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生体情報学２

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令和６年度以前入学者 生体情報学２
教員名 黒田大祐
単位数    2 学年    3 開講区分 文理学部
科目群 生命科学科
学期 後期 履修区分 選択
授業形態 対面授業
授業の形態 対面授業を基本とする。状況に応じてオンライン授業および課題研究を組み合わせて行う。
授業概要 本講義では、生体分子構造の解析および分子設計に焦点を当てた先進的なバイオインフォマティクス手法を学ぶ。タンパク質の立体構造に関する物理化学的基礎、分子シミュレーション、構造比較、構造予測といった各テーマについて詳細に解説する。特に、後半には「構造バイオインフォマティクスと機械学習」の応用に焦点を当て、実際のタンパク質構造データからの特徴抽出、モデル構築、予測および評価手法を実践的に学習する。これにより、各種手法の可能性と限界を理解し、将来的な研究や創薬に応用できる「使える知識」を身につけることを目指す。Pythonを用いたハンズオン演習も適宜紹介する。
授業のねらい・到達目標 （知識）
１.生命科学におけるデータの情報学的処理法について理解し、説明できるようになる（A-3-3、A-4-3）。
２.生体分子の構造バイオインフォマティクス技術について理解し、説明できるようになる（A-3-3、A-4-3）。

（能力）
この科目は文理学部生命科学科（学士（理学））のディプロマポリシーDP3、4、8及びカリキュラムポリシーCP3、4、8に対応している。
３.物事を既存の知識にとらわれることなく、科学的根拠に基づいて論理的・批判的に考察し、説明することができる（DP3-3）。
４.日常生活における現象に潜む科学的問題を見出し、専門的知識に基づいて解決策を提案できる（DP4-3）。
５.学修状況を自己分析し、その成果を評価することができる（DP8-3）。


各回の授業・事前学習・事後学習を通して、日本大学教育憲章にある以下の能力を身につけることを目標とする。
A-3（DP3・CP3）：論理的・批判的思考力
A-4（DP4・CP4）：問題発見・解決力
A-8（DP8・CP8）：省察力
授業の形式 講義、演習
授業の方法 授業の形式
教材の基本事項を説明し、随時解析ツールの実演を行うことで基礎・理論の定着を図る。Google Colaboratoryを用いた演習/解説も紹介するため、ノートパソコンの持参を推奨する。ノートパソコンを持っていない場合は、学科共有パソコンを授業時間内に限り、貸し出すことができる。

