、Ｔ：温度一定）条件下で３００ｎｓのＭＤ計算を実施し、平衡状態にある１８０ｎｓ～３００ｎｓの平均構造に対する各アミノ酸残基のゆらぎの大きさ（残基ＲＭＳＦ）を示す。
図５中、横軸は、アミノ酸残基番号を示し、縦軸は、アミノ酸残基番号１８～５１７に対応する各アミノ酸残基におけるゆらぎｒｍｓｆ１８～５１７［Å］を示す。ＨＡ１（１－３４３）を黒色、ＨＡ２（３４５－５６６）を灰色で示す。
なお、ヘマグルチニンのアミノ酸残基総数は、５６６であるが、点線で囲った領域（１－１７：シグナルペプチド、５１８－５２９：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｌｉｎｋｅｒ、５３０－５５０：ウイルス膜貫通領域、５５１－５６６：細胞質領域）は、水溶液中でフレキシブルな領域であり、ＰＤＢの登録データにこれら領域の座標の記載がなかったためゆらぎを算出できなかった。
【0034】
＜＜ゆらぎと変異蓄積率との関係の解析＞＞
次いで、ヘマグルチニンのゆらぎと変異蓄積率との関係を、散布図、及びヒストグラムにより調べた（図６Ａ及びＢ）。
図６Ａの散布図において、ＨＡ１（１－３４３）を黒色、ＨＡ２（３４５－５６６）を灰色で示す。
図６Ｂのヒストグラムにおいて、上端に横軸をｒｍｓｆとして、縦軸に沿って積分したヒストグラム、右端に縦軸を変異蓄積率（ｒａｔｉｏ＿ｏｆ＿ｍｕｔ）として、横軸に沿って積分したヒストグラムを示した。図中の六角形において、低密度を白色で示し、高密度を濃灰色で示し、白色、薄灰色、及び濃灰色のグラデーションにより密度の程度を示す。
図６Ａ及びＢの解析の結果、ゆらぎと変異蓄積率の相関は小さい（相関係数～０．１７）ことが分かった。変異蓄積率については、大きく分けて、０付近、０．６付近、１付近の３つのクラスター（塊）が存在することが分かった。
次いで、ヘマグルチニンのゆらぎと変異蓄積率との関係を、散布図、及びヒストグラムにより調べた（図６Ａ及びＢ）。
図６Ａの散布図において、ＨＡ１（１－３４３）を黒色、ＨＡ２（３４５－５６６）を灰色で示す。
図６Ｂのヒストグラムにおいて、上端に横軸をｒｍｓｆとして、縦軸に沿って積分したヒストグラム、右端に縦軸を変異蓄積率（ｒａｔｉｏ＿ｏｆ＿ｍｕｔ）として、横軸に沿って積分したヒストグラムを示した。図中の六角形において、低密度を白色で示し、高密度を濃灰色で示し、白色、薄灰色、及び濃灰色のグラデーションにより密度の程度を示す。
図６Ａ及びＢの解析の結果、ゆらぎと変異蓄積率の相関は小さい（相関係数～０．１７）ことが分かった。変異蓄積率については、大きく分けて、０付近、０．６付近、１付近の３つのクラスター（塊）が存在することが分かった。
【0035】
さらに、図７Ａ及びＢに、各アミノ酸残基におけるゆらぎと変異蓄積率との関係を示す。
図７Ａは、ｒｍｓｆを０．１Å刻みに区分したときに対象の区分に該当するアミノ酸残基群の平均の変異蓄積率を示した表である。左から順に、ｒｍｓｆの区分（０．１Å刻み、表中「２．５－２．４」は２．５以下かつ２．４超を示す）、各区分に該当するアミノ酸残基数（＃）、各区分に該当するアミノ酸残基の平均変異蓄積率（Ａｖｅ． ｒａｔｉｏ＿ｏｆ＿ｍｕｔａｔｉｏｎ）、及び各区分に該当するアミノ酸残基の変異蓄積率の標準誤差（Ｓ．Ｅ．）をそれぞれ示す。
図７Ｂは、図７Ａの結果をグラフ化したものである。図６Ｂ中、縦軸は、ｒｍｓｆの各区分に該当するアミノ酸残基の平均変異蓄積率を示し、横軸は、ｒｍｓｆの区分を示す。エラーバーは、変異蓄積率の標準誤差（Ｓ．Ｅ．）を示す。
図７Ａは、ｒｍｓｆを０．１Å刻みに区分したときに対象の区分に該当するアミノ酸残基群の平均の変異蓄積率を示した表である。左から順に、ｒｍｓｆの区分（０．１Å刻み、表中「２．５－２．４」は２．５以下かつ２．４超を示す）、各区分に該当するアミノ酸残基数（＃）、各区分に該当するアミノ酸残基の平均変異蓄積率（Ａｖｅ． ｒａｔｉｏ＿ｏｆ＿ｍｕｔａｔｉｏｎ）、及び各区分に該当するアミノ酸残基の変異蓄積率の標準誤差（Ｓ．Ｅ．）をそれぞれ示す。
図７Ｂは、図７Ａの結果をグラフ化したものである。図６Ｂ中、縦軸は、ｒｍｓｆの各区分に該当するアミノ酸残基の平均変異蓄積率を示し、横軸は、ｒｍｓｆの区分を示す。エラーバーは、変異蓄積率の標準誤差（Ｓ．Ｅ．）を示す。
【0036】
図７Ａ及びＢの解析の結果、ゆらぎが小さくなるにつれて変異蓄積率が下がる傾向にあることを見出した。
すなわち、本発明者らは、抗原におけるエピトープ部位におけるアミノ酸残基毎のゆらぎの情報と、前記エピトープ部位における変異し難い部位とが関係することを見出した。これにより、抗原におけるエピトープ部位におけるアミノ酸残基毎のゆらぎの情報を解析することにより、エピトープ部位における変異し難い部位（難変異エピトープ部位）を高精度で予測できることを見出した。
すなわち、本発明者らは、抗原におけるエピトープ部位におけるアミノ酸残基毎のゆらぎの情報と、前記エピトープ部位における変異し難い部位とが関係することを見出した。これにより、抗原におけるエピトープ部位におけるアミノ酸残基毎のゆらぎの情報を解析することにより、エピトープ部位における変異し難い部位（難変異エピトープ部位）を高精度で予測できることを見出した。
【0037】
＜露出面積比の解析及び算出＞
更に、本発明者らは、抗原におけるエピトープ部位への抗体の近づきやすさ（ａｃｃｅｓｓｉｂｉｌｉｙ）の観点から、抗体の相補性決定領域（ＣＤＲ，ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｉｔｙ ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ ｒｅｇｉｏｎ）と接触し得るアミノ酸残基を評価するために、抗体のＣＤＲ露出部分を模した大きさの球体（半径７．２Å）をヘマグルチニン３量体上で接触させる分子シミュレーションを行い、各アミノ酸残基における露出面積比を算出することにより、前記抗原に対する抗体が結合し易い部位の評価を行った。
以下では、本発明者らが実施したヘマグルチニン（ＨＡ）３量体における露出面積比の解析及び算出の詳細について、説明する。
更に、本発明者らは、抗原におけるエピトープ部位への抗体の近づきやすさ（ａｃｃｅｓｓｉｂｉｌｉｙ）の観点から、抗体の相補性決定領域（ＣＤＲ，ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｉｔｙ ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ ｒｅｇｉｏｎ）と接触し得るアミノ酸残基を評価するために、抗体のＣＤＲ露出部分を模した大きさの球体（半径７．２Å）をヘマグルチニン３量体上で接触させる分子シミュレーションを行い、各アミノ酸残基における露出面積比を算出することにより、前記抗原に対する抗体が結合し易い部位の評価を行った。
以下では、本発明者らが実施したヘマグルチニン（ＨＡ）３量体における露出面積比の解析及び算出の詳細について、説明する。
【0038】
＜＜露出面積比の算出方法＞＞
ＭＤ解析に一般的に使われる溶媒露出面積（ＳＡＳＡ：Ｓｏｌｖｅｎｔ Ａｃｃｅｓｓｉｂｌｅ Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｒｅａ）を計算するＧｒｏｍａｃｓのコマンド（ｇｍｘ ｓａｓａ）を用いて、先行文献（Ｏ．Ｃ．Ｇｒａｎｔ ｅｔ ａｌ．Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｒｅｐｏｒｔｓ ｖｏｌｕｍｅ１０，Ａｒｔｉｃｌｅ ｎｕｍｂｅｒ：１４９９１（２０２０））に基づいて溶媒分子の半径に相当する球の半径の１．４Åを抗体のＣＤＲ露出部分の大きさに相当する７．２Åに変更して、抗体がアクセス可能な露出面積（ＡＳＡ：Ａｃｃｅｓｓｉｂｌｅ Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｒｅａ）をアミノ酸残基毎に算出した。
ＭＤ解析に一般的に使われる溶媒露出面積（ＳＡＳＡ：Ｓｏｌｖｅｎｔ Ａｃｃｅｓｓｉｂｌｅ Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｒｅａ）を計算するＧｒｏｍａｃｓのコマンド（ｇｍｘ ｓａｓａ）を用いて、先行文献（Ｏ．Ｃ．Ｇｒａｎｔ ｅｔ ａｌ．Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｒｅｐｏｒｔｓ ｖｏｌｕｍｅ１０，Ａｒｔｉｃｌｅ ｎｕｍｂｅｒ：１４９９１（２０２０））に基づいて溶媒分子の半径に相当する球の半径の１．４Åを抗体のＣＤＲ露出部分の大きさに相当する７．２Åに変更して、抗体がアクセス可能な露出面積（ＡＳＡ：Ａｃｃｅｓｓｉｂｌｅ Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｒｅａ）をアミノ酸残基毎に算出した。
【0039】
得られたアミノ酸残基Ｘの露出面積（ＡＳＡ）をアミノ酸残基Ｘの最大溶媒露出面積で割って露出面積比（ｒＡＳＡ：ｒｅｌａｔｉｖｅ Ａｃｃｅｓｓｉｂｌｅ Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｒｅａ）を算出し、１００％以上と算出されたものは１００％とした。
ここで、前記アミノ酸残基Ｘの最大溶媒露出面積は、先行文献（Ｍ．Ｚ．Ｔｉｅｎ ｅｔ ａｌ．ＰＬｏＳ Ｏｎｅ．２０１３；８（１１）：ｅ８０６３５．）に基づくものであり、アミノ酸残基Ｘを中心に有するトリペプチド（ＧＬＹ－Ｘ－ＧＬＹ）がＥｘｔｅｎｄｅｄ構造をとったときのアミノ酸残基Ｘの溶媒露出面積である。
ここで、前記アミノ酸残基Ｘの最大溶媒露出面積は、先行文献（Ｍ．Ｚ．Ｔｉｅｎ ｅｔ ａｌ．ＰＬｏＳ Ｏｎｅ．２０１３；８（１１）：ｅ８０６３５．）に基づくものであり、アミノ酸残基Ｘを中心に有するトリペプチド（ＧＬＹ－Ｘ－ＧＬＹ）がＥｘｔｅｎｄｅｄ構造をとったときのアミノ酸残基Ｘの溶媒露出面積である。
【0040】
＜＜露出面積比の解析＞＞
以上の手順により、Ｔ＝３００［Ｋ］のＮＰＴ（Ｎ：粒子、Ｐ：圧力、Ｔ：温度一定）条件下で、Δｔ＝２ （ｆｓ）、１５０，０００，０００ （ｓｔｅｐ））の計３００ｎｓのＭＤ計算を実施し、５０ｐｓ（２５，０００ｓｔｅｐ）毎に保存した平衡状態（１８０ｎｓ～３００ｎｓ）の構造（２，４００構造）をピックアップして、時間軸に沿ってアミノ酸残基毎の表面露出面積（ＡＳＡ）を算出し、平均の表面露出面積を算出した。
次いで、各アミノ酸残基において算出された表面露出面積をそのアミノ酸残基に固有の最大溶媒露出面積で割ることにより、露出面積比（ｒＡＳＡ）を算出した。
図８に、ヘマグルチニン３量体における各アミノ酸残基の表面露出比（ｒＡＳＡ）を解析した結果を示す。
露出面積比（ｒＡＳＡ）の解析により、同一タンパク質内のアミノ酸残基間で相対的な露出度合いを評価できることを見出した。
したがって、抗原におけるエピトープ部位におけるアミノ酸残基毎のゆらぎの情報に加えて、抗原に対する抗体が結合し易いエピトープ部位の指標となる各アミノ酸残基の表面露出比（ｒＡＳＡ）の情報に基づき、変異し難く、かつ抗体が結合し易いエピトープ部位を高精度で予測及び同定することができること、及び予測した難変異エピトープ部位が、広域スペクトル中和抗体の作製及び選抜や、ウイルスの変異に影響されにくいワクチンなどのエピトープ部位として優れて利用可能であることを見出した。
以上の手順により、Ｔ＝３００［Ｋ］のＮＰＴ（Ｎ：粒子、Ｐ：圧力、Ｔ：温度一定）条件下で、Δｔ＝２ （ｆｓ）、１５０，０００，０００ （ｓｔｅｐ））の計３００ｎｓのＭＤ計算を実施し、５０ｐｓ（２５，０００ｓｔｅｐ）毎に保存した平衡状態（１８０ｎｓ～３００ｎｓ）の構造（２，４００構造）をピックアップして、時間軸に沿ってアミノ酸残基毎の表面露出面積（ＡＳＡ）を算出し、平均の表面露出面積を算出した。
次いで、各アミノ酸残基において算出された表面露出面積をそのアミノ酸残基に固有の最大溶媒露出面積で割ることにより、露出面積比（ｒＡＳＡ）を算出した。
図８に、ヘマグルチニン３量体における各アミノ酸残基の表面露出比（ｒＡＳＡ）を解析した結果を示す。
