投稿者: 筑波大学計算科学研究センター

Influence of a Black Hole’s Spin: First Evidence of Precession in Ultraluminous Accretion Disks

Tsukuba, Japan—Gas swirls around a black hole (BH) owing to the intense gravity of the BH, forming an accretion disk. These accretion disks, being among the most efficient energy conversion mechanisms in the universe, emit light and plasma jets. When a BH spins on its axis, the accretion disk wobbles like a spinning top. This precessional motion has been studied in less luminous accretion disks, but it is unclear if the same phenomenon occurs in ultraluminous accretion disks that emit strong radiation.

 

Researchers at University of Tsukuba conducted a large-scale radiation electromagnetic hydrodynamics simulation based on general relativity and demonstrated for the first time that the precessional motion of a tilted ultraluminous accretion disk is caused by the spin of the BH. Furthermore, this precessional motion periodically changes the direction of the jets and radiation emitted from the BH, which indicates that the periodic fluctuations in luminosity of ultraluminous accretion disks may be caused by the spin of the BH. The cause of such periodic fluctuations has previously been unknown.

 

In the future, the researchers intend to validate whether BHs are spinning by comparative analyses between extended-term simulations and observational data. This pioneering achievement is poised to deepen our understanding of how the spin of a BH influences cosmic phenomena, and make a substantial contribution to the authentication of the spacetime framework of BHs and general relativity.

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This work was supported by JSPS KAKENHI Grant Numbers 23K03445(Y.A.), 21H01132(R.T.), 21H04488, 18K03710(K.O.). This work was also supported by MEXT as “Program for Promoting Researches on the Supercomputer Fugaku” (Structure and Evolution of the Universe Unraveled by Fusion of Simulation and AI; Grant Number JPMXP1020230406) and used computational resources of supercomputer Fugaku (RIKEN Center for Computational Science, Project ID: hp230204, hp230116), ATERUI II (National Astronomical Observatory of Japan), Oakforest-PACS (the University of Tokyo, University of Tsukuba), and Wisteria/BDEC-01 Odyssey (the University of Tokyo).

Original Paper

Title of original paper:
General relativistic radiation-MHD simulations of Precessing Tilted Super-Eddington Disks
 
Journal:
The Astrophysical Journal
 
DOI: 
10.3847/1538-4357/ad6cd9

 

Correspondence

Assistant Professor ASAHINA Yuta
Center for Computational Sciences, University of Tsukuba

第145回計算科学コロキウムを、10月23日（水）16:00より開催します

第145回計算科学コロキウムを開催いたします。多数のご来聴をお待ちしております。なお、第145回は大気科学特別セミナーと共催となります。

講演タイトル: 日本気象学会賞・受賞記念講演　〜都市気象・気候と局地気象に関する現象メカニズムの解明と数値モデルの高度化〜
講演者: 日下博幸（筑波大学計算科学研究センター　教授）
日時: 2024年10月23日（水）　16:00-17:25
場所: 計算科学研究センター　国際ワークショップ室
言語: Japanese
共催: 大気科学特別セミナー

要旨:

日下博幸教授（筑波大学計算科学研究センター）は、都市気象学・気候学および局地気象学の分野で顕著な研究成果を挙げ、都市環境が気象や気候に与える影響の解明と、それに基づく数値モデルの高度化に貢献したことが認められ、2024年度日本気象学会賞を受賞されました。

日下教授の研究は、都市の長期的な気温変動に関する数値実験から始まり、ヒートアイランドが海風の内陸侵入を遅らせ、内陸の高温を強化するという相互作用を明らかにしました。その後、世界に先駆けて都市キャノピーモデル（UCM）を開発し、このモデルは世界最大のユーザ数を誇る気象モデルWRFに公式に搭載され、現在、世界中で広く利用されています。

また、日下教授は、WRF/UCMを用いた数多くの実験により、都市化が夏季の降水増加をもたらすメカニズムを解明し、都市気候学の著名な教科書でも大きく紹介されました。さらに、将来の温暖化の影響を予測する力学的ダウンスケーリングの研究も進め、都市シナリオや排出シナリオによる都市気候変化の定量化を行いました。

日下教授は都市気象に加え、局地気象にも取り組み、富山の「神通おろし」などの研究を通じて、多くの重要な成果をあげています。これらの研究は行政にも還元され、自治体の暑熱対策に貢献しています。このように都市気象学・気候学の分野で卓越した業績をあげたことから、2024年度日本気象学会賞が贈呈されました。

ブラックホールの自転による超高光度円盤の歳差運動を世界で初めて実証

2024年9月20日
国立大学法人　筑波大学

ブラックホール周囲のガスの渦巻きである超高光度降着円盤が、ブラックホールの自転によって歳差運動することを、一般相対性理論に基づく大規模数値シミュレーションで実証しました。この結果、超高光度降着円盤の周期的な光度変動が、ブラックホールの自転に起因している可能性が示されました。

