人工知能はノーベル賞レベルにまで発展した

人工知能（AI）はノーベル賞の領域に入った。最近の研究により、人々にこのような感覚を与えるものが生み出されました。アルファベット（グーグルの親会社）傘下のイギリス企業、ディープマインドが、半世紀にわたり人類を悩ませてきた生物学的問題を解決できるAI技術を開発したといわれている。これは、医薬品開発やその他の分野に革新をもたらす可能性を示唆しています。

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2020年の科学研究成果トップ10に選出

世界的に権威のあるアメリカの雑誌『サイエンス』は、毎年末に科学研究の成果トップ 10 を発表しています。 2020年の成果の一つとして選ばれた技術は、DeepMind社のAIです。サイエンス誌は、この技術が「病気のメカニズムの解明や関連薬の開発、また干ばつに強い植物や安価なバイオ燃料の開発に役立つだろう」と期待を寄せている。

AlphaFoldと呼ばれるAIは、タンパク質の立体構造を高い精度で予測することができます。タンパク質の一番の印象は、多くの種類と機能を持つ栄養素だということです。タンパク質は、目で光を感知したり、筋肉を動かしたり、食べ物をエネルギーに変えたりするなど、私たちの基本的な生命活動を支えています。

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タンパク質は、ロザリオのようなパターンで結合した 20 個のアミノ酸で構成されています。タンパク質の機能は形状によって左右されるため、タンパク質の複雑な立体構造に関する研究は古くから盛んに行われてきました。研究ではX線や電子顕微鏡が使われますが、それでも数か月以上かかり、非常に費用がかかります。
AlphaFold は、アミノ酸の 1 次元配列に基づいて、タンパク質の 3 次元構造を短時間で予測できます。 DNA情報を基に、アミノ酸の配列を知ることは比較的簡単です。タンパク質の構造も数日以内に推測できると言われています。

その強さの証明が、2020年に開催された「CASP」（タンパク質構造予測）コンペティションです。 AlphaFoldは、X線分析技術に劣らない精度を実証し、衝撃を与えた。コンピューターによる予測は以前から人気がありましたが、これほどのパフォーマンスは得られませんでした。メリーランド大学のジョン・モルト教授は「これは非常に特別な瞬間だ」と叫んだ。

「生物学における50年来の問題に解決策を提供します。」 DeepMind は 11 月に公開されたブログ投稿にこのタイトルを追加しました。 1972年にノーベル化学賞を受賞したアメリカ人のクリスチャン・ベーマー・アンフィンセンは、「タンパク質の立体構造はアミノ酸の配列で決まるはずだ」という理論を提唱した。ディープマインドは今回のAIがそれ以来の謎を解明したと誇らしげに語った。

アミノ酸が作る立体構造は理論上無数にあり、非常に複雑で、一つ一つ調べていくと宇宙の年齢（約140億年）よりも長い時間がかかります。 DeepMind は 17 万個のタンパク質の既知の構造を学習データとして使用し、最先端の AI 技術を活用して驚くべき結果を達成しました。

DeepMind社は囲碁AI「AlphaGo」で世界的に有名です。 2016年、AlphaGoが囲碁の世界チャンピオンを破り、AIが急速に進歩したことを人々に認識させました。ディープマインドのCEOデミス・ハサビス氏は、タイム誌の「世界で最も影響力のある100人」の最終候補に選ばれた。

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AlphaFoldの開発で主導的な役割を果たしたのは、タンパク質の作用原理を研究し、米国シカゴ大学で化学の博士号を取得したジョン・ジャンパー氏です。東京大学の松尾豊教授のもとでAIを研究する今井翔太氏は、AlphaFoldの優れた性能は、AIだけでなく化学などの分野の専門知識も学習したからこそだと考えています。

新型コロナウイルスの研究にも利用されている

AlphaFold の応用が期待される分野は新薬開発です。薬は主に病気に関連するタンパク質に結合することで作用します。薬剤と標的タンパク質の関係を鍵と錠前との関係に例えると、タンパク質の立体構造を素早く理解することが新薬の開発に役立ちます。

AlphaFoldは新型コロナウイルスのタンパク質構造の予測においても高い精度を誇っている。東海大学先端生命科学研究所の平山礼明所長は希少疾患も視野に入れ、「これまでは不可能だった薬の開発も可能になる」と語り、今後の展開に期待を膨らませている。

しかし、AlphaFold は万能薬ではありません。構造を予測できる対象は限られており、タンパク質の機能や動作原理の解明にはまだまだ長い道のりが残っています。それでも、研究者たちは依然としてアルファフォールドについて非常に関心を持っており、「生物学全体の進歩に有益となるだろう」（東北大学、日本学術振興会特別研究員、中村司氏）と述べている。

AlphaFoldは人類に恩恵をもたらし、ノーベル賞レベルの技術となることができるでしょうか?その真の価値は将来わかるだろう。