露出面積比（ｒＡＳＡ）の解析により、同一タンパク質内のアミノ酸残基間で相対的な露出度合いを評価できることを見出した。
したがって、抗原におけるエピトープ部位におけるアミノ酸残基毎のゆらぎの情報に加えて、抗原に対する抗体が結合し易いエピトープ部位の指標となる各アミノ酸残基の表面露出比（ｒＡＳＡ）の情報に基づき、変異し難く、かつ抗体が結合し易いエピトープ部位を高精度で予測及び同定することができること、及び予測した難変異エピトープ部位が、広域スペクトル中和抗体の作製及び選抜や、ウイルスの変異に影響されにくいワクチンなどのエピトープ部位として優れて利用可能であることを見出した。
【0041】
＜難変異エピトープ部位の予測、及び抗体のスクリーニング＞
本発明者らは、抗原のエピトープ部位におけるアミノ酸残基毎のゆらぎの情報に基づき、結合能がウイルスの変異に影響されにくい広域スペクトル中和抗体のための難変異エピトープ部位を高精度で予測及び同定することができること、及び広域スペクトル中和抗体を高精度で選抜することができることを評価するため、まず、ヒト由来インフルエンザウイルスＡ型に対して広域性を持つことが報告されているヘマグルチニンに対する広域スペクトル中和抗体（ＣＲ６２６１）のエピトープ（Ｄ．Ｃ．Ｅｋｉｅｒｔ ｅｔ ａｌ．，Ｓｃｉｅｎｃｅ ２００９，１０ ＡＰＲＩＬ Ｖｏｌ ３２４ ２４６－２５１）との比較検討及び評価を行った。
次いで、分子動力学計算によるＤｒｙ解析にて得られた中和抗体選抜指標として、各アミノ酸残基の変異蓄積率、ゆらぎ（残基ＲＭＳＦ）、及び表面露出比（ｒＡＳＡ）の情報に基づき、広域スペクトル中和抗体（ＣＲ６２６１）のエピトープの評価を行った。
本発明者らは、抗原のエピトープ部位におけるアミノ酸残基毎のゆらぎの情報に基づき、結合能がウイルスの変異に影響されにくい広域スペクトル中和抗体のための難変異エピトープ部位を高精度で予測及び同定することができること、及び広域スペクトル中和抗体を高精度で選抜することができることを評価するため、まず、ヒト由来インフルエンザウイルスＡ型に対して広域性を持つことが報告されているヘマグルチニンに対する広域スペクトル中和抗体（ＣＲ６２６１）のエピトープ（Ｄ．Ｃ．Ｅｋｉｅｒｔ ｅｔ ａｌ．，Ｓｃｉｅｎｃｅ ２００９，１０ ＡＰＲＩＬ Ｖｏｌ ３２４ ２４６－２５１）との比較検討及び評価を行った。
次いで、分子動力学計算によるＤｒｙ解析にて得られた中和抗体選抜指標として、各アミノ酸残基の変異蓄積率、ゆらぎ（残基ＲＭＳＦ）、及び表面露出比（ｒＡＳＡ）の情報に基づき、広域スペクトル中和抗体（ＣＲ６２６１）のエピトープの評価を行った。
【0042】
＜＜ヘマグルチニンの広域スペクトル中和抗体（ＣＲ６２６１）＞＞
広域スペクトル中和抗体（ＣＲ６２６１）は、他に報告されている抗ヘマグルチニン抗体とは異なりＨＡ２（３４５－５６６）領域をエピトープとしており、エピトープはＨｅｌｉｘ Ａにおける３８５，３８６，３８９，３９０，３９２，３９３，３９６，３９７，３９９，４００，及び４０１番目のアミノ酸残基である（図９Ａ～Ｃ）。
広域スペクトル中和抗体（ＣＲ６２６１）は、様々な型（Ｈ１，２，５，６，８，９）のインフルエンザを中和することが報告されている。
図９Ａは、広域スペクトル中和抗体（ＣＲ６２６１）を含む複数の抗ヘマグルチニン中和抗体（ＨＣ１９，ＨＣ４５，ＨＣ６３，ＢＨ１５１）とヘマグルチニンの複合体構造を示す模式図である。図９Ａ中、「ＣＲ６２６１」は、広域スペクトル中和抗体（ＣＲ６２６１）である。
図９Ｂは、広域スペクトル中和抗体（ＣＲ６２６１）とエピトープとの結合部位を示す模式図である。ヘマグルチニンにおけるエピトープＨｅｌｉｘ Ａ（３８５－４０１）と、ＣＲ６２６１における抗原を認識する可変領域の重鎖（Ｖｈ）及び軽鎖（Ｖｌ）との結合部位を示す。
図９Ｃは、ヘマグルチニンにおけるエピトープＨｅｌｉｘ Ａのエピトープの構造、及び様々な型のインフルエンザウイルス間での配列保存度を示す模式図である。図中の括弧内の数値は、各アミノ酸残基における配列相同性（Ｓｅｑ．ＩＤ；％）を示す。
ＨＡのＨｅｌｉｘ Ａの配列は様々な型のインフルエンザにおいてよく保存されている（ｓｅｑ．ＩＤ＞～９０％）。
広域スペクトル中和抗体（ＣＲ６２６１）は、他に報告されている抗ヘマグルチニン抗体とは異なりＨＡ２（３４５－５６６）領域をエピトープとしており、エピトープはＨｅｌｉｘ Ａにおける３８５，３８６，３８９，３９０，３９２，３９３，３９６，３９７，３９９，４００，及び４０１番目のアミノ酸残基である（図９Ａ～Ｃ）。
広域スペクトル中和抗体（ＣＲ６２６１）は、様々な型（Ｈ１，２，５，６，８，９）のインフルエンザを中和することが報告されている。
図９Ａは、広域スペクトル中和抗体（ＣＲ６２６１）を含む複数の抗ヘマグルチニン中和抗体（ＨＣ１９，ＨＣ４５，ＨＣ６３，ＢＨ１５１）とヘマグルチニンの複合体構造を示す模式図である。図９Ａ中、「ＣＲ６２６１」は、広域スペクトル中和抗体（ＣＲ６２６１）である。
図９Ｂは、広域スペクトル中和抗体（ＣＲ６２６１）とエピトープとの結合部位を示す模式図である。ヘマグルチニンにおけるエピトープＨｅｌｉｘ Ａ（３８５－４０１）と、ＣＲ６２６１における抗原を認識する可変領域の重鎖（Ｖｈ）及び軽鎖（Ｖｌ）との結合部位を示す。
図９Ｃは、ヘマグルチニンにおけるエピトープＨｅｌｉｘ Ａのエピトープの構造、及び様々な型のインフルエンザウイルス間での配列保存度を示す模式図である。図中の括弧内の数値は、各アミノ酸残基における配列相同性（Ｓｅｑ．ＩＤ；％）を示す。
ＨＡのＨｅｌｉｘ Ａの配列は様々な型のインフルエンザにおいてよく保存されている（ｓｅｑ．ＩＤ＞～９０％）。
【0043】
＜＜ヘマグルチニンの広域スペクトル中和抗体（ＣＲ６２６１）のエピトープの評価＞＞
図１０～１２に、広域スペクトル中和抗体（ＣＲ６２６１）のエピトープＨｅｌｉｘ Ａ（３８５－４０１）における変異蓄積率、ゆらぎ（残基ＲＭＳＦ）、及び表面露出比（ｒＡＳＡ）をそれぞれ示す。図１０～１２中、エピトープ部分（３８５，３８６，３８９，３９０，３９２，３９３，３９６，３９７，３９９，４００，及び４０１番目のアミノ酸残基）を黒色の四角形で示し、それ以外のアミノ酸残基を灰色の丸で示す。
図１０の変異蓄積率の評価結果から、エピトープの多く（７／１１：３８５，３８６，３８９，３９０，３９２，３９７，及び４００番目のアミノ酸残基）がよく保存されていることが分かった。
図１１のゆらぎ（残基ＲＭＳＦ）の評価結果から、エピトープ部分（３８５，３８６，３８９，３９０，３９２，３９３，３９６，３９７，３９９，４００，及び４０１番目のアミノ酸残基）のゆらぎは小さいことが確認でき、いずれも１．２［Å］以下であることが分かった。また、３８５番目～４０１番目の一連のアミノ酸残基群の平均ゆらぎは、０．９１［Å］以下であった。
図１２の表面露出比（ｒＡＳＡ）の評価結果から、エピトープの多く（９／１１：３８５，３８６，３８９，３９０，３９３，３９６，３９７，４００，及び４０１番目のアミノ酸残基）はヘマグルチニンタンパク質の表面に露出し（ｒＡＳＡ≠０．０）、抗体がアクセス可能であることが分かった。
図１０～１２に、広域スペクトル中和抗体（ＣＲ６２６１）のエピトープＨｅｌｉｘ Ａ（３８５－４０１）における変異蓄積率、ゆらぎ（残基ＲＭＳＦ）、及び表面露出比（ｒＡＳＡ）をそれぞれ示す。図１０～１２中、エピトープ部分（３８５，３８６，３８９，３９０，３９２，３９３，３９６，３９７，３９９，４００，及び４０１番目のアミノ酸残基）を黒色の四角形で示し、それ以外のアミノ酸残基を灰色の丸で示す。
図１０の変異蓄積率の評価結果から、エピトープの多く（７／１１：３８５，３８６，３８９，３９０，３９２，３９７，及び４００番目のアミノ酸残基）がよく保存されていることが分かった。
図１１のゆらぎ（残基ＲＭＳＦ）の評価結果から、エピトープ部分（３８５，３８６，３８９，３９０，３９２，３９３，３９６，３９７，３９９，４００，及び４０１番目のアミノ酸残基）のゆらぎは小さいことが確認でき、いずれも１．２［Å］以下であることが分かった。また、３８５番目～４０１番目の一連のアミノ酸残基群の平均ゆらぎは、０．９１［Å］以下であった。
図１２の表面露出比（ｒＡＳＡ）の評価結果から、エピトープの多く（９／１１：３８５，３８６，３８９，３９０，３９３，３９６，３９７，４００，及び４０１番目のアミノ酸残基）はヘマグルチニンタンパク質の表面に露出し（ｒＡＳＡ≠０．０）、抗体がアクセス可能であることが分かった。
【0044】
これらの結果から、ヘマグルチニンの広域スペクトル中和抗体（ＣＲ６２６１）のエピトープであるアミノ酸残基の多くは、ゆらぎが小さい、変異蓄積率が小さい、抗体がアクセス可能な表面に露出しているという特徴を持つことが分かった。
上述の通り、ＣＲ６２６１は、様々な型（Ｈ１，２，５，６，８，９）のインフルエンザを中和することが報告され、変異体が生じやすいウイルスに対して結合能がウイルスの変異に影響されにくい広域スペクトル中和抗体であるため、本発明者らは、上記の知見に基づいて、抗原におけるエピトープ部位におけるアミノ酸残基毎のゆらぎの情報を解析することにより、エピトープ部位における変異し難い部位（難変異エピトープ部位）を高精度で予測できること、及び難変異エピトープ部位が、広域スペクトル中和抗体の作製及び選抜に優れて利用可能であることを想到し、本発明を完成させるに至ったものである。
上述の通り、ＣＲ６２６１は、様々な型（Ｈ１，２，５，６，８，９）のインフルエンザを中和することが報告され、変異体が生じやすいウイルスに対して結合能がウイルスの変異に影響されにくい広域スペクトル中和抗体であるため、本発明者らは、上記の知見に基づいて、抗原におけるエピトープ部位におけるアミノ酸残基毎のゆらぎの情報を解析することにより、エピトープ部位における変異し難い部位（難変異エピトープ部位）を高精度で予測できること、及び難変異エピトープ部位が、広域スペクトル中和抗体の作製及び選抜に優れて利用可能であることを想到し、本発明を完成させるに至ったものである。
【0045】
（難変異エピトープ部位の予測装置）
すなわち、本発明の難変異エピトープ部位の予測装置は、抗原における難変異エピトープ部位を予測する装置であって、抗原におけるエピトープ部位におけるアミノ酸残基毎のゆらぎの情報に基づき、前記ゆらぎが所定値以下である前記アミノ酸残基を、前記エピトープ部位における変異し難い部位であると予測する予測手段を有し、更に必要に応じて、その他の手段を有する。
すなわち、本発明の難変異エピトープ部位の予測装置は、抗原における難変異エピトープ部位を予測する装置であって、抗原におけるエピトープ部位におけるアミノ酸残基毎のゆらぎの情報に基づき、前記ゆらぎが所定値以下である前記アミノ酸残基を、前記エピトープ部位における変異し難い部位であると予測する予測手段を有し、更に必要に応じて、その他の手段を有する。
【0046】
以下、本発明の難変異エピトープ部位の予測装置について、更に詳細に説明する。
【0047】
＜抗原＞
探索対象としての抗原としては、アミノ酸がペプチド結合したペプチド乃至タンパク質であれば特に制限はなく、目的に応じて公知乃至新規の抗原を適宜選択することができ、例えば、病原体の表面タンパク質などが挙げられる。また、抗原としては、タンパク質全体であってもよく、サブユニット、サブドメイン、任意のペプチド部分などのタンパク質の一部であってもよい。
前記病原体としては、例えば、インフルエンザＡ型ウイルス等のインフルエンザウイルス；ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２等のヒトコロナウイルスなどが挙げられる。
表面タンパク質としては、例えば、インフルエンザウイルス等におけるヘマグルチニン、ノイラミニダーゼ等；コロナウイルス等におけるスパイクタンパク質などが挙げられる。これらの中でも、インフルエンザウイルスにおけるヘマグルチニンが好ましい。
探索対象としての抗原としては、アミノ酸がペプチド結合したペプチド乃至タンパク質であれば特に制限はなく、目的に応じて公知乃至新規の抗原を適宜選択することができ、例えば、病原体の表面タンパク質などが挙げられる。また、抗原としては、タンパク質全体であってもよく、サブユニット、サブドメイン、任意のペプチド部分などのタンパク質の一部であってもよい。