　ブラックホールの周囲には、強大な重力によってガスが渦を巻いて形成される「降着円盤」が存在します。この降着円盤は、宇宙で最も効率的なエネルギー変換機構の一つであり、ブラックホール周辺で起こる光の放射やジェット（プラズマの噴出）と考えられています。ここで、ブラックホールが自転していると仮定すると、降着円盤が、回転するコマの軸がぐらつくような歳差運動を起こす可能性があり、これまで光度の低い円盤について調査・実証が進められてきました。しかし、強力な放射を生み出す超高光度降着円盤でも同じ現象が起こるかどうかは、まだ解明されていませんでした。

　本研究では、一般相対性理論に基づく大規模な放射電磁流体力学シミュレーションを実施し、超高光度降着円盤がブラックホールの自転によって歳差運動することを世界で初めて実証しました。また、この歳差運動が、ブラックホールから噴出するジェットや放射の方向を周期的に変動させることが明らかになり、これまで原因が不明だった超高光度降着円盤の周期的な光度変動が、ブラックホールの自転に起因している可能性が示されました。

　今後、さらに長期間のシミュレーションと観測データの比較によりブラックホールの自転の有無を検証することで、これが宇宙現象に与える影響が解明されると期待され、ブラックホールの時空構造や一般相対性理論のさらなる理解にも貢献すると考えられます。

 

プレスリリース全文はこちら

 

【題名】General relativistic radiation-MHD simulations of Precessing Tilted Super-Eddington Disks
（歳差運動をする傾いた超エディントン円盤の一般相対論的放射電磁流体力学シミュレーション）
 
【掲載誌】The Astrophysical Journal
 
【DOI】10.3847/1538-4357/ad6cd9

CCS HPCサマーセミナー2024

開催主旨

計算科学を支える大規模シミュレーション，超高速数値処理のためのスーパーコンピュータの主力プラットフォームはクラスタ型の並列計算機となってきました．ところが，大規模なクラスタ型並列計算機は，高い理論ピーク性能を示す一方で，実際のアプリケーションを高速に実行することは容易なことではありません．

本セミナーはそのようなクラスタ型並列計算機の高い性能を十二分に活用するために必要な知識，プログラミングを学ぶことを目的としています．超高速数値処理を必要とする大学院生が主な対象ですが，興味をお持ちの方はどなたでもご参加下さい．

開催日時・会場

日程： 2024年9月9日 (月) – 9月10日 (火)
会場： 筑波大学計算科学研究センター 1階 ワークショップ室（アクセス）

参加申し込み

参加申込： こちら からご登録をお願い致します．
締め切り： 2024年9月5日 (木)
定員： 40名程度
参加費： 無料
問い合わせ先： hpc-seminar [at] ccs.tsukuba.ac.jp

会場の都合により，参加定員を超えた場合，参加申込を早期に締め切らせて頂く場合があります．

プログラム

  9月9日(月) 9月10日 (火)
09:00 – 10:30 並列処理の基礎 並列数値アルゴリズムI
10:45 – 12:15 並列システム 最適化I
13:30 – 15:00 OpenMP 最適化II
15:15 – 16:45 MPI 並列数値アルゴリズムII

セミナー内容

  セミナー名 セミナー内容 講師
1 並列処理の基礎 アムダールの法則，並列化手法（EP，データ並列，パイプライン並列），通信，同期，並列化効率，負荷バランスなど並列処理に関する基礎事項を学ぶ． 朴 泰祐
2 並列システム SMP，NUMA，クラスタ，グリッドなどの並列計算機システムと，並列計算機システムの性能に大きく関わる事項（メモリ階層，メモリバンド幅，ネットワーク，通信バンド幅，遅延など）を学ぶ． 小林 諒平
3 OpenMP 並列プログラミングモデル，並列プログラミング言語OpenMPを学ぶ． 額田 彰
4 MPI 標準メッセージパッシングインターフェースMPIによる並列プログラミングを学ぶ． 藤田 典久
5 並列数値アルゴリズムI 代表的な並列数値アルゴリズムである高速フーリエ変換（FFT）を学ぶ． 高橋 大介
6 最適化I 並列計算機システムの計算ノード単体におけるプログラムの最適化手法（レジスタブロック，キャッシュブロック，メモリ割当など）と性能評価に関して学ぶ． 高橋 大介
7 最適化II 並列計算機システム全体における並列プログラムの最適化手法と性能評価に関して学ぶ． 建部 修見
8 並列数値アルゴリズムII 代表的な並列数値アルゴリズムである連立一次方程式の解法を学ぶ． 多田野 寛人

