32. 遠隔操作によるX線解析強度データの測定
―SPring-8構造生物学ビームラインの現状―
熊坂先生と長谷川先生のグループでは、SPring-8 を利用してどのような研究を行われているのですか。
熊坂氏：我々が所属する構造生物グループでは、主に生物学に関連する研究を行っています。ヒトゲノム計画に よって人間の遺伝情報が解明されましたが、ATGC の塩基配列はいわば一次元の設計図のようなものです。これ がタンパク質に翻訳された際には、三次元の立体構造を取り、生命活動を支えています。このタンパク質の立体構 造を決定することで、様々な生命活動の仕組みが理解でき、生体機能の解明や薬剤の設計などに役立てることが できるのです。
よく「鍵と鍵穴」という表現が使われますが、標的となるタンパク質（鍵穴）にピッタリ合う化学物質（鍵）があ ると、そこで化学反応が生じます。この鍵の形を模倣した化合物を探すことで、様々な医薬品を開発することがで きます。たとえば、インフルエンザの例で言えば、細胞に侵入したウイルスの遊離を止める化学物質を見つけること が、抗ウイルス剤の開発につながるわけですね。
実際にタンパク質の立体構造を決定する際には、SPring-8 のビームラインを利用して「結晶構造解析」という作 業を行います。これは標的となるタンパク質の結晶に放射光を当てて画像を撮影し、その回折像を調べることで 分子構造を決定するというものです。
SPring-8 で決定されたタンパク質の立体構造の例
現在、SINET3 を利用したリアルタイム遠隔測定の準備も進められているとのことですが、それにはどのよ うな理由があったのですか。
熊坂氏：SPring-8 では、外部の大学・研究機関や製薬会社などの利用も受け付けています。もちろん、こちらに直 接来て頂いても良いのですが、それが難しいという場合には「メールインデータ収集」という仕組みを利用して頂 いていました。
元々我々のグループでは、データ収集の自動化に取り組んでおり、ビームラインの統合制御を行うソフトウェア やサンプルの自動交換ロボットなどを開発しています。これを応用すれば、わざわざこちらまで出向いて頂かなくと も測定作業ができるのではないかと考えたのが、メールインデータ収集を開発したきっかけです。サンプルを宅配 便などで送って頂き、照射条件などを指示してもらえば、後の作業はこちらでできますからね。
SPring-8 におけるメールインデータ収集の概念
もっとも、メールインデータ収集の場合、安全管理上の問題で、実際の作業は SPring-8 側のオペレータが代行 することになります。しかしユーザーの方からは、そうではなく、できれば自分たちで直接ビームラインを制御した いとの要望もありました。タンパク質の結晶を作るのは非常に難しい作業なので、サンプルが一つしかできないこ とも珍しくありません。しかも放射光を当てることで壊れてしまう場合もあるため、オペレータ任せではなく、自分 自身で狙ったポイントに放射光を当てたいというわけです。
とはいえ、安全性の問題をおろそかにすることはできませんね。
長谷川氏：その通りです。特に遠隔測定では、ネットワーク越しに試料の位置合わせ などの機器操作を行いますので、ネットワークセキュリティを確保しつつ、測定を行え る環境を実現することが重要な課題になりました。そこで新たに開発した遠隔操作 システムでは、相手方の ID や実験開始時間などの情報をデータベースで管理し、権 限を持つコンピュータからの通信だけを受け付けるようにしています。さらに、セキュ アな通信を行うために、SSL による認証なども行っています。
また、これと並んでもう一つ課題となったのが、動画データの円滑なストリーミング です。メールインデータ収集の場合はそれほどリアルタイム性は要求されませんが、
今回のシステムではユーザーの方が試料の様子をモニタで見ながら、ビームを当て るポイントを決めます。このため、スムーズな動画再生が欠かせないのです。今回はフ リーソフトの FFMPEG を利用し、600 × 480 ドット・10fps 程度の動画を流すこと で、この問題をクリアしています。ちなみに実験終了後のデータは、メールインデータ 収集のために開発したデータベース「D-cha」に格納され、第三者の閲覧はできない ようになっています。
SPring-8 の遠隔操作システム
そのインフラとして SINET3 が利用されているわけですね。
長谷川氏：はい。SPring-8 では Super-SINET の時代から対外接続の基盤として SINET を利用しており、日々 の研究や業務に役立てています。最近では我々の研究分野でもデータ容量が急速に増加しており、高速・高信頼 なネットワーク環境が必須になっています。たとえばメールインデータ収集の場合、一晩あたりの測定データの容 量は約34GBにも達します。先に触れたストリーミングもそうですが、こうした大容量の研究データを転送する上で は、SINET3 のような学術ネットワークサービスが不可欠です。画像を撮影する X 線検出器の高解像度化・高速 化なども進んでいますので、データ通信インフラとしての SINET に掛ける期待は非常に大きいですね。
リアルタイム遠隔測定はいつ頃から本格的に開始される予定なのですか。
長谷川氏：現在は、最終的な調整作業の段階に入っており、SPring-8 サイト内からの動作テストを行っています。
充分な手応えが得られていますので、今後は、埼玉県・和光市の理化学研究所などと結んでテストを経た上で早け れば 2011 年くらいにはサービス開始にこぎつけたいと考えています。
それは楽しみですね。最後に今後の抱負を伺えますか。
熊坂氏：遠隔測定サービスが開始されれば、今まで場所的な問題などで敷居の高さを感じていた研究者の方々に も、もっと手軽にSPring-8の施設を活用してもらえるようになります。それによって、生物学研究の間口がもっと広 がっていけば嬉しいですね。
長谷川氏：開発を担当する立場としては、ユーザーの方々に喜んで使ってもらえるようなシステムに育てていきた いですね。さらには、日本国内だけでなく、アジアをはじめとする海外の研究者にも利用して頂けるようになれば と考えています。
ありがとうございました。