前記病原体としては、例えば、インフルエンザＡ型ウイルス等のインフルエンザウイルス；ＳＡＲＳ－ＣｏＶ－２等のヒトコロナウイルスなどが挙げられる。
表面タンパク質としては、例えば、インフルエンザウイルス等におけるヘマグルチニン、ノイラミニダーゼ等；コロナウイルス等におけるスパイクタンパク質などが挙げられる。これらの中でも、インフルエンザウイルスにおけるヘマグルチニンが好ましい。
【0048】
＜エピトープ部位＞
予測対象であるエピトープ部位としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、単一のアミノ酸残基であってもよく、複数のアミノ酸残基であってもよく、連続するアミノ酸残基群における単一乃至複数のアミノ酸残基であってもよい。複数のアミノ酸残基としては、非連続であってもよく、連続していてもよい。
これらの中でも、連続するアミノ酸残基群であることが好ましい。
連続するアミノ酸残基群におけるアミノ酸残基数としては、エピトープ部位として抗体に認識され得るものであれば、特に制限はなく目的に応じて適宜選択することができるが、５残基以上３００残基以下が好ましく、８残基以上２００残基以下がより好ましく、１０残基以上１００残基以下が更に好ましい。
予測対象であるエピトープ部位としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、単一のアミノ酸残基であってもよく、複数のアミノ酸残基であってもよく、連続するアミノ酸残基群における単一乃至複数のアミノ酸残基であってもよい。複数のアミノ酸残基としては、非連続であってもよく、連続していてもよい。
これらの中でも、連続するアミノ酸残基群であることが好ましい。
連続するアミノ酸残基群におけるアミノ酸残基数としては、エピトープ部位として抗体に認識され得るものであれば、特に制限はなく目的に応じて適宜選択することができるが、５残基以上３００残基以下が好ましく、８残基以上２００残基以下がより好ましく、１０残基以上１００残基以下が更に好ましい。
【0049】
＜分子動力学計算＞
本発明においては、探索対象としての抗原についての分子動力学計算に基づいて、後述する抗原におけるエピトープ部位におけるアミノ酸残基毎のゆらぎ、及び表面露出面積比を算出することが好ましい。本発明においては、例えば、水中、絶対温度３００Ｋ（ケルビン）の条件下で、シミュレーション時間を３００ｎｓとして実行した分子動力学計算に基づいて、１８０ｎｓから３００ｎｓのトラジェクトリ（原子の運動についての軌跡のデータ）を抽出し、平衡化された状態の抗原タンパク質におけるアミノ酸残基毎のゆらぎを算出することが好ましい。
分子動力学計算の手法については、上記の＜分子動力学計算の計算例＞で説明した手法を、適宜目的に応じて用いることができるが、これに限られるものではない。
以下では、分子動力学計算の詳細について説明する。
本発明においては、探索対象としての抗原についての分子動力学計算に基づいて、後述する抗原におけるエピトープ部位におけるアミノ酸残基毎のゆらぎ、及び表面露出面積比を算出することが好ましい。本発明においては、例えば、水中、絶対温度３００Ｋ（ケルビン）の条件下で、シミュレーション時間を３００ｎｓとして実行した分子動力学計算に基づいて、１８０ｎｓから３００ｎｓのトラジェクトリ（原子の運動についての軌跡のデータ）を抽出し、平衡化された状態の抗原タンパク質におけるアミノ酸残基毎のゆらぎを算出することが好ましい。
分子動力学計算の手法については、上記の＜分子動力学計算の計算例＞で説明した手法を、適宜目的に応じて用いることができるが、これに限られるものではない。
以下では、分子動力学計算の詳細について説明する。
【0050】
ペプチド乃至タンパク質を構成する原子は、例えば溶液中で静止しているわけではなく、少しずつ位置を変えている。このような原子の動きを計算機（コンピュータ）の中で再現するために使用されるのが分子動力学法（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｄｙｎａｍｉｃｓ；ＭＤ）である。
【0051】
分子動力学法では、まず、計算対象とする分子の初期構造を作成する。本発明においては、例えば、公知の抗原タンパク質を計算対象とする場合には、タンパク質立体構造データベース（例えば、Ｐｒｏｔｅｉｎ Ｄａｔａ Ｂａｎｋ）から入手して利用することができる。
【0052】
抗原タンパク質の初期構造を作成した後、安定な分子シミュレーションを実施するために、十分大きなボックス（セル）サイズを設定し、周りに溶媒分子（例えば、水分子）を配置し、セル内の環境が生理的な溶液状態で中性になるようにＮａ＋イオン、Ｃｌ－イオンを挿入し、周期的境界条件下で、それぞれの原子に働く力を計算する。それぞれの原子に働く力（エネルギー）としては、結合の伸縮エネルギー、結合角の変角エネルギー、ねじれ（トーション）エネルギー、ファンデルワールス相互作用エネルギー、静電相互作用エネルギー、水素結合エネルギーなどが挙げられる。なお、分子を構成する全ての原子に働く力の総和が「ポテンシャルエネルギー」となる。
【0053】
次に、分子動力学法では、その力を受けた原子がどのように運動するかを、ニュートンの運動方程式に基づいて計算する。これにより、最初の配置から短い刻み時間の後における、原子の位置の変化を計算することができる。
続いて、分子動力学法では、変化後の原子の位置を新たな起点として、同様の計算を再び行う。非常に短い時間の刻みでこれを繰り返すと、原子が徐々に動く様子が再現できる。このように、分子動力学法においては、（ｉ）原子の位置の決定、（ｉｉ）原子に働く力の計算、（ｉｉｉ）原子の動きの計算、という（ｉ）～（ｉｉｉ）を計算機で繰り返し、時間の経過に伴って変化する物理量や立体構造を任意に抽出し、抽出したデータに基づいて統計処理や、立体構造の画像を表示するなどして、生体分子や化合物の構造、物性を解析する。
続いて、分子動力学法では、変化後の原子の位置を新たな起点として、同様の計算を再び行う。非常に短い時間の刻みでこれを繰り返すと、原子が徐々に動く様子が再現できる。このように、分子動力学法においては、（ｉ）原子の位置の決定、（ｉｉ）原子に働く力の計算、（ｉｉｉ）原子の動きの計算、という（ｉ）～（ｉｉｉ）を計算機で繰り返し、時間の経過に伴って変化する物理量や立体構造を任意に抽出し、抽出したデータに基づいて統計処理や、立体構造の画像を表示するなどして、生体分子や化合物の構造、物性を解析する。
【0054】
ここで、安定な分子シミュレーションを実施するためには、溶媒分子の構造緩和が必要である。このため、セルサイズを固定したまま、ペプチドを構成する重原子（水素以外の原子）に位置拘束をかけた粒子数、体積、温度一定の分子動力学計算（以下では、ＮＶＴ計算と称することがある）を行って溶媒分子の構造緩和を行った後、圧力が一定になるようにセルサイズを適宜調整しながら、粒子数、温度一定の分子動力学計算（以下では、ＮＰＴ計算と称することがある）を行った。
その後、長時間（３００ｎｓ）のＮＰＴ計算を実施することにより、安定な分子シミュレーションを継続して行うことができる。
その後、長時間（３００ｎｓ）のＮＰＴ計算を実施することにより、安定な分子シミュレーションを継続して行うことができる。
【0055】
本発明における分子動力学法の「シミュレーション時間」とは、ニュートンの運動方程式に基づいて短い刻みの時間での原子の位置の変化を繰り返し計算することにより、分子の構造変化を再現した時間を意味する。
また、上記の短い刻みの時間は、０．１ｆｓ（フェムト秒）以上１０ｆｓ以下であることが好ましく、０．５ｆｓ以上２．０ｆｓ以下であることがより好ましい。なお、短い刻みの時間を「ステップ時間」又は「時間刻み幅」と称することがある。本発明では、特段の断りが無い限り、ステップ時間は２．０ｆｓとする。
ここで、ステップ時間での原子の位置の変化を繰り返し計算する際における繰り返し回数を「ループ回数」とすると、シミュレーション時間は、ステップ時間とループ回数の積で表される。本発明においては、平衡化された状態の抗原タンパク質におけるアミノ酸残基毎のゆらぎを算出するため、例えば、シミュレーション時間を１００ｎｓ以上とすることが好ましいが、これに限定されるものではない。
また、上記の短い刻みの時間は、０．１ｆｓ（フェムト秒）以上１０ｆｓ以下であることが好ましく、０．５ｆｓ以上２．０ｆｓ以下であることがより好ましい。なお、短い刻みの時間を「ステップ時間」又は「時間刻み幅」と称することがある。本発明では、特段の断りが無い限り、ステップ時間は２．０ｆｓとする。
ここで、ステップ時間での原子の位置の変化を繰り返し計算する際における繰り返し回数を「ループ回数」とすると、シミュレーション時間は、ステップ時間とループ回数の積で表される。本発明においては、平衡化された状態の抗原タンパク質におけるアミノ酸残基毎のゆらぎを算出するため、例えば、シミュレーション時間を１００ｎｓ以上とすることが好ましいが、これに限定されるものではない。
【0056】
ペプチド乃至タンパク質の分子中に存在する各原子が、どのような力を受けているのかを関数として数式化したものが分子力場である。分子力場に基づく分子力学計算や分子動力学計算では、原子間に働く力を、原子間の結合を表すパラメータ（結合距離や結合角など）を変数とし、原子の種類や結合様式によって決まるポテンシャル関数で数値として表す。
本発明に用いることができる分子力場としては、特に制限なく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、Ａｍｂｅｒ系の分子力場、ＣＨＡＲＭｍ系の分子力場、ＯＰＬＳ系の分子力場などが挙げられる。Ａｍｂｅｒ系の分子力場としては、例えば、Ａｍｂｅｒ ｆｆ９９ＳＢ－ＩＬＤＮ、Ａｍｂｅｒ １２ＳＢなどが挙げられる。ＣＨＡＲＭｍ系の分子力場としては、例えば、ＣＨＡＲＭｍ３６などが挙げられる。
本発明に用いることができる分子力場としては、特に制限なく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、Ａｍｂｅｒ系の分子力場、ＣＨＡＲＭｍ系の分子力場、ＯＰＬＳ系の分子力場などが挙げられる。Ａｍｂｅｒ系の分子力場としては、例えば、Ａｍｂｅｒ ｆｆ９９ＳＢ－ＩＬＤＮ、Ａｍｂｅｒ １２ＳＢなどが挙げられる。ＣＨＡＲＭｍ系の分子力場としては、例えば、ＣＨＡＲＭｍ３６などが挙げられる。
【0057】
また、どのエネルギー項を計算に取り入れるかの選択も、特に限定はされない。また、計算の効率を考慮して、原子間の距離が一定以上であれば静電相互作用などを計算しない方法であるカットオフ法と呼ばれる手法を導入してもよい。
【0058】
分子動力学計算を行うことができるプログラムとしては、ＡＭＢＥＲ（ｈｔｔｐ：／／ａｍｂｅｒｍｄ．ｏｒｇ／）、ＣＨＡＲＭＭ（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｈａｒｍｍ．ｏｒｇ／ｃｈａｒｍｍ／）、ＮＡＭＤ（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｋｓ．ｕｉｕｃ．ｅｄｕ／Ｒｅｓｅａｒｃｈ／ｎａｍｄ／）、ＧＲＯＭＡＣＳ（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｇｒｏｍａｃｓ．ｏｒｇ／）、ＭｙＰｒｅｓｔｏ（ｈｔｔｐ：／／ｐｒｅｓｔｏ．ｐｒｏｔｅｉｎ．ｏｓａｋａ－ｕ．ａｃ．ｊｐ／ｍｙＰｒｅｓｔｏ４／）などが挙げられる。
【0059】
分子動力学計算は、２８０Ｋ（ケルビン）以上３２０Ｋ以下程度の設定温度下で行うことが一般的であり、本発明においては、例えば、３００Ｋとすることが好ましい。
【0060】
また、分子動力学計算においては、溶媒効果を考慮することが好ましく、溶媒分子（例えば、水分子）をタンパク質と同じ様に、１個１個の分子として取り扱う系で計算することが好ましい。本発明においては、抗原タンパク質の周りに、水分子を十分な数配置した。水分子のモデルとしては、例えば、ＴＩＰ３Ｐモデルなどを用いることができる。
【0061】
＜エピトープ部位における変異し難い部位の予測＞