本セミナーを授業として受講する方へ（筑波大生向け）

本セミナーは，筑波大学理工情報生命学術院共通専門基盤科目「計算科学のための高性能並列計算技術」と共通です． 本セミナーを授業として受講する方は，TWINS で履修登録して下さい．このページからの参加申し込みは不要です．

AI 時代における計算科学の社会実装を実現する学際ハブ拠点 第2回シンポジウム

筑波大学計算科学研究センターは、文部科学省の令和5年度 共同利用・共同研究システム形成事業「学際領域展開ハブ形成プログラム」において「AI 時代における計算科学の社会実装を実現する学際ハブ拠点」として採択されました。本事業では、スーパーコンピュータと計算科学手法を用いた問題解決において、産官学の連携による新たな需要の開拓と、企業における計算科学手法の導入の裾野を広げることを大きな目的としています。拠点としての活動の活性化と分野を跨いだ知の共有を目的として、シンポジウムを以下の通り開催致します。
皆様奮ってご参加ください。
*参加申込された方にZoom情報をお送りしました。不達などトラブルがございましたら本ページ下部の問い合わせ先よりお問い合わせください。（24.10.4 10:30追記）

学際ハブ拠点シンポジウム

日時：　2024年10月7日（月）9:30-12:10
場所：　つくば国際会議場 中会議室201 / オンライン（Zoom）
参加登録：　参加登録フォーム 　参加登録締切10月3日
＊ 参加登録をされた方にZoom URL等の情報をお送りします。
参加費：　無料
＊ 同日・同所にて計算科学研究センターの主催する国際シンポジウム CCS Symposium 2024 を開催いたします。こちらは懇親会もございますので、ぜひご参加ご検討ください。
（懇親会申し込みはこちらから → CCS Symposium 2024 ウェブページ）

  タイトル 講演者
 9:30 – 9:40 開会のあいさつ 重田 育照
（筑波大学計算科学研究センター・筑波大学 研究担当副学長）
 9:40 – 9:50 プロジェクト紹介 朴 泰祐
（筑波大学計算科学研究センター センター長）

 9:50 – 10:00

 スパコンお試し利用の紹介 額田 彰
（筑波大学計算科学研究センター）
10:00 – 10:40 大規模シミュレーションとAIで拓くペプチド創薬への道 秋山 泰
（アヘッド・バイオコンピューティング株式会社 取締役CTO）
10:40 – 11:20 計算材料科学に基づくマテリアルデザイン 横山 智康（パナソニック ホールディングス株式会社）
11:20 – 12:00 まちづくり分野における大規模数値シミュレーション 畔上 泰彦（竹中工務店）
12:00 – 12:10 閉会のあいさつ 大谷　実
（筑波大学計算科学研究センター・計算科学社会実装推進室長）

 

問い合わせ：pr[at]ccs.tsukuba.ac.jp　（[at]→@に変換ください）

リボソーム内の化学的性質が翻訳中のタンパク質の立体構造に影響する

2024年8月20日
国立大学法人　筑波大学

細胞内でタンパク質合成を行うリボソーム内部の環境を模倣する構造モデルを作成し、計算機シミュレーションにより、リボソームで合成されたタンパク質が通過するトンネル内の多様な化学的性質が、翻訳中のタンパク質における立体構造形成に影響を及ぼすことを明らかにしました。

細胞内でタンパク質合成を行うリボソームにおいて、合成されたタンパク質は、リボソームトンネルと呼ばれる筒状の空間を通って放出されます。近年、一部のタンパク質はリボソームトンネル内で立体構造を形成し、その構造が機能的な意義を持つことが報告されてきました。しかし、その構造形成メカニズムは、よく分かっていませんでした。

　本研究では、これまで報告されたリボソームトンネルの立体構造を網羅的に解析し、その重要な特徴であるトンネルの内径と化学的性質を反映したRibosome Environment Mimicking Model（REMM、リボソーム環境模倣モデル）と呼ばれる筒状のモデルを作成しました。また、化学的性質は反映せず内径のみを再現した従来型のモデルとして、炭素原子のみからなる筒状の分子であるCarbon Nanotube（CNT）を比較用モデルとして用意しました。次に、これら２つのモデル内部における、さまざまなタンパク質の構造を分子動力学シミュレーションにより解析しました。その結果、本研究で考案されたREMMの方が、実験的にリボソームトンネル内で観測されていたタンパク質の構造をよく再現していました。さらに、REMMが反映する化学的性質がCNTと比べて多様であることが、実験構造をよく再現できた要因であることが分かりました。すなわち、リボソーム内の多様な化学的性質が、翻訳中のタンパク質における立体構造形成に重要だということができます。REMMを発展させることで、実際の細胞内におけるタンパク質の立体構造に対する理解が深まると期待されます。