体調不良などで出席停止となった場合、CanvasLMSやzoomなどのオンラインツールを用いて課題の提出と質問対応を行う。
授業計画
1 ガイダンス。授業のテーマや達成目標および授業の方法について説明する。また、講義で必要な生命科学の基礎を概観し、前期の生体情報学１の復習を行う。
【事前学習】バイオインフォマティクスにはどのような研究テーマかあるか調査しておく（A-4） （2時間）
【事後学習】講義で扱った項目について十分に復習しておく（A-8） （2時間）
【担当教員】黒田大祐
【授業形態】対面授業
2 バイオインフォマティクスとプログラミング（A-3）
【事前学習】生命科学領域にけるPythonの活用について調査しておく（A-4） （2時間）
【事後学習】生命科学領域にけるPythonの活用について十分に復習しておく（A-8） （2時間）
【担当教員】黒田大祐
【授業形態】対面授業、課題研究
3 生体分子構造の基礎と物理化学（A-3）
【事前学習】生体分子の立体構造について調査しておく（A-4） （2時間）
【事後学習】生体分子の立体構造とそれに働く力について十分に復習しておく（A-8） （2時間）
【担当教員】黒田大祐
【授業形態】対面授業
4 タンパク質の立体構造と分子シミュレーション（A-3）
【事前学習】分子シミュレーションについて調査しておく（A-4） （2時間）
【事後学習】分子シミュレーションについて十分に復習しておく（A-8） （2時間）
【担当教員】黒田大祐
【授業形態】対面授業
5 タンパク質の立体構造の特徴抽出と構造比較（A-3）
【事前学習】タンパク質の立体構造の特徴について調査しておく（A-4） （2時間）
【事後学習】タンパク質の立体構造の特徴について十分に復習しておく（A-8） （2時間）
【担当教員】黒田大祐
【授業形態】対面授業
6 タンパク質の立体構造予測１（A-3）
【事前学習】タンパク質の配列相同性について調査しておく（A-4） （2時間）
【事後学習】タンパク質の配列相同性について十分に復習しておく（A-8） （2時間）
【担当教員】黒田大祐
【授業形態】対面授業
7 タンパク質の立体構造予測２（A-3）
【事前学習】タンパク質のab initio構造予測について調査しておく（A-4）調査しておく（A-4） （2時間）
【事後学習】タンパク質のab initio構造予測について十分に復習しておく（A-8） （2時間）
【担当教員】黒田大祐
【授業形態】対面授業
8 タンパク質の相互作用予測１（A-3）
【事前学習】タンパク質同士の相互作用と機能の関係について調査しておく（A-4） （2時間）
【事後学習】タンパク質同士の相互作用と機能の関係について十分に復習しておく（A-8） （2時間）
【担当教員】黒田大祐
【授業形態】対面授業
9 タンパク質の相互作用予測２（A-3）
【事前学習】タンパク質とその他の分子との相互作用について調査しておく（A-4） （2時間）
【事後学習】タンパク質とその他の分子との相互作用について十分に復習しておく（A-8） （2時間）
【担当教員】黒田大祐
【授業形態】対面授業
10 タンパク質の立体構造予測の逆問題としての分子設計１（A-3）
【事前学習】タンパク質の立体構造予測と分子設計の関係について調査しておく（A-4） （2時間）
【事後学習】タンパク質の立体構造予測と分子設計の関係について十分に復習しておく（A-8） （2時間）
【担当教員】黒田大祐
【授業形態】対面授業
11 タンパク質の立体構造予測の逆問題としての分子設計２（A-3）
【事前学習】タンパク質のデノボ設計について調査しておく（A-4） （2時間）
【事後学習】タンパク質のデノボ設計について十分に復習しておく（A-8） （2時間）
【担当教員】黒田大祐
【授業形態】対面授業
12 構造バイオインフォマティクスと機械学習１（A-3）
【事前学習】生体分子に関する機械学習について調査しておく（A-4） （2時間）
【事後学習】生体分子に関する機械学習について十分に復習しておく（A-8） （2時間）
【担当教員】黒田大祐
【授業形態】対面授業、課題研究
13 構造バイオインフォマティクスと機械学習２（A-3）
【事前学習】生体分子に関する機械学習について調査しておく（A-4） （2時間）
【事後学習】講義で扱った生体分子に関する機械学習について十分に復習しておく（A-8） （2時間）
【担当教員】黒田大祐
【授業形態】対面授業、課題研究
14 構造バイオインフォマティクスと機械学習３（A-3）
【事前学習】AlphaFoldや深層学習の生命科学への応用について調査しておく（A-4） （2時間）
【事後学習】AlphaFoldや深層学習の生命科学への応用について十分に復習しておく（A-8） （2時間）
【担当教員】黒田大祐
【授業形態】対面授業、課題研究
15 授業内試験とその解説、全体の総括（A-8）
【事前学習】これまでに学修した内容について十分に復習しておく（A-8） （2時間）
【事後学習】解説を踏まえ、友人等と積極的に議論し、正解できなかった問題に対し再確認を行う（A-8） （2時間）
【担当教員】黒田大祐
【授業形態】対面授業
その他
教科書 プリントを随時配布する。
参考書 藤博幸  『よくわかるバイオインフォマティクス入門』 講談社 2018年
藤博幸  『タンパク質の立体構造入門　基礎から構造バイオインフォマティクスへ』 講談社 2010年
Ken Youens-Clark (著), 異業種データサイエンス研究会 (翻訳) 『Pythonではじめるバイオインフォマティクス ―可読性・拡張性・再現性のあるコードを書くために』 オライリー・ジャパン 2023年
藤博幸  『タンパク質機能解析のためのバイオインフォマティクス』 講談社 2004年
成績評価の方法及び基準 授業内テスト(80%)、授業参画度(20%)
・学期末に「授業内テスト」を行い、各回で学んだことを説明できるかどうかで評価する（A-3、A-4、A-8）。
・授業参画度は、毎回のリアクションペーパー（授業時間に学修した内容のまとめを記入）の内容、提出状況を評価する（A-3、A-8）。
・テストおよびリアクションペーパーについて、解説を行いフィードバックする。
・対面授業中に扱うノートパソコンでの演習内容は成績評価には含めない（課題研究は除く）。
オフィスアワー 本館５階（５０２）。随時（事前にアポイントをとること。アポイントの取り方については第一回のガイダンス時に説明する）。
Canvas LMSとメールを用いての質疑応答も行う。

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