本発明において、予測手段とは、抗原におけるエピトープ部位におけるアミノ酸残基毎のゆらぎの情報に基づき、前記ゆらぎが所定値以下である前記アミノ酸残基を、前記エピトープ部位における変異し難い部位であると予測する手段である。
エピトープ部位における連続するアミノ酸残基群を更なる探索対象とする態様においては、前記エピトープ部位における連続するアミノ酸残基群の平均ゆらぎの情報に基づき、前記平均ゆらぎが所定値以下である前記アミノ酸残基群を、前記エピトープ部位における変異し難い部位であると予測する手段であることが好ましい。
本発明において、予測手段とは、抗原におけるエピトープ部位におけるアミノ酸残基毎のゆらぎの情報に基づき、前記ゆらぎが所定値以下である前記アミノ酸残基を、前記エピトープ部位における変異し難い部位であると予測する手段である。
エピトープ部位における連続するアミノ酸残基群を更なる探索対象とする態様においては、前記エピトープ部位における連続するアミノ酸残基群の平均ゆらぎの情報に基づき、前記平均ゆらぎが所定値以下である前記アミノ酸残基群を、前記エピトープ部位における変異し難い部位であると予測する手段であることが好ましい。
【0062】
＜ゆらぎ＞
ここで、アミノ酸残基のゆらぎ、又はゆらぎの大きさ（ＲＭＳＦ，ｒｏｏｔ－ｍｅａｎ－ｓｑｕａｒｅ－ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ）とは、各アミノ酸残基位置の平均位置からのずれの大きさの時間平均に相当する。
ここで、アミノ酸残基のゆらぎ、又はゆらぎの大きさ（ＲＭＳＦ，ｒｏｏｔ－ｍｅａｎ－ｓｑｕａｒｅ－ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ）とは、各アミノ酸残基位置の平均位置からのずれの大きさの時間平均に相当する。
【0063】
エピトープ部位における変異し難い部位の予測の判断基準となる、ゆらぎの情報としては、分子動力学計算で得られた算出値であることが好ましく、分子力学的に平衡化された状態の抗原の構造のデータを用いて解析を行う点で、平衡状態に達してから一定時間経過する間の抽出時間（例えば、シミュレーション開始からの経過時間として１８０ｎｓから３００ｎｓ）のトラジェクトリに基づき算出することがより好ましい。
平衡状態に達する時間としては、シミュレーション開始からの経過時間として、例えば、１００ｎｓ以上が好ましく、１５０ｎｓがより好ましく、１８０ｎｓが更に好ましい。
抽出時間としては、平衡状態に達してからの時間として、５０ｎｓ間以上が好ましく、１００ｎｓ間がより好ましく、１２０ｎｓ間が更に好ましい。
平衡状態に達する時間としては、シミュレーション開始からの経過時間として、例えば、１００ｎｓ以上が好ましく、１５０ｎｓがより好ましく、１８０ｎｓが更に好ましい。
抽出時間としては、平衡状態に達してからの時間として、５０ｎｓ間以上が好ましく、１００ｎｓ間がより好ましく、１２０ｎｓ間が更に好ましい。
【0064】
ゆらぎの算出方法としては、例えば、抽出したトラジェクトリを、「ＭＤＴｒａｊ」などのＭＤトラジェクトリ解析のライブラリを用いて、アミノ酸残基毎に抽出時間における平均位置からのずれの大きさを算出し、アミノ酸残基毎のゆらぎ（残基ＲＭＳＦ）とすることができる。
抗原におけるｘ番目のアミノ酸残基におけるゆらぎを示すｒｍｓｆｘは、下記式（２）により算出することができ、単位は［Å］である。
ｒｍｓｆｘ＝√（１／ＮΣ（ｒｘｊ－＜ｒｘｊ＞）２） ・・・式（２）
式（２）中、Ｎは、抽出時間の間でサンプリングされた構造数ｎを示し、ｊは、１～ｎの整数を示し、ｒｘｊは、抽出時刻ｊのときのｘ番目のアミノ酸残基の位置ベクトルを示し、＜ｒｘｊ＞は、ｘ番目の残基の位置ベクトルの抽出時間平均を示す。
抗原におけるｘ番目のアミノ酸残基におけるゆらぎを示すｒｍｓｆｘは、下記式（２）により算出することができ、単位は［Å］である。
ｒｍｓｆｘ＝√（１／ＮΣ（ｒｘｊ－＜ｒｘｊ＞）２） ・・・式（２）
式（２）中、Ｎは、抽出時間の間でサンプリングされた構造数ｎを示し、ｊは、１～ｎの整数を示し、ｒｘｊは、抽出時刻ｊのときのｘ番目のアミノ酸残基の位置ベクトルを示し、＜ｒｘｊ＞は、ｘ番目の残基の位置ベクトルの抽出時間平均を示す。
【0065】
エピトープ部位における変異し難い部位の予測の判断基準となる、ゆらぎの所定値としては、探索対象となる抗原の特性に応じて適宜選択することができるが、１．３Åが好ましく、１．２Åがより好ましく、１．１Åが更に好ましく、１．０Åが特に好ましい。例えば、インフルエンザウイルスのヘマグルチニンにおいては、１．２Åが好ましく、１．１Åがより好ましく、１．０Åが更に好ましい。
ゆらぎが所定値以下である前記アミノ酸残基を、エピトープ部位における変異し難い部位であると予測することができる。
また、エピトープ部位における連続するアミノ酸残基群を更なる探索対象とする態様においては、平均ゆらぎの所定値としては、探索対象となる抗原の特性に応じて適宜選択することができるが、１．２Åが好ましく、１．１Åがより好ましく、１．０Åが更に好ましい。例えば、インフルエンザウイルスのヘマグルチニンにおいては、１．０Åが好ましく、０．９Åがより好ましく、０．８Åが更に好ましい。
平均ゆらぎが所定値以下である前記アミノ酸残基群を、エピトープ部位における変異し難い部位であると予測することができる。
ゆらぎが所定値以下である前記アミノ酸残基を、エピトープ部位における変異し難い部位であると予測することができる。
また、エピトープ部位における連続するアミノ酸残基群を更なる探索対象とする態様においては、平均ゆらぎの所定値としては、探索対象となる抗原の特性に応じて適宜選択することができるが、１．２Åが好ましく、１．１Åがより好ましく、１．０Åが更に好ましい。例えば、インフルエンザウイルスのヘマグルチニンにおいては、１．０Åが好ましく、０．９Åがより好ましく、０．８Åが更に好ましい。
平均ゆらぎが所定値以下である前記アミノ酸残基群を、エピトープ部位における変異し難い部位であると予測することができる。
【0066】
＜抗原に対する抗体が結合し易い部位の予測＞
本発明の一実施形態においては、前記予測手段が、前記変異し難い部位であると予測した前記アミノ酸残基のうち、各前記アミノ酸残基の表面露出面積比の情報に基づき、前記表面露出面積比が所定値以上である前記アミノ酸残基を、前記抗原に対する抗体が結合し易い部位であると予測する手段であってもよい。
これにより、ゆらぎの情報に加えて、アミノ酸残基の表面露出面積比の情報に基づき、変異に対するロバスト性や立体構造的な見地から複合的にエピトープ部位の有望度の順位付けを行うことができ、エピトープ部位における変異し難い部位、かつ抗原に対する抗体が結合し易い部位であるアミノ酸残基を高精度に予測することができる。
なお、抗原に対する抗体が結合し易い部位の予測は、エピトープ部位における変異し難い部位の予測に加えて行ってもよく、これを単独で行ってもよい。
本発明の一実施形態においては、前記予測手段が、前記変異し難い部位であると予測した前記アミノ酸残基のうち、各前記アミノ酸残基の表面露出面積比の情報に基づき、前記表面露出面積比が所定値以上である前記アミノ酸残基を、前記抗原に対する抗体が結合し易い部位であると予測する手段であってもよい。
これにより、ゆらぎの情報に加えて、アミノ酸残基の表面露出面積比の情報に基づき、変異に対するロバスト性や立体構造的な見地から複合的にエピトープ部位の有望度の順位付けを行うことができ、エピトープ部位における変異し難い部位、かつ抗原に対する抗体が結合し易い部位であるアミノ酸残基を高精度に予測することができる。
なお、抗原に対する抗体が結合し易い部位の予測は、エピトープ部位における変異し難い部位の予測に加えて行ってもよく、これを単独で行ってもよい。
【0067】
＜表面露出面積比＞
ここで、抗原におけるｘ番目のアミノ酸残基における表面露出面積比（ｒＡＳＡ：ｒｅｌａｔｉｖｅ Ａｃｃｅｓｓｉｂｌｅ Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｒｅａ）とは、ｘ番目のアミノ酸残基のアミノ酸残基の露出面積（ＡＳＡ：Ａｃｃｅｓｓｉｂｌｅ Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｒｅａ）を前記アミノ酸残基の最大溶媒露出面積で割って算出される値（％）であり、１００％以上と算出されたものは１００％とする。
ここで、抗原におけるｘ番目のアミノ酸残基における表面露出面積比（ｒＡＳＡ：ｒｅｌａｔｉｖｅ Ａｃｃｅｓｓｉｂｌｅ Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｒｅａ）とは、ｘ番目のアミノ酸残基のアミノ酸残基の露出面積（ＡＳＡ：Ａｃｃｅｓｓｉｂｌｅ Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｒｅａ）を前記アミノ酸残基の最大溶媒露出面積で割って算出される値（％）であり、１００％以上と算出されたものは１００％とする。
【0068】
抗原に対する抗体が結合し易い部位の予測の判断基準となる、表面露出面積比の情報としては、分子動力学計算で得られた算出値であることが好ましく、具体的には、上述した＜＜露出面積比の算出方法＞＞において述べたように、ＭＤ解析に一般的に使われる溶媒露出面積（ＳＡＳＡ：Ｓｏｌｖｅｎｔ Ａｃｃｅｓｓｉｂｌｅ Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｒｅａ）の計算手段（例えば、Ｇｒｏｍａｃｓのコマンド、ｇｍｘ ｓａｓａ）を用いて、溶媒分子の半径に相当する球の半径の１．４Åを抗体のＣＤＲ露出部分などの、抗原のエピトープ部位に対する結合対象分子の大きさに相当する半径を有する球体に変更して、抗体などの結合対象分子がアクセス可能な露出面積として、アミノ酸残基毎に露出面積（ＡＳＡ）を算出することができる。
前記アミノ酸残基の露出面積（ＡＳＡ）は、上記の通り算出できる。
前記アミノ酸残基の最大溶媒露出面積は、先行文献（Ｍ．Ｚ．Ｔｉｅｎ ｅｔ ａｌ．ＰＬｏＳ Ｏｎｅ．２０１３；８（１１）：ｅ８０６３５．）に基づくものであり、アミノ酸残基Ｘを中心に有するトリペプチド（ＧＬＹ－Ｘ－ＧＬＹ）がＥｘｔｅｎｄｅｄ構造をとったときのアミノ酸残基Ｘの溶媒露出面積であり、アミノ酸残基の種類に応じた固有の値である。
前記アミノ酸残基の露出面積（ＡＳＡ）は、上記の通り算出できる。
前記アミノ酸残基の最大溶媒露出面積は、先行文献（Ｍ．Ｚ．Ｔｉｅｎ ｅｔ ａｌ．ＰＬｏＳ Ｏｎｅ．２０１３；８（１１）：ｅ８０６３５．）に基づくものであり、アミノ酸残基Ｘを中心に有するトリペプチド（ＧＬＹ－Ｘ－ＧＬＹ）がＥｘｔｅｎｄｅｄ構造をとったときのアミノ酸残基Ｘの溶媒露出面積であり、アミノ酸残基の種類に応じた固有の値である。
【0069】
前記結合対象分子としては、例えば、抗体；ＶＨＨ抗体；ｓｃＦＶ、ｄｉａｂｏｄｙ、Ｆａｂ領域、Ｆ（ａｂ）２領域等の低分子化抗体；ヘリックス・ループ・ヘリックス（ＨＬＨ）構造を有するペプチド等の抗体様分子などが挙げられる。
結合対象分子の大きさに相当する半径を有する球体としては、特に制限はなく、目的とする結合対象分子のサイズや形状に応じて適宜選択することができ、例えば、抗体のＣＤＲ露出部分の大きさに相当する７．２Åの球体などが挙げられる。
結合対象分子の大きさに相当する半径を有する球体としては、特に制限はなく、目的とする結合対象分子のサイズや形状に応じて適宜選択することができ、例えば、抗体のＣＤＲ露出部分の大きさに相当する７．２Åの球体などが挙げられる。
【0070】
抗原に対する抗体が結合し易い部位の予測の判断基準となる、表面露出面積比の所定値としては、探索対象となる抗原の特性に応じて適宜選択することができるが、０％が好ましく、１％、５％、及び１０％のいずれかがより好ましく、２０％が更に好ましい。例えば、インフルエンザウイルスのヘマグルチニンにおいては、０％が好ましく、１％、５％、及び１０％のいずれかがより好ましく、２０％が更に好ましい。
表面露出面積比が所定値以上である前記アミノ酸残基を、抗原に対する抗体が結合し易い部位であると予測することができる。