 

プレスリリース全文はこちら

掲載論文

【題名】Ribosome Tunnel Environment Drives the Formation of α-helix During Co-Translational Folding
（リボソームトンネル環境は翻訳共同的な Folding おける α-helix 形成の駆動力である）
 
【掲載誌】Journal of Chemical Information and Modeling
 
【DOI】10.1021/acs.jcim.4c00901

 

【受賞】日下教授は日本気象学会賞、ドアン准教授が正野賞を受賞

地球環境研究部門の日下博幸教授とドアン・グアン・ヴァン准教授が、それぞれ日本気象学会から賞を授与されました。
 
日下博幸教授は日本気象学会賞を受賞しました。本賞は、日本気象学会の数ある賞の中でも最も歴史のある大きな賞で、筑波大学出身者としては初めての受賞、本学教員としては安成哲三名誉教授に続き二人目の受賞となります。
受賞選定理由は、『都市気象・気候と局地気象に関する現象メカニズムの解明と数値モデルの高度化』で、都市気象学分野で初の受賞者となりました。
 
受賞選定理由の全文は、日本気象学会のホームページでご覧いただけます。
 
 
ドアン・グアン・ヴァン准教授は、日本気象学会から正野賞を受賞しました。
同賞は40歳以下の研究者に贈られる賞で、受賞選定理由は『都市が熱帯地域の局地気候に与える影響及び都市気候変動に関する研究』です。
こちらも都市気象学分野で初の受賞者となりました。
 
受賞選定理由の全文は、日本気象学会のホームページでご覧いただけます。
 
（写真は2024年5月に開催された日本気象学会春季大会中の授賞式の様子。右端は佐藤薫理事長、左端は佐藤正樹大会委員長。右から２番目が日下教授、左から２番目がドアン准教授）
 
同じタイミングでの師弟ダブル受賞となりました。
 
 

第16回「学際計算科学による新たな知の発見・統合・創出」シンポジウム（要事前登録）

CCS International Symposium 2024

開催案内 [ →english]

主催 筑波大学 計算科学研究センター
日時 2024年10月7日（月）、8日（火） 14:00～17:00
会場 つくば国際会議場　中ホール300 
（オンライン配信あり *オンラインからの質疑を受け付ける予定はありません）
懇親会 10月7日（月）17:30〜　リストランテTSUMU
参加費 シンポジウム　参加無料、懇親会　7,000円　
参加登録 事前登録 （2024年9月24日締切）
問い合わせ シンポジウム問い合わせ窓口
ccssympo2024[at]ccs.tsukuba.ac.jp
スパム防止のためアットマークを[at]と表示しています。
送信の際は[at]はアットマークに置き換えていただくようお願いいたします。

＊　本シンポジウムは全て英語で行います。

プログラムおよび詳細については、こちらの英語ページをご覧ください。
https://www.ccs.tsukuba.ac.jp/sympo20241007en/

 

RPMBT22 will be held in Tsukuba, Sep. 23-27, 2024

The 22nd International Conference on Recent Progress in Many-Body Theories (RPMBT22) will be held in Tsukuba, Japan, September 23-27, 2024 (The reception and the registration are available on September 22). A series of conferences offer an ideal opportunity to recognize important achievements and to showcase significant new results in various aspects of many-body physics.

The conference is hosted by the Center for Computational Sciences, University of Tsukuba.

For more details, please access the conference website: https://project.ccs.tsukuba.ac.jp/event/23/

 

第144回計算科学コロキウムを、8月23日（金）14:00より開催します

第144回計算科学コロキウムを開催いたします。多数のご来聴をお待ちしております。

日時: 2024年8月23日（金）　14:00-16:30
場所: 計算科学研究センター　会議室A
言語: Japanese
共催: 学術変革領域研究 (A) 「メゾヒエラルキーの物質科学」

14:00-15:00 VB法とMO法の統合：クールソン・フィッシャー法 【Abstract】
  井田朋智 准教授(金沢大学)
15:15-16:15

固体NMRによるプロトン伝導性物質の局所構造と分子運動の解析 【Abstract】
 

水野元博 教授(金沢大学)

 

要旨

「VB法とMO法の統合：クールソン・フィッシャー法」
金沢大学　准教授　井田朋智
概要：分子の電子状態を記述する理論は大別して二つあり、一つが原子価結合法（VB法）であり、もう一つが分子軌道法（MO法）である。VB法は近代化学の進歩と共に、化学的現象を理論的に説明するために発展した。しかし現代の計算化学では、コンピュータの急激な進歩により、理論的な解釈は曖昧だが計算量により精度向上が容易なMO法が主流となっている。本講演ではVB法とMO法の違いを説明し、未だ量子化学黎明期に提案され、VB法とMO法を統合させる可能性を持つ、クールソン・フィッシャー法についての発展と現状をお話しする。

「固体NMRによるプロトン伝導性物質の局所構造と分子運動の解析」
金沢大学　教授　水野元博
概要：固体プロトン伝導体は燃料電池の電解質として注目されている。特に，“無加湿で高いプロトン伝導性”が求められており，沸点が水よりも高いイミダゾールやトリアゾールをプロトンキャリアとした固体プロトン伝導体の開発が進められている。これらの物質のプロトン伝導には，プロトンキャリア分子の回転運動が密接に関係しており，分子運動の解析はプロトン伝導の経路・メカニズムを理解する上で重要である。本セミナーでは，プロトン伝導体中のイミダゾールやトリアゾールの分子運動を固体NMR法により調べ，プロトン伝導の経路・メカニズムを解析した例を紹介する。

世話人：堀優太

 

16th symposium on Discovery, Fusion, Creation of New Knowledge by Multidisciplinary Computational Sciences: Program of Parallel sessions

CCS International Symposium 2024

Date and Venue  / Program / Registration  

Today, computational science is an indispensable research methodology in the basic and applied sciences and contributes significantly to the progress of a wide variety of scientific research fields. For multidisciplinary computational science based on the fusion of computational and computer sciences, frequent/regular opportunities for communication and collaboration are essential. The Center for Computational Sciences (CCS) at the University of Tsukuba aims to improve such collaborations between different research fields. In this symposium, plenary speakers in various fields of computational sciences will give us talks on research frontiers, comprehensible to researchers and graduate students in other fields. In 2010, the CCS was recognized under the Advanced Interdisciplinary Computational Science Collaboration Initiative (AISCI) by MEXT, and has since provided the use of its computational facilities to researchers nationwide as part of the Multidisciplinary Cooperative Research Program (MCRP). 

Date and Venue

Dates: 7 Oct. [Mon] 14:00 -　8 Oct. [Tue] 17:00
Venue: Epochal Tsukuba International Congress Center “Hall 300”
*Zoom streaming will also be available, but no questions will be accepted online.

Program

Oct. 7 (mon)      
14:00 – 14:15 Welcome address SHIGETA Yasuteru University of Tsukuba (Vice President and Executive Director for Research)
  Welcome address BOKU Taisuke

University of Tsukuba
(Director of CCS)
14:15 – 14:45

What global urban climate modeling teaches us

 Dan Li Boston University
14:45 – 15:15 Modern ab initio nuclear many-body theory Alexandros Gezerlis University of Guelph, Department of Physics
15:15 – 15:45 Coffee Break / Group photo    
15:45 – 16:15 Dynamical nonequilibrium molecular dynamics (D-NEMD) reveals the structural basis for allostery and signal propagation in biomolecular systems (online) Ana Sofia Fernandes Oliveira School of Chemistry, University of Bristol, UK
16:15 – 16:45 Upcoming supercomputers in CCS and JCAHPC TATEBE Osamu University of Tsukuba
16:45 – 17:15 Scaling El Capitan Ramesh Pankajakshan LLNL, El Capitan Center of Excellence
17:30 – 19:30 Reception    

 

Oct.8 (Tue)      
9:30 – 10:00 Quantum computers to aid simulations of fundamental particles and interactions (online) Zohreh Davoudi University of Maryland, Department of Physics
10:00 – 10:30 Tensor network approaches for condensed matter physics OKUBO Tsuyoshi the University of Tokyo
10:30 – 10:50 Coffee Break    
10:50 – 11:20 From Smart Services to Intelligent Services in Pervasive Computing Philippe Lalanda University Grenoble-Alpes (UGA), Computer Science
11:20 – 11:50 The genomes of unicellular holozoans elucidate the origin of multicellularity SUGA Hiroshi Prefectural University of Hiroshima
11:50 – 13:20 Lunch Break    
13:20 – 14:50 Poster Session  
14:50 – 15:20 Digital Brain Models and Their Applications Dean Chou National Cheng Kung University
15:20 – 15:50 Next-generation simulations of galaxy formation: coupling surrogate models with conventional simulations FUJII Michiko the University of Tokyo
15:50 – 16:00 Closing TATEBE Osamu University of Tsukuba
(Deputy Director of CCS)

Registration

Please complete your participation registration via the link below. The registration deadline is September 24.
https://forms.gle/7gdZ4VCwNR2Yw58U7 
(Registration is free, and the reception fee will be 7,000 JPY. )