また、エピトープ部位における連続するアミノ酸残基群を更なる探索対象とする態様においては、平均表面露出面積比の所定値としては、探索対象となる抗原の特性に応じて適宜選択することができるが、０％が好ましく、１％、５％、及び１０％のいずれかがより好ましく、１５％が更に好ましい。例えば、インフルエンザウイルスのヘマグルチニンにおいては、０％が好ましく、１％、５％、及び１０％のいずれかがより好ましく、１５％が更に好ましい。
平均表面露出面積比が所定値以上である前記アミノ酸残基群を、抗原に対する抗体が結合し易い部位であると予測することができる。
表面露出面積比が所定値以上である前記アミノ酸残基を、抗原に対する抗体が結合し易い部位であると予測することができる。
また、エピトープ部位における連続するアミノ酸残基群を更なる探索対象とする態様においては、平均表面露出面積比の所定値としては、探索対象となる抗原の特性に応じて適宜選択することができるが、０％が好ましく、１％、５％、及び１０％のいずれかがより好ましく、１５％が更に好ましい。例えば、インフルエンザウイルスのヘマグルチニンにおいては、０％が好ましく、１％、５％、及び１０％のいずれかがより好ましく、１５％が更に好ましい。
平均表面露出面積比が所定値以上である前記アミノ酸残基群を、抗原に対する抗体が結合し易い部位であると予測することができる。
【0071】
＜その他の手段＞
その他の手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
その他の手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
【0072】
本発明の難変異エピトープ部位の予測装置は、例えば、後述する難変異エピトープ部位の予測プログラムを記録した記録媒体を有するコンピュータとすることができる。本発明の難変異エピトープ部位の予測装置は、例えば、難変異エピトープ部位の予測プログラムを記録した記録媒体から、難変異エピトープ部位の予測プログラムを読み出し、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などの制御装置により、難変異エピトープ部位の予測プログラムを実行するものであってもよい。また、計算の高速化のために、計算の一部をＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）により行うようにしてもよい。
なお、難変異エピトープ部位の予測装置の具体的な構成例などについては後述する。
なお、難変異エピトープ部位の予測装置の具体的な構成例などについては後述する。
【0073】
（難変異エピトープ部位の予測方法）
本発明の難変異エピトープ部位の予測方法は、抗原における難変異エピトープ部位を予測する方法であって、抗原におけるエピトープ部位におけるアミノ酸残基毎のゆらぎの情報に基づき、前記ゆらぎが所定値以下である前記アミノ酸残基を、前記エピトープ部位における変異し難い部位であると予測する予測工程を含み、更に必要に応じて、その他の工程を含む。
前記予測工程、及びその他の工程は、上述した本発明の難変異エピトープ部位の予測装置における予測手段、及びその他の手段により、好適に実施することができる。
本発明の難変異エピトープ部位の予測方法は、抗原における難変異エピトープ部位を予測する方法であって、抗原におけるエピトープ部位におけるアミノ酸残基毎のゆらぎの情報に基づき、前記ゆらぎが所定値以下である前記アミノ酸残基を、前記エピトープ部位における変異し難い部位であると予測する予測工程を含み、更に必要に応じて、その他の工程を含む。
前記予測工程、及びその他の工程は、上述した本発明の難変異エピトープ部位の予測装置における予測手段、及びその他の手段により、好適に実施することができる。
【0074】
（難変異エピトープ部位の予測プログラム）
本発明の難変異エピトープ部位の予測プログラムは、抗原における難変異エピトープ部位を予測するプログラムであって、抗原におけるエピトープ部位におけるアミノ酸残基毎のゆらぎの情報に基づき、前記ゆらぎが所定値以下である前記アミノ酸残基を、前記エピトープ部位における変異し難い部位であると予測する処理をコンピュータに行わせる。
本発明の難変異エピトープ部位の予測プログラムは、抗原における難変異エピトープ部位を予測するプログラムであって、抗原におけるエピトープ部位におけるアミノ酸残基毎のゆらぎの情報に基づき、前記ゆらぎが所定値以下である前記アミノ酸残基を、前記エピトープ部位における変異し難い部位であると予測する処理をコンピュータに行わせる。
【0075】
本発明の難変異エピトープ部位の予測プログラムは、例えば、上記の難変異エピトープ部位の予測方法をコンピュータにより実現させるためのプログラムとすることができる。言い換えると、本発明の難変異エピトープ部位の予測プログラムをコンピュータにより実行することで、コンピュータを上記の難変異エピトープ部位の予測装置として機能させることができる。このため、本発明の難変異エピトープ部位の予測プログラムにおける好ましい形態は、上記の難変異エピトープ部位の予測装置及び難変異エピトープ部位の予測方法と同様とすることができる。
【0076】
また、本発明の難変異エピトープ部位の予測プログラムを実行するコンピュータとしては、プログラムを実行可能なコンピュータ（計算機）であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。このようなコンピュータとしては、例えば、通常のパーソナルコンピュータであってもよいし、サーバーコンピュータ、複数のコンピュータを接続したコンピュータクラスター、スーパーコンピュータなどの大型で高性能のコンピュータであってもよい。
【0077】
本発明の難変異エピトープ部位の予測プログラムは、使用するコンピュータの構成及びオペレーティングシステムの種類・バージョンなどに応じて、各種のプログラミング言語を用いて作成することができる。
【0078】
本発明の難変異エピトープ部位の予測プログラムは、ハードディスクなどの記憶媒体に記録しておいてもよいし、ＣＤ－ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ－Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＤＶＤ－ＲＯＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ－ＲＯＭ）、ＭＯ（Ｍａｇｎｅｔｏ－Ｏｐｔｉｃａｌ）ディスク、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）メモリなどの記憶媒体に記録しておいてもよい。
また、コンピュータから情報通信ネットワークを通じてアクセス可能な外部記憶領域（他のコンピュータなど）に、本発明の難変異エピトープ部位の予測プログラムを記録しておいてもよい。この場合、外部記憶領域に記録された本発明の難変異エピトープ部位の予測プログラムを、必要に応じて、外部記憶領域から情報通信ネットワークを通じて、ハードディスクにインストールして使用することができる。
なお、本発明の難変異エピトープ部位の予測プログラムは、複数の記憶媒体に、任意の処理毎に分割されて記録されていてもよい。
また、コンピュータから情報通信ネットワークを通じてアクセス可能な外部記憶領域（他のコンピュータなど）に、本発明の難変異エピトープ部位の予測プログラムを記録しておいてもよい。この場合、外部記憶領域に記録された本発明の難変異エピトープ部位の予測プログラムを、必要に応じて、外部記憶領域から情報通信ネットワークを通じて、ハードディスクにインストールして使用することができる。
なお、本発明の難変異エピトープ部位の予測プログラムは、複数の記憶媒体に、任意の処理毎に分割されて記録されていてもよい。
【0079】
（抗体のスクリーニング装置）
本発明の抗体のスクリーニング装置は、抗原が変異しても前記抗原に対し結合可能な抗体のスクリーニング装置であって、本発明の難変異エピトープ部位の予測装置、方法、又はプログラムによって、前記エピトープ部位における変異し難い部位であると予測された前記アミノ酸残基との結合親和力が所定値以上である抗体を選抜する選抜手段を有し、更に必要に応じて、その他の手段を有する。
本発明の抗体のスクリーニング装置は、抗原が変異しても前記抗原に対し結合可能な抗体のスクリーニング装置であって、本発明の難変異エピトープ部位の予測装置、方法、又はプログラムによって、前記エピトープ部位における変異し難い部位であると予測された前記アミノ酸残基との結合親和力が所定値以上である抗体を選抜する選抜手段を有し、更に必要に応じて、その他の手段を有する。
【0080】
＜抗原が変異しても抗原に対し結合可能な抗体の選抜＞
前記選抜手段は、エピトープ部位における変異し難い部位であると予測された前記アミノ酸残基との結合親和力が所定値以上である抗体を選抜する手段である。
エピトープ部位における変異し難い部位の予測は、本発明の難変異エピトープ部位の予測装置、方法、又はプログラムによって実施することができ、上述した各種実施形態についても、適宜選択することができる。
これにより、結合能がウイルスの変異に影響されにくい広域スペクトルを有する広域スペクトル中和抗体を高精度で選抜及び同定することができる。
前記選抜手段は、エピトープ部位における変異し難い部位であると予測された前記アミノ酸残基との結合親和力が所定値以上である抗体を選抜する手段である。
エピトープ部位における変異し難い部位の予測は、本発明の難変異エピトープ部位の予測装置、方法、又はプログラムによって実施することができ、上述した各種実施形態についても、適宜選択することができる。
これにより、結合能がウイルスの変異に影響されにくい広域スペクトルを有する広域スペクトル中和抗体を高精度で選抜及び同定することができる。
【0081】
＜抗原に対し結合し易い抗体の選抜＞
本発明の一実施形態においては、前記選抜手段が、前記変異し難い部位であると予測した前記アミノ酸残基のうち、抗原に対する抗体が結合し易い部位であると予測された前記アミノ酸残基との結合親和力が所定値以上である抗体を選抜する手段であってもよい。
これにより、ゆらぎの情報に加えて、アミノ酸残基の表面露出面積比の情報に基づき、変異に対するロバスト性や立体構造的な見地から複合的に有望度の順位付けを行ったエピトープ部位を指標として、抗体を選抜することができ、結合能がウイルスの変異に影響されにくく、かつ抗原に対して結合し易い広域スペクトルを有する広域スペクトル中和抗体を高精度で選抜及び同定することができる。
なお、抗原に対する抗体が結合し易い部位であると予測された前記アミノ酸残基との結合親和力が所定値以上である抗体を選抜する手段を単独で行ってもよい。
本発明の一実施形態においては、前記選抜手段が、前記変異し難い部位であると予測した前記アミノ酸残基のうち、抗原に対する抗体が結合し易い部位であると予測された前記アミノ酸残基との結合親和力が所定値以上である抗体を選抜する手段であってもよい。
これにより、ゆらぎの情報に加えて、アミノ酸残基の表面露出面積比の情報に基づき、変異に対するロバスト性や立体構造的な見地から複合的に有望度の順位付けを行ったエピトープ部位を指標として、抗体を選抜することができ、結合能がウイルスの変異に影響されにくく、かつ抗原に対して結合し易い広域スペクトルを有する広域スペクトル中和抗体を高精度で選抜及び同定することができる。
なお、抗原に対する抗体が結合し易い部位であると予測された前記アミノ酸残基との結合親和力が所定値以上である抗体を選抜する手段を単独で行ってもよい。
【0082】
なお、本発明の他の実施形態においては、抗体に限定されず、抗体に代えて抗体以外の他の結合対象分子（低分子化抗体、抗体様分子など）を用いてもよい。
【0083】
＜結合親和力＞
アミノ酸残基との結合親和力の測定及び評価方法としては、特に制限はなく、目的に応じて公知の方法を適宜選択することができ、例えば、ウェスタンブロット、免疫組織化学および免疫細胞化学、酵素結合免疫吸着検査法（ＥＬＩＳＡ）、免疫沈降法、フローサイトメトリー、表面プラズモン共鳴法（ＳＰＲ）、バイオレイヤー干渉法（ＢＬＩ）などが挙げられる。