Organizing Committee

Bou Savong
FUKUSHIMA Hajime
KAMEDA Yoshinari
Kowit Hengphasatporn
KURAMASHI Yoshinobu
KUSAKA Hiroyuki
NAKATSUKASA Takashi
NAKAYAMA Takuro
SATO A. Shunsuke
TATEBE Osamu

Advisory member:
BOKU Taisuke
NAKATSUKASA Takashi

Contact: ccssympo2024[at]ccs.tsukuba.ac.jp

第1回メゾヒエラルキー理論研究会

開催趣旨

生体組織に代表されるメゾスケールで構築される階層構造は、未知の現象が生じ、連結・競合する相互作用によって予期せぬ現象が生じる可能性がある。メゾスケールにおける特異な構造ヒエラルキーが存在する場合、複数の特徴的時空間スケールにわたる物理化学現象を統一的に記述する理論的枠組みを開発することが大きな課題となっている。本研究会では、学術変革領域研究(A)「メゾヒエラルキーの物質科学」の理論グループを集め、最新の知見や斬新なアイディアを共有し、階層的なメゾ現象に対応した信頼性の高い分子理論やコンピュータを使った計算手法を構築することを目的としている。

開催概要

開催日時：2024年7月17日 (水)  9:00 – 12:00

開催場所：筑波大学計算科学研究センター　ワークショップ室

スケジュール

（発表20分+質疑10分）

9:00 – 9:10

はじめに（重田 育照）

重田 育照（筑波大学）

9:10 – 9:40

メゾヒエラルキー理論（重田G）

重田 育照（筑波大学）

9:40 – 10:10

メゾヒエラルキーを再現する粗視化モデル開発と新しい反応経路探索の開発」

満田 祐樹（大阪公立大学）

10:10 – 10:30

メゾヒエラルキー理論（藤田G）

藤田 貴敏（QST）

10:30 – 11:00

（コーヒーブレイク and 討論フリートーク）

11:00 – 11:30

超分子集合体を形成する分子間力の理論解析とメゾ構造探索

石井 良樹（北里大学）

11:30 – 12:00

エントロピー由来のメゾヒエラルキーを介した3次元秩序形成

齋藤 一弥（筑波大学）

 

世話人：（筑波大計算科学研究センター）重田育照、堀優太、岡澤一樹
主催：学術変革領域研究(A)「メゾヒエラルキーの物質科学」
共催：計算科学研究センター

 

タンパク質結晶に分子を閉じ込め反応過程を可視化　－X線自由電子レーザーと量子化学計算による高精度解析－

2024年7月8日
東京工業大学
東北大学
筑波大学
理化学研究所

【要点】

○化学反応中の分子の構造変化をリアルタイムかつ原子レベルで追跡することに成功。
○タンパク質結晶の中に、反応が起こる「場」を作り出し、溶液中のような状態を再現。
○さまざまな化合物が引き起こす化学反応を可視化し、新しい分子の機能を設計するための開発ツールとして期待。

【概要】

　東京工業大学 生命理工学院 生命理工学系のマイティ・バスデブ特任助教と上野隆史教授（兼 同 科学技術創成研究院 自律システム材料学研究センター）のグループは、東北大学 多元物質科学研究所の南後恵理子教授（兼 理化学研究所 放射光科学研究センター チームリーダー）、筑波大学 計算科学研究センターの庄司光男教授らの研究グループと共同で、化学反応性を持つ金属錯体（用語1）をタンパク質結晶（用語2）に固定化し、X線自由電子レーザー（XFEL）（用語3）と量子古典混合（QM/MM）計算（用語4）を用いて化学反応中の金属錯体の構造変化をナノ秒レベルで原子分解能追跡し、反応機構を解明する技術を開発した。
　人工分子反応（用語5）の追跡手法は多数報告されているが、反応の際に生じる活性種の構造変化を実時間・原子レベルで追跡することは困難であった。本研究では、タンパク質結晶の細孔中に水分子が多く存在することに着目し、あたかも溶液中のようなタンパク質環境に金属錯体のマンガンカルボニル錯体（Mn(CO)3）を固定化し、結晶を保持しながら光照射で金属–CO結合の開裂反応を駆動させることに成功した。XFELを用いて、Mn(CO)3錯体を固定化したリゾチーム結晶（用語6）へ光を照射し、反応開始後のわずかな時間（10ナノ秒、100ナノ秒、1マイクロ秒後）の構造変化を観察した。この結果、CO配位子が選択的に順次解離していくことが明らかになった。さらに、QM/MM計算により、リゾチームのタンパク質環境によって反応が制御されていることを明らかにした。安定なタンパク質結晶の細孔を利用したこの手法は、さまざまな低分子化合物が起こす化学反応を可視化し、反応機構を理解するための基盤技術として、「有用な分子触媒の設計」や「複雑な分子反応メカニズムの理解」へ貢献すると期待される。