例えば、前記アミノ酸残基を含むエピトープ部位に対する抗体の相互作用を、前記測定方法を用いて測定し、解離定数（ＫＤ）などを指標として、結合親和力（Ｂｉｎｄｉｎｇ ａｆｆｉｎｉｔｙ）を評価することができる。対照エピトープ部位として、前記アミノ酸残基に代えて他のアミノ酸残基を含むエピトープ部位を用いてもよい。
また、スクリーニングした後の抗体の適用環境を考慮し、適用環境と同様の条件（温度、ｐＨ、イオン強度）で測定及び評価を行うことが好ましい。
アミノ酸残基との結合親和力の測定及び評価方法としては、特に制限はなく、目的に応じて公知の方法を適宜選択することができ、例えば、ウェスタンブロット、免疫組織化学および免疫細胞化学、酵素結合免疫吸着検査法（ＥＬＩＳＡ）、免疫沈降法、フローサイトメトリー、表面プラズモン共鳴法（ＳＰＲ）、バイオレイヤー干渉法（ＢＬＩ）などが挙げられる。
例えば、前記アミノ酸残基を含むエピトープ部位に対する抗体の相互作用を、前記測定方法を用いて測定し、解離定数（ＫＤ）などを指標として、結合親和力（Ｂｉｎｄｉｎｇ ａｆｆｉｎｉｔｙ）を評価することができる。対照エピトープ部位として、前記アミノ酸残基に代えて他のアミノ酸残基を含むエピトープ部位を用いてもよい。
また、スクリーニングした後の抗体の適用環境を考慮し、適用環境と同様の条件（温度、ｐＨ、イオン強度）で測定及び評価を行うことが好ましい。
【0084】
抗原が変異しても抗原に対し結合可能な抗体の選抜、乃至抗原に対し結合し易い抗体の選抜の判断基準となる、アミノ酸残基との結合親和力の所定値としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、解離定数（ＫＤ）で、１００ｎＭが好ましく、１０ｎＭがより好ましい。例えば、インフルエンザウイルスのヘマグルチニンにおいては、１００ｎＭが好ましく、５０ｎＭがより好ましい。
前記解離定数（ＫＤ）としては、表面プラズモン共鳴法（ＳＰＲ）により好適に測定することができる。
具体的には、表面プラズモン共鳴分析装置（ＢｉａｃｏｒｅＴＭ３０００、グローバルライフサイエンステクノロジーズジャパン株式会社製）により測定することにより、解離定数（ＫＤ）を求めることができる。
前記解離定数（ＫＤ）としては、表面プラズモン共鳴法（ＳＰＲ）により好適に測定することができる。
具体的には、表面プラズモン共鳴分析装置（ＢｉａｃｏｒｅＴＭ３０００、グローバルライフサイエンステクノロジーズジャパン株式会社製）により測定することにより、解離定数（ＫＤ）を求めることができる。
【0085】
＜その他の手段＞
その他の手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
その他の手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
【0086】
（抗体のスクリーニング方法）
本発明の抗体のスクリーニング方法は、抗原が変異しても前記抗原に対し結合可能な抗体のスクリーニング方法であって、本発明の難変異エピトープ部位の予測装置、方法、又はプログラムによって、前記エピトープ部位における変異し難い部位であると予測された前記アミノ酸残基との結合親和力が所定値以上である抗体を選抜する選抜工程を含み、更に必要に応じて、その他の工程を含む。
前記選抜工程、及びその他の工程は、上述した本発明の抗体のスクリーニング装置における選抜手段、及びその他の手段により、好適に実施することができる。
本発明の抗体のスクリーニング方法は、抗原が変異しても前記抗原に対し結合可能な抗体のスクリーニング方法であって、本発明の難変異エピトープ部位の予測装置、方法、又はプログラムによって、前記エピトープ部位における変異し難い部位であると予測された前記アミノ酸残基との結合親和力が所定値以上である抗体を選抜する選抜工程を含み、更に必要に応じて、その他の工程を含む。
前記選抜工程、及びその他の工程は、上述した本発明の抗体のスクリーニング装置における選抜手段、及びその他の手段により、好適に実施することができる。
【0087】
（抗体のスクリーニング用プログラム）
本発明の抗体のスクリーニング用プログラムは、抗原が変異しても前記抗原に対し結合可能な抗体のスクリーニング用プログラムであって、本発明の難変異エピトープ部位の予測装置、方法、又はプログラムによって、前記エピトープ部位における変異し難い部位であると予測された前記アミノ酸残基との結合親和力が所定値以上である抗体を選抜する処理をコンピュータに行わせる。
本発明の抗体のスクリーニング用プログラムは、抗原が変異しても前記抗原に対し結合可能な抗体のスクリーニング用プログラムであって、本発明の難変異エピトープ部位の予測装置、方法、又はプログラムによって、前記エピトープ部位における変異し難い部位であると予測された前記アミノ酸残基との結合親和力が所定値以上である抗体を選抜する処理をコンピュータに行わせる。
【0088】
本発明の抗体のスクリーニング装置は、例えば、本発明の抗体のスクリーニング用プログラムを記録した記録媒体を有するコンピュータとすることができる。
また、本発明の抗体のスクリーニング用プログラムは、例えば、上記の抗体のスクリーニング方法をコンピュータにより実現させるためのプログラムとすることができる。言い換えると、本発明の抗体のスクリーニング用プログラムをコンピュータにより実行することで、コンピュータを上記の抗体のスクリーニング装置として機能させることができる。このため、本発明の抗体のスクリーニング用プログラムにおける好ましい形態は、上記の抗体のスクリーニング装置及び抗体のスクリーニング方法と同様とすることができる。
本発明の抗体のスクリーニング用プログラムの実施形態としては、本発明の難変異エピトープ部位の予測プログラムにおいて説明した事項と同様の事項を適宜選択することができる。
また、本発明の抗体のスクリーニング用プログラムは、例えば、上記の抗体のスクリーニング方法をコンピュータにより実現させるためのプログラムとすることができる。言い換えると、本発明の抗体のスクリーニング用プログラムをコンピュータにより実行することで、コンピュータを上記の抗体のスクリーニング装置として機能させることができる。このため、本発明の抗体のスクリーニング用プログラムにおける好ましい形態は、上記の抗体のスクリーニング装置及び抗体のスクリーニング方法と同様とすることができる。
本発明の抗体のスクリーニング用プログラムの実施形態としては、本発明の難変異エピトープ部位の予測プログラムにおいて説明した事項と同様の事項を適宜選択することができる。
【0089】
（実施形態）
以下では、本発明のより具体的な実施形態について、図面を参照して説明する。
以下では、本発明のより具体的な実施形態について、図面を参照して説明する。
【0090】
図１３に、本発明の難変異エピトープ部位の予測装置のハードウェア構成例を示す。
難変異エピトープ部位の予測装置１００においては、例えば、制御部１０１、主記憶装置１０２、補助記憶装置１０３、Ｉ／Ｏインターフェイス１０４、通信インターフェイス１０５、入力装置１０６、出力装置１０７、表示装置１０８が、システムバス１０９を介して接続されている。
難変異エピトープ部位の予測装置１００においては、例えば、制御部１０１、主記憶装置１０２、補助記憶装置１０３、Ｉ／Ｏインターフェイス１０４、通信インターフェイス１０５、入力装置１０６、出力装置１０７、表示装置１０８が、システムバス１０９を介して接続されている。
【0091】
制御部１０１は、演算（四則演算、比較演算、焼き鈍し法の演算等）、ハードウェア及びソフトウェアの動作制御などを行う。制御部１０１としては、例えば、ＣＰＵであってもよいし、ＧＰＵであってもよく、これらの組み合わせでもよい。
制御部１０１は、例えば、主記憶装置１０２などに読み込まれたプログラム（例えば、難変異エピトープ部位予測プログラムなど）を実行することにより、種々の機能を実現する。
本発明の難変異エピトープ部位予測装置における予測部が行う処理は、例えば、制御部１０１により行うことができる。
制御部１０１は、例えば、主記憶装置１０２などに読み込まれたプログラム（例えば、難変異エピトープ部位予測プログラムなど）を実行することにより、種々の機能を実現する。
本発明の難変異エピトープ部位予測装置における予測部が行う処理は、例えば、制御部１０１により行うことができる。
【0092】
主記憶装置１０２は、各種プログラムを記憶するとともに、各種プログラムを実行するために必要なデータ等を記憶する。主記憶装置１０２としては、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）の少なくともいずれかを有するものを用いることができる。
ＲＯＭは、例えば、ＢＩＯＳ（Ｂａｓｉｃ Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ Ｓｙｓｔｅｍ）などの各種プログラムなどを記憶する。また、ＲＯＭとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）などが挙げられる。
ＲＡＭは、例えば、ＲＯＭや補助記憶装置１０３などに記憶された各種プログラムが、制御部１０１により実行される際に展開される作業範囲として機能する。ＲＡＭとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などが挙げられる。
ＲＯＭは、例えば、ＢＩＯＳ（Ｂａｓｉｃ Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ Ｓｙｓｔｅｍ）などの各種プログラムなどを記憶する。また、ＲＯＭとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）などが挙げられる。
ＲＡＭは、例えば、ＲＯＭや補助記憶装置１０３などに記憶された各種プログラムが、制御部１０１により実行される際に展開される作業範囲として機能する。ＲＡＭとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などが挙げられる。
【0093】
補助記憶装置１０３としては、各種情報を記憶できれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）などが挙げられる。また、補助記憶装置１０３は、ＣＤドライブ、ＤＶＤドライブ、ＢＤ（Ｂｌｕ－ｒａｙ（登録商標） Ｄｉｓｃ）ドライブなどの可搬記憶装置としてもよい。
また、本発明の難変異エピトープ部位予測プログラムは、例えば、補助記憶装置１０３に格納され、主記憶装置１０２のＲＡＭ（主メモリ）にロードされ、制御部１０１により実行される。
また、本発明の難変異エピトープ部位予測プログラムは、例えば、補助記憶装置１０３に格納され、主記憶装置１０２のＲＡＭ（主メモリ）にロードされ、制御部１０１により実行される。
【0094】
Ｉ／Ｏインターフェイス１０４は、各種の外部装置を接続するためのインターフェイスである。Ｉ／Ｏインターフェイス１０４は、例えば、ＣＤ－ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ ＲＯＭ）、ＤＶＤ－ＲＯＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ ＲＯＭ）、ＭＯディスク（Ｍａｇｎｅｔｏ－Ｏｐｔｉｃａｌ ｄｉｓｋ）、ＵＳＢメモリ〔ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ） ｆｌａｓｈ ｄｒｉｖｅ〕などのデータの入出力を可能にする。
【0095】
通信インターフェイス１０５としては、特に制限はなく、適宜公知のものを用いることができ、例えば、無線又は有線を用いた通信デバイスなどが挙げられる。
入力装置１０６としては、難変異エピトープ部位予測装置１００に対する各種要求や情報の入力を受け付けることができれば特に制限はなく、適宜公知のものを用いることができ、例えば、キーボード、マウス、タッチパネル、マイクなどが挙げられる。また、入力装置１０６がタッチパネル（タッチディスプレイ）である場合は、入力装置１０６が表示装置１０８を兼ねることができる。
入力装置１０６としては、難変異エピトープ部位予測装置１００に対する各種要求や情報の入力を受け付けることができれば特に制限はなく、適宜公知のものを用いることができ、例えば、キーボード、マウス、タッチパネル、マイクなどが挙げられる。また、入力装置１０６がタッチパネル（タッチディスプレイ）である場合は、入力装置１０６が表示装置１０８を兼ねることができる。
【0096】
出力装置１０７としては、特に制限はなく、適宜公知のものを用いることができ、例えば、プリンタなどが挙げられる。
表示装置１０８としては、特に制限はなく、適宜公知のものを用いることができ、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイなどが挙げられる。
表示装置１０８としては、特に制限はなく、適宜公知のものを用いることができ、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイなどが挙げられる。
【0097】
図１４に、本発明の難変異エピトープ部位の予測装置の他のハードウェア構成例を示す。
図１４に示す例において、難変異エピトープ部位の予測装置１００は、抗原におけるエピトープ部位におけるアミノ酸残基毎のゆらぎの情報に基づき、エピトープ部位における変異し難い部位であると予測する処理を行う端末装置２００と、当該アミノ酸残基毎のゆらぎの情報を求めるための分子動力学計算（ＭＤシミュレーション）を行うサーバーコンピュータ３００とに分かれている。また、図１４に示す例において、難変異エピトープ部位の予測装置１００における端末装置２００とサーバーコンピュータ３００は、ネットワーク４００により接続されている。
図１４に示す例では、例えば、端末装置２００としては、通常のパーソナルコンピュータを用いることができ、サーバーコンピュータ３００としては、複数のコンピュータを接続したコンピュータクラスターや、スーパーコンピュータなどの大型で高性能のコンピュータを用いることができる。なお、サーバーコンピュータ３００としては、クラウド上のコンピュータ群であってもよい。
また、端末装置２００とサーバーコンピュータ３００とを接続するネットワーク４００としては、例えば、ＳＳＨ（Ｓｅｃｕｒｅ Ｓｈｅｌｌ）などの通信規格を用いることができる。
図１４に示す例において、難変異エピトープ部位の予測装置１００は、抗原におけるエピトープ部位におけるアミノ酸残基毎のゆらぎの情報に基づき、エピトープ部位における変異し難い部位であると予測する処理を行う端末装置２００と、当該アミノ酸残基毎のゆらぎの情報を求めるための分子動力学計算（ＭＤシミュレーション）を行うサーバーコンピュータ３００とに分かれている。また、図１４に示す例において、難変異エピトープ部位の予測装置１００における端末装置２００とサーバーコンピュータ３００は、ネットワーク４００により接続されている。
図１４に示す例では、例えば、端末装置２００としては、通常のパーソナルコンピュータを用いることができ、サーバーコンピュータ３００としては、複数のコンピュータを接続したコンピュータクラスターや、スーパーコンピュータなどの大型で高性能のコンピュータを用いることができる。なお、サーバーコンピュータ３００としては、クラウド上のコンピュータ群であってもよい。
また、端末装置２００とサーバーコンピュータ３００とを接続するネットワーク４００としては、例えば、ＳＳＨ（Ｓｅｃｕｒｅ Ｓｈｅｌｌ）などの通信規格を用いることができる。
【0098】
図１４に示す例においては、例えば、端末装置２００により、抗原におけるエピトープ部位におけるアミノ酸残基毎のゆらぎの情報を作成するための分子動力学計算の初期構造の作成や条件の設定を行う。そして、端末装置２００で作成した分子動力学計算に必要な条件ファイルを、端末装置２００からサーバーコンピュータ３００にネットワーク４００を介して送信する。
次いで、サーバーコンピュータ３００により、抗原のエピトープ部位におけるアミノ酸残基毎のゆらぎの情報を求めるための分子動力学計算を実行する。そして、分子動力学計算の結果のデータ（トラジェクトリのファイルなど）を、サーバーコンピュータ３００から端末装置２００にネットワーク４００を介して送信する。
続いて、端末装置２００により、受信した分子動力学計算の結果のデータに基づいて、アミノ酸残基毎のゆらぎを算出し、ゆらぎが所定値以下であるアミノ酸残基を、エピトープ部位における変異し難い部位であると予測する。
次いで、サーバーコンピュータ３００により、抗原のエピトープ部位におけるアミノ酸残基毎のゆらぎの情報を求めるための分子動力学計算を実行する。そして、分子動力学計算の結果のデータ（トラジェクトリのファイルなど）を、サーバーコンピュータ３００から端末装置２００にネットワーク４００を介して送信する。
続いて、端末装置２００により、受信した分子動力学計算の結果のデータに基づいて、アミノ酸残基毎のゆらぎを算出し、ゆらぎが所定値以下であるアミノ酸残基を、エピトープ部位における変異し難い部位であると予測する。
【0099】
図１５に、本発明の難変異エピトープ部位の予測装置の機能構成例を示す。
図１５に示すように、難変異エピトープ部位の予測装置１００は、通信機能部１２０と、入力機能部１３０と、出力機能部１４０と、表示機能部１５０と、記憶機能部１６０と、制御機能部１７０とを備える。
図１５に示すように、難変異エピトープ部位の予測装置１００は、通信機能部１２０と、入力機能部１３０と、出力機能部１４０と、表示機能部１５０と、記憶機能部１６０と、制御機能部１７０とを備える。
【0100】
通信機能部１２０は、例えば、各種のデータを外部の装置と送受信する。
入力機能部１３０は、例えば、難変異エピトープ部位の予測装置１００に対する各種指示を受け付ける。
出力機能部１４０は、例えば、アミノ酸残基毎のゆらぎ、アミノ酸残基毎の表面露出面積比の情報、検索対象である抗原の立体構造などをプリントして出力する。
表示機能部１５０は、例えば、アミノ酸残基毎のゆらぎ、アミノ酸残基毎の表面露出面積比の情報、検索対象である抗原の立体構造などをディスプレイに表示する。
記憶機能部１６０は、例えば、各種プログラム、分子動力学計算より得られたトラジェクトリなどを記憶する。
入力機能部１３０は、例えば、難変異エピトープ部位の予測装置１００に対する各種指示を受け付ける。
出力機能部１４０は、例えば、アミノ酸残基毎のゆらぎ、アミノ酸残基毎の表面露出面積比の情報、検索対象である抗原の立体構造などをプリントして出力する。
表示機能部１５０は、例えば、アミノ酸残基毎のゆらぎ、アミノ酸残基毎の表面露出面積比の情報、検索対象である抗原の立体構造などをディスプレイに表示する。
記憶機能部１６０は、例えば、各種プログラム、分子動力学計算より得られたトラジェクトリなどを記憶する。
【0101】
制御機能部１７０は、予測部１７１と、分子動力学計算部１７２とを有する。制御機能部１７０は、例えば、記憶機能部１６０に記憶された各種プログラムを実行するとともに、難変異エピトープ部位の予測装置１００全体の動作を制御する。
予測部１７１は、例えば、アミノ酸残基毎のゆらぎの情報に基づき、ゆらぎが所定値以下であるアミノ酸残基を、エピトープ部位における変異し難い部位であると予測する処理を行う。
分子動力学計算部１７２は、例えば、抗原におけるエピトープ部位におけるアミノ酸残基毎のゆらぎの情報を求めるための分子動力学計算（ＭＤシミュレーション）を行う。
予測部１７１は、例えば、アミノ酸残基毎のゆらぎの情報に基づき、ゆらぎが所定値以下であるアミノ酸残基を、エピトープ部位における変異し難い部位であると予測する処理を行う。
分子動力学計算部１７２は、例えば、抗原におけるエピトープ部位におけるアミノ酸残基毎のゆらぎの情報を求めるための分子動力学計算（ＭＤシミュレーション）を行う。
【0102】
【0103】
まず、Ｓ１０１では、対象分子である抗原をモデリングすると共に、モデリングした対象分子の周囲に水分子とイオンを配置して計算系を構築する。言い換えると、Ｓ１０１においては、モデリングツールを用いて対象分子をモデリングした後、当該対象分子の周りに水分子とイオンを配置することで、電気的に中性化された計算系を構築する。
続いて、Ｓ１０２では、構築した計算系に対して、エネルギー極小化計算及び構造緩和計算（ＮＶＴ計算及びＮＰＴ計算）を行うことにより、長時間ＮＰＴ計算の初期構造を作成する。言い換えると、Ｓ１０２においては、Ｓ１０１で構築した計算系に対して、分子力学計算によるエネルギー極小化計算を行って、不自然な構造の歪みを取り除いた後、溶媒の平衡化などのために、短時間ＮＰＴ計算の構造緩和計算（ＮＶＴ計算及びＮＰＴ計算）を行い、長時間ＮＰＴ計算の初期構造を作成する。
続いて、Ｓ１０２では、構築した計算系に対して、エネルギー極小化計算及び構造緩和計算（ＮＶＴ計算及びＮＰＴ計算）を行うことにより、長時間ＮＰＴ計算の初期構造を作成する。言い換えると、Ｓ１０２においては、Ｓ１０１で構築した計算系に対して、分子力学計算によるエネルギー極小化計算を行って、不自然な構造の歪みを取り除いた後、溶媒の平衡化などのために、短時間ＮＰＴ計算の構造緩和計算（ＮＶＴ計算及びＮＰＴ計算）を行い、長時間ＮＰＴ計算の初期構造を作成する。
【0104】
次に、Ｓ１０３では、作成した初期構造に基づいて、長時間ＮＰＴ計算を実施する。言い換えると、Ｓ１０３においては、Ｓ１０２で作成した初期構造を利用して、上記の＜分子動力学計算の計算例＞で説明した、平衡状態に達してから一定時間経過する間の抽出時間において、ステップ時間毎に、対象分子が取り得る様々な立体構造についてのエネルギーや座標等のトラジェクトリをサンプリングする。
【0105】
そして、Ｓ１０４では、長時間ＮＰＴ計算のトラジェクトリのデータに基づいて、残基ＲＭＳＦを算出する。言い換えると、Ｓ１０４においては、平衡化された状態の対象分子（抗原）の平均構造に対する各アミノ酸残基のゆらぎの大きさ（残基ＲＭＳＦ）を算出する。具体的には、抗原におけるｘ番目のアミノ酸残基におけるゆらぎｒｍｓｆｘ［Å］として、下記式（２）により算出する。
ｒｍｓｆｘ＝√（１／ＮΣ（ｒｘｊ－＜ｒｘｊ＞）２） ・・・式（２）
式（２）中、Ｎは、抽出時間の間でサンプリングされた構造数ｎを示し、ｊは、１～ｎの整数を示し、ｒｘｊは、抽出時刻ｊのときのｘ番目のアミノ酸残基の位置ベクトルを示し、＜ｒｘｊ＞は、ｘ番目の残基の位置ベクトルの抽出時間平均を示す。
ｒｍｓｆｘ＝√（１／ＮΣ（ｒｘｊ－＜ｒｘｊ＞）２） ・・・式（２）
式（２）中、Ｎは、抽出時間の間でサンプリングされた構造数ｎを示し、ｊは、１～ｎの整数を示し、ｒｘｊは、抽出時刻ｊのときのｘ番目のアミノ酸残基の位置ベクトルを示し、＜ｒｘｊ＞は、ｘ番目の残基の位置ベクトルの抽出時間平均を示す。
【0106】
次いで、Ｓ１０５では、求めた残基ＲＭＳＦに応じて、変異し難い部位を予測する。言い換えると、ゆらぎが所定値以下であるアミノ酸残基を、エピトープ部位における変異し難い部位（難変異エピトープ部位）であると予測する。
難変異エピトープ部位を予測すると、処理を終了させてもよいし、任意選択的に、後述するＳ１０６及びＳ１０７を追加的に行って、処理を終了させてもよい。
難変異エピトープ部位を予測すると、処理を終了させてもよいし、任意選択的に、後述するＳ１０６及びＳ１０７を追加的に行って、処理を終了させてもよい。
【0107】
任意選択的に、Ｓ１０６では、長時間ＮＰＴ計算のトラジェクトリのデータに基づいて、表面露出面積比ｒＡＳＡを算出する。言い換えると、Ｓ１０６においては、抗体などの結合対象分子がアクセス可能な露出面積の指標として、アミノ酸残基毎に表面露出面積比ｒＡＳＡを算出する。
次いで、Ｓ１０７では、求めた表面露出面積比ｒＡＳＡに応じて、抗体が結合し易い部位を予測する。言い換えると、Ｓ１０５において変異し難い部位であると予測されたアミノ酸残基のうち、各アミノ酸残基の表面露出面積比の情報に基づき、表面露出面積比が所定値以上であるアミノ酸残基を、前記抗原に対する抗体が結合し易い部位であると予測する。
抗体が結合し易い部位を予測すると、処理を終了させる。