本成果は、自然科学分野の学術誌「Nature Communications（ネイチャーコミュニケーションズ）」のオンライン版で6月29日（現地時間）に公開された。

図1. リゾチームの結晶構造と本研究の概略図
図1. リゾチームの結晶構造と本研究の概略図

 

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【掲載論文】

【題名】
Real-time observation of a metal complex-driven reaction intermediate using a porous protein crystal and serial femtosecond crystallography

【掲載誌】
Nature Communications

【DOI】
10.1038/s41467-024-49814-9

 

 

第143回計算科学コロキウムを、6月21日（金）15:30より開催します

6月21日（金）に筑波大学地球科学学位プログラム大気科学分野主催の木曜セミナーと共催で、計算科学コロキウムを以下の通り開催します。
 
日時：15時30分-17時30分（開始時間が遅れる可能性があります）
場所：CCS国際ワークショップ室
講演者：松山理歩、日下博幸、Volkmar Wirth
 
[1] 松山理歩 (地球科学学位プログラム・博士前期課程2年）
Investigating the Influence of Mountain Height on Tsurushi Clouds Formation:
A Comparative Study of Mt. Fuji and Mt. Iwaki
 
[2] 日下博幸（計算科学研究センター・教授）
吊るし雲と翼雲の発生メカニズムについて
 
[3] Volkmar Wirth（ヨハネス・グーテンベルク大学マインツ・教授）
Banner cloud formation at a steep mountain: numerical simulations and observations at Mt Matterhorn
 
Vokmar Wirth教授は、山岳に出現する特別な雲、特に、旗雲（Banner Cloud）の論文を世界で一番多く書いており、数々の国際会議で招待講演を受ける、世界的に有名な研究者です。
世話人：日下博幸

[updated]142nd Colloquium of the Center for Computational Sciences

142nd Colloquium

Title: AI for Personalized Education
Speaker: Prof. Mukesh Mohania (IIIT Delhi, India)
Date: 18 June 2024
Time: 14:30-15:30 (updated)
Venue: SB911-2  (updated)
Language: English

Abstract: 
Online courses and learning systems have gained tremendous popularity over the last few years. While their ease of access and availability make them a very useful medium for knowledge sharing and learning, they do not keep the learners and their learning abilities in mind. The “one size fits all” approach to learning content and the question paper does not work in a large virtual classroom consisting of diverse students with different skill profiles, learning styles, aptitude and capabilities. In a traditional classroom, teachers who interact closely with students are in a position to evaluate the pace and depth of the curriculum being taught and can also suggest learning content to students not being able to cope with the general classroom teaching. Such suggestions and guidance are absent in current online learning systems. In this talk, we aim to address how AI can help in (1) making content smarter through learning content analytics and automatic content tagging, (2) generating the diverse, but semantically related, questions for evaluating the students’ knowledge, (3) assisting in short answers evaluation, and finally (4) understanding the students’ learning style/capacity through learning data analytics, thus enabling the adaptive and personalized education on Big Data platform.

Coordinator : AMAGASA Toshiyuki

[時間・場所変更あり]第142回計算科学コロキウムを、6月18日（火）14:30より開催します

第142回計算科学コロキウムを開催いたします。多数のご来聴をお待ちしております。

講演タイトル: AI for Personalized Education
講演者: Prof. Mukesh Mohania (IIIT Delhi, India)
日時: 2024年6月18日（火）　13:30-14:30 14:30-15:30 （時間変更）
場所: 計算科学研究センター　国際ワークショップ室 総合研究棟B 911-2ゼミ室 （場所変更）
言語: 英語

要旨:

Online courses and learning systems have gained tremendous popularity over the last few years. While their ease of access and availability make them a very useful medium for knowledge sharing and learning, they do not keep the learners and their learning abilities in mind. The “one size fits all” approach to learning content and the question paper does not work in a large virtual classroom consisting of diverse students with different skill profiles, learning styles, aptitude and capabilities. In a traditional classroom, teachers who interact closely with students are in a position to evaluate the pace and depth of the curriculum being taught and can also suggest learning content to students not being able to cope with the general classroom teaching. Such suggestions and guidance are absent in current online learning systems. In this talk, we aim to address how AI can help in (1) making content smarter through learning content analytics and automatic content tagging, (2) generating the diverse, but semantically related, questions for evaluating the students’ knowledge, (3) assisting in short answers evaluation, and finally (4) understanding the students’ learning style/capacity through learning data analytics, thus enabling the adaptive and personalized education on Big Data platform.