次いで、Ｓ１０７では、求めた表面露出面積比ｒＡＳＡに応じて、抗体が結合し易い部位を予測する。言い換えると、Ｓ１０５において変異し難い部位であると予測されたアミノ酸残基のうち、各アミノ酸残基の表面露出面積比の情報に基づき、表面露出面積比が所定値以上であるアミノ酸残基を、前記抗原に対する抗体が結合し易い部位であると予測する。
抗体が結合し易い部位を予測すると、処理を終了させる。
【0108】
図１６においては、本発明の一例における処理の流れについて、特定の順序に従って説明したが、本発明においては、技術的に可能な範囲で、適宜各ステップの順序を入れ替えることができる。また、本発明においては、技術的に可能な範囲で、複数のステップを一括して行ってもよい。
【0109】
以上、説明したように、本発明の難変異エピトープ部位の予測装置は、抗原における難変異エピトープ部位を予測する装置であって、抗原におけるエピトープ部位におけるアミノ酸残基毎のゆらぎの情報に基づき、前記ゆらぎが所定値以下である前記アミノ酸残基を、前記エピトープ部位における変異し難い部位であると予測する予測手段を有する。
これにより、コンピュータを用いた分子シミュレーションにより、広域スペクトル中和抗体のための難変異エピトープ部位を高精度で予測及び同定することができる。
これにより、コンピュータを用いた分子シミュレーションにより、広域スペクトル中和抗体のための難変異エピトープ部位を高精度で予測及び同定することができる。
【0110】
また、本発明の抗体のスクリーニング装置は、抗原が変異しても前記抗原に対し結合可能な抗体のスクリーニング装置であって、本発明の難変異エピトープ部位の予測装置、方法、又はプログラムによって、前記エピトープ部位における変異し難い部位であると予測された前記アミノ酸残基との結合親和力が所定値以上である抗体を選抜する選抜手段を有する。
これにより、広域スペクトル中和抗体を高精度で選抜することができる抗体のスクリーニング装置を提供することができる。
これにより、広域スペクトル中和抗体を高精度で選抜することができる抗体のスクリーニング装置を提供することができる。
【0111】
本発明の態様としては、例えば、以下のとおりである。
＜１＞ 抗原における難変異エピトープ部位を予測する装置であって、
抗原におけるエピトープ部位におけるアミノ酸残基毎のゆらぎの情報に基づき、前記ゆらぎが所定値以下である前記アミノ酸残基を、前記エピトープ部位における変異し難い部位であると予測する予測手段を有することを特徴とする難変異エピトープ部位の予測装置である。
＜２＞ 前記予測手段が、前記エピトープ部位における連続するアミノ酸残基群の平均ゆらぎの情報に基づき、前記平均ゆらぎが所定値以下である前記アミノ酸残基群を、前記エピトープ部位における変異し難い部位であると予測する、前記＜１＞に記載の難変異エピトープ部位の予測装置である。
＜３＞ 前記抗原が、インフルエンザウイルスにおけるヘマグルチニンであり、
前記ゆらぎの所定値が、１．２Åである、前記＜１＞から＜２＞のいずれかに記載の難変異エピトープ部位の予測装置である。
＜４＞ 前記ゆらぎの情報が、分子動力学計算で得られた算出値である、前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の難変異エピトープ部位の予測装置である。
＜５＞ 前記予測手段が、前記変異し難い部位であると予測した前記アミノ酸残基のうち、各前記アミノ酸残基の表面露出面積比の情報に基づき、前記表面露出面積比が所定値以上である前記アミノ酸残基を、前記抗原に対する抗体が結合し易い部位であると予測する、前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の難変異エピトープ部位の予測装置である。
＜６＞ 前記抗原が、インフルエンザウイルスにおけるヘマグルチニンであり、
前記表面露出面積比の所定値が、０％である、前記＜５＞に記載の難変異エピトープ部位の予測装置である。
＜７＞ 前記表面露出面積比の情報が、分子動力学計算で得られた算出値である、前記＜５＞から＜６＞のいずれかに記載の難変異エピトープ部位の予測装置である。
＜８＞ 抗原における難変異エピトープ部位を予測する方法であって、
抗原におけるエピトープ部位におけるアミノ酸残基毎のゆらぎの情報に基づき、前記ゆらぎが所定値以下である前記アミノ酸残基を、前記エピトープ部位における変異し難い部位であると予測する予測工程を含むことを特徴とする難変異エピトープ部位の予測方法である。
＜９＞ 抗原における難変異エピトープ部位を予測するプログラムであって、
抗原におけるエピトープ部位におけるアミノ酸残基毎のゆらぎの情報に基づき、前記ゆらぎが所定値以下である前記アミノ酸残基を、前記エピトープ部位における変異し難い部位であると予測する処理をコンピュータに行わせることを特徴とする難変異エピトープ部位の予測プログラムである。
＜１０＞ 抗原が変異しても前記抗原に対し結合可能な抗体のスクリーニング装置であって、
前記＜１＞から＜７＞のいずれかに記載の難変異エピトープ部位の予測装置、前記＜８＞に記載の難変異エピトープ部位の予測方法、又は前記＜９＞に記載の難変異エピトープ部位の予測プログラムによって、前記エピトープ部位における変異し難い部位であると予測された前記アミノ酸残基との結合親和力が所定値以上である抗体を選抜する選抜手段を有することを特徴とする抗体のスクリーニング装置である。
＜１１＞ 抗原が変異しても前記抗原に対し結合可能な抗体のスクリーニング方法であって、
前記＜１＞から＜７＞のいずれかに記載の難変異エピトープ部位の予測装置、前記＜８＞に記載の難変異エピトープ部位の予測方法、又は前記＜９＞に記載の難変異エピトープ部位の予測プログラムによって、前記エピトープ部位における変異し難い部位であると予測された前記アミノ酸残基との結合親和力が所定値以上である抗体を選抜する選抜工程を含むことを特徴とする抗体のスクリーニング方法である。
＜１２＞ 抗原が変異しても前記抗原に対し結合可能な抗体のスクリーニング用プログラムであって、
前記＜１＞から＜７＞のいずれかに記載の難変異エピトープ部位の予測装置、前記＜８＞に記載の難変異エピトープ部位の予測方法、又は前記＜９＞に記載の難変異エピトープ部位の予測プログラムによって、前記エピトープ部位における変異し難い部位であると予測された前記アミノ酸残基との結合親和力が所定値以上である抗体を選抜する処理をコンピュータに行わせることを特徴とする抗体のスクリーニング用プログラムである。
＜１＞ 抗原における難変異エピトープ部位を予測する装置であって、
抗原におけるエピトープ部位におけるアミノ酸残基毎のゆらぎの情報に基づき、前記ゆらぎが所定値以下である前記アミノ酸残基を、前記エピトープ部位における変異し難い部位であると予測する予測手段を有することを特徴とする難変異エピトープ部位の予測装置である。
＜２＞ 前記予測手段が、前記エピトープ部位における連続するアミノ酸残基群の平均ゆらぎの情報に基づき、前記平均ゆらぎが所定値以下である前記アミノ酸残基群を、前記エピトープ部位における変異し難い部位であると予測する、前記＜１＞に記載の難変異エピトープ部位の予測装置である。
＜３＞ 前記抗原が、インフルエンザウイルスにおけるヘマグルチニンであり、
前記ゆらぎの所定値が、１．２Åである、前記＜１＞から＜２＞のいずれかに記載の難変異エピトープ部位の予測装置である。
＜４＞ 前記ゆらぎの情報が、分子動力学計算で得られた算出値である、前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の難変異エピトープ部位の予測装置である。
＜５＞ 前記予測手段が、前記変異し難い部位であると予測した前記アミノ酸残基のうち、各前記アミノ酸残基の表面露出面積比の情報に基づき、前記表面露出面積比が所定値以上である前記アミノ酸残基を、前記抗原に対する抗体が結合し易い部位であると予測する、前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の難変異エピトープ部位の予測装置である。
＜６＞ 前記抗原が、インフルエンザウイルスにおけるヘマグルチニンであり、
前記表面露出面積比の所定値が、０％である、前記＜５＞に記載の難変異エピトープ部位の予測装置である。
＜７＞ 前記表面露出面積比の情報が、分子動力学計算で得られた算出値である、前記＜５＞から＜６＞のいずれかに記載の難変異エピトープ部位の予測装置である。
＜８＞ 抗原における難変異エピトープ部位を予測する方法であって、
抗原におけるエピトープ部位におけるアミノ酸残基毎のゆらぎの情報に基づき、前記ゆらぎが所定値以下である前記アミノ酸残基を、前記エピトープ部位における変異し難い部位であると予測する予測工程を含むことを特徴とする難変異エピトープ部位の予測方法である。
＜９＞ 抗原における難変異エピトープ部位を予測するプログラムであって、
抗原におけるエピトープ部位におけるアミノ酸残基毎のゆらぎの情報に基づき、前記ゆらぎが所定値以下である前記アミノ酸残基を、前記エピトープ部位における変異し難い部位であると予測する処理をコンピュータに行わせることを特徴とする難変異エピトープ部位の予測プログラムである。
＜１０＞ 抗原が変異しても前記抗原に対し結合可能な抗体のスクリーニング装置であって、
前記＜１＞から＜７＞のいずれかに記載の難変異エピトープ部位の予測装置、前記＜８＞に記載の難変異エピトープ部位の予測方法、又は前記＜９＞に記載の難変異エピトープ部位の予測プログラムによって、前記エピトープ部位における変異し難い部位であると予測された前記アミノ酸残基との結合親和力が所定値以上である抗体を選抜する選抜手段を有することを特徴とする抗体のスクリーニング装置である。
＜１１＞ 抗原が変異しても前記抗原に対し結合可能な抗体のスクリーニング方法であって、
前記＜１＞から＜７＞のいずれかに記載の難変異エピトープ部位の予測装置、前記＜８＞に記載の難変異エピトープ部位の予測方法、又は前記＜９＞に記載の難変異エピトープ部位の予測プログラムによって、前記エピトープ部位における変異し難い部位であると予測された前記アミノ酸残基との結合親和力が所定値以上である抗体を選抜する選抜工程を含むことを特徴とする抗体のスクリーニング方法である。
＜１２＞ 抗原が変異しても前記抗原に対し結合可能な抗体のスクリーニング用プログラムであって、
前記＜１＞から＜７＞のいずれかに記載の難変異エピトープ部位の予測装置、前記＜８＞に記載の難変異エピトープ部位の予測方法、又は前記＜９＞に記載の難変異エピトープ部位の予測プログラムによって、前記エピトープ部位における変異し難い部位であると予測された前記アミノ酸残基との結合親和力が所定値以上である抗体を選抜する処理をコンピュータに行わせることを特徴とする抗体のスクリーニング用プログラムである。
【0112】
前記＜１＞から＜７＞のいずれかに記載の難変異エピトープ部位の予測装置、前記＜８＞に記載の難変異エピトープ部位の予測方法、又は、前記＜９＞に記載の難変異エピトープ部位の予測プログラムによれば、従来における諸問題を解決し、本発明の目的を達成することができる。
前記＜１０＞に記載の抗体のスクリーニング装置、前記＜１１＞に記載の抗体のスクリーニング方法、又は、前記＜１２＞に記載の抗体のスクリーニング用プログラムによれば、従来における諸問題を解決し、広域スペクトル中和抗体を高精度で選抜することができる抗体のスクリーニング装置、方法、及びプログラムを提供することができる。
前記＜１０＞に記載の抗体のスクリーニング装置、前記＜１１＞に記載の抗体のスクリーニング方法、又は、前記＜１２＞に記載の抗体のスクリーニング用プログラムによれば、従来における諸問題を解決し、広域スペクトル中和抗体を高精度で選抜することができる抗体のスクリーニング装置、方法、及びプログラムを提供することができる。
【符号の説明】
【0113】
１００ 難変異エピトープ部位の予測装置
２００ 端末装置
３００ サーバーコンピュータ
１７１ 予測部
２００ 端末装置
３００ サーバーコンピュータ
１７１ 予測部
【0114】
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【配列表】