Brief Biography:
Mukesh Mohania joined IIIT Delhi as a Professor in November 2019. He served as a Dean (Innovation, Research and Development) from July 2020-June 2023 at IIIT Delhi. Prior to joining the IIITD, he has held senior technical roles in IBM Research in India and Australia. He served as a Chief Architect of IBM Watson Education. His innovations center on AI for Education, Information (structured and unstructured
data) integration, and developing complex systems and applications in these areas, particularly in Education and Financial sectors. Over the course of his career, he has led a succession of successful projects that produced technology and products in use across the industry today, as well as influential and frequently cited technical work and patents. He holds 60+ granted patents and published 120+ technical papers in International Conferences and has widely participated in Industry forums. For these accomplishments, IBM recognized him as an “IBM Distinguished Engineer” (2013), “Master Inventor” (2009), “Member of IBM Academy of Technology” (2010), “Best of IBM” (2014). He has received several IBM corporate and research level awards, such as, “Excellence in People Management”, “Outstanding Innovation Award”, “Technical Accomplishment Award”, “Leadership By Doing”, and many more. He is a founding project director of DST sponsored Technology Innovation Hub (TIH) on ‘Cognitive Computing and Social Sensing’ at IIIT Delhi and received Rs100Cr (USD12M) for 2021-2025. He has held several visible positions, like ACM Distinguished Scientist (2011-), DASFAA Industrial Track co-chair (2024), VLDB Conference Organizing Chair (2016), DASFAA General- co-chair (2022), ER PC co-chair (2022), ACM India Vice-President (2015-17), ACM Distinguished Service Award Committee chair (2017-2018), Adjunct Professors/Industrial R&D board at various top universities in India and Australia, and many more, and has received IEEE Meritorious Service Award and ACM Outstanding Service Award.

世話人：天笠俊之

 

[ウェビナー]都市の未来： 持続可能で強靭な都市へのナビゲート

筑波大学計算科学研究センターとブルガリア大学GATEは、都市気候の科学者、専門家、政策立案者、研究者、学生、サステイナビリティに関心のある世界中の人々へ向けて、サスティナブルな都市に関するウェビナーを開催します。

日時：2024年6月12日（水）13:00 to 16:00 EEST (19:00 to 22:00 JST)
場所：オンライン（要事前申し込み）申し込みフォーム
参加費：無料
使用言語：英語

講演者等の詳細は、ウェビナーのページ（外部・英語）をご覧ください。

 

なお本ウェビナーは在日ブルガリア共和国大使館の後援を得て実施されます。

[Webinar] Urban Futures: Navigating the Path to Sustainable and Resilient Cities

We are delighted to invite you to an insightful and forward-thinking urban webinar scheduled for the 12th of June (Wed) 2024 from 13:00 to 16:00 EEST (19:00 to 22:00 JST). This event is brought to you by the GATE Institute, Sofia University, Bulgaria and the Center for Computational Sciences, University of Tsukuba, Japan, with the support of the Embassy of the Republic of Bulgaria in Tokyo. It will be held virtually, allowing for broad participation from urban climate scientists and experts, policymakers, researchers, students and sustainability enthusiasts worldwide.

Event Overview

Cities are at the forefront of the battle against climate change, and sustainable urban development is crucial for creating resilient communities. This webinar aims to explore the innovative strategies and best practices that can help shape the cities of tomorrow.

 

Date and Venue

Date: 12th of June (Wed) 2024, 13:00 to 16:00 EEST (19:00 to 22:00 JST)
Venue: online

 

Some of the Key Topics

Urban Climate, Urban Heat Islands, Thermal Environment, Green Infrastructure, Innovative Technologies, Community Engagement

 

Invited Speakers

For more information, please visit the webinar webpage.

 

Why Attend?

  • Gain insights from leading experts in urban climate and resilience.
  • Discover practical solutions and innovative approaches to urban challenges.
  • Network with professionals and stakeholders in the field of urban development.
  • Participate in interactive discussions and Q&A sessions.

 

Registration

To register for the webinar, please fill out the registration form. Attendance is free, but we encourage you to secure your spot early. After registration, you will receive a link to join the webinar.

 

Contact Information

For more information or any inquiries, please contact us at lidia.vitanova[at]gate-ai.eu and doan.van.gb[at]u.tsukuba.ac.jp ([at]–> @)

We look forward to your participation!

 

研究トピックス「仮想粒子を用いて原子核の実態に迫る！」を公開

計算科学研究センター（CCS）に所属する教員・研究員の研究をわかりやすく紹介する「研究者に聞くー研究トピックス」に「vol.18 仮想粒子を用いて原子核の実態に迫る！」を公開しました。

「研究者に聞くー研究トピックス」

原子核物理研究部門の清水准教授の研究を紹介しています。

「仮想粒子を用いて原子核の実態に迫る！」