新型コロナウィルス（SARS-CoV-2）の表面に突き出たスパイクタンパク質（S タンパク質）は，感染細胞 との結合サイトとして創薬やワクチン開発の主要標的とされる．感染の際，S タンパク質の受容体結合ドメイン（Receptor Binding Domain: RBD）は不活性型（ダウン構造）から活性型（アップ構造）へと変化することが知られているが，X 線結晶構造解析やクライオ電子顕微鏡を用いた単粒子解析から，S タンパク質は高い柔軟性をもち上記以外にも多様な構造をとることが示唆される．またS タンパク質表面に多く存在する糖鎖の立体構造を原子レベルで実験的に決定することは難しい．我々は「富岳」に最適化されたGENESIS を用いた分子動力学（Molecular Dynamics: MD）シミュレーションを行い，S タンパク質と糖鎖の相互作用やS タンパク質の構造変化などに関して詳細な知見を得た．S タンパク質の動的構造を理解することが，新たな治療薬やワクチンの開発に繋がることを期待する．

スーパーコンピュータ「富岳」が2021 年3 月に供用開始された．一世代前の「京」と同様に多数のCPU ノードで構成されるHigh Performance Computing (HPC)マシンである．このような多数ノードスパコンを有効活用し，かつ実在材料・実在問題により即した理論計算モデルによる蓄電池内現象の微視的機構解明・理論的予言に，筆者らは取り組んできた．その手法開発と応用計算事例について紹介する．

「環境適合型機能性化学品」は，ポリマー系の全原子解析を行う「富岳」成果創出加速プログラムである．ポリマー材料の環境適合化を目指して，MD とQM/MM によるポリマー複合系の相互作用解析を行っている．全原子MD の対象を共重合体に拡張し，水の透過性を規定するポリマーの構造特性を特定するとともに，水の溶解自由エネルギーと拡散係数は共重合種の変化に対して逆相関の関係にあり，前者が水の透過性を支配することを示した．さらに，実験での振動スペクトルを再現可能なレベルでポリマーと水の相互作用をモデリングすることで高分子側鎖の集合構造を明らかにし，また，長時間MD を必要とするポリマー材料中の水分子拡散に対して，短時間の水分子の座標の時系列データから長時間の時系列データを構成する機械学習手法を開発した．有機／無機界面に対するQM/MM 型の大規模シミュレーションおよびプロトン化自由エネルギーの計算を行い，水分による接着・結合の劣化過程を原子分解能で明らかにするとともに，高分子破壊への溶媒効果を大規模MD によって調べ，有機溶媒であるメタノールだけでなく水ですら降伏応力を低下させ破壊を起こりやすくすることを示した．

QM/MM 法は，凝縮系の化学反応に有効な手法である．しかし，QM/MM 法を長時間の分子動力学シミュレーションと組み合わせることは，現在の計算機環境でも難しい．特に，電子励起状態が関わる化学反応は，QM 領域の量子化学計算の計算コストが跳ね上がるため，非常に困難である．このような状況を解決するために，筆者らは凝縮系の化学反応のポテンシャル関数を高精度かつ高効率に生成する手法の開発を行ってきた．本稿では，筆者らが開発してきた手法の概要とその応用例を紹介する．

金属物質内の自由電子の古典的運動方程式を力場モデルの枠組みに組み込むことにより，光振動電場下での可視領域に於ける光応答ダイナミクスを記述できる分子シミュレーションを開発した．本稿ではその計算手法ならびにバルク金属と溶液中金属ナノ粒子を用いた計算例：鏡像力ポテンシャルの再現，誘電関数および吸収スペクトルの計算，プラズモン共鳴励起と熱・エネルギー緩和のシミュレーション，を紹介する．

本稿では，まず全原子分子動力学シミュレーションを用いた代表的な抗菌ペプチドmelittin による膜細孔形成過程の自由エネルギー解析について解説する．次に，複雑な細孔形成の動的過程の解明に必要な長時間シミュレーションを実現するため開発した粗視化分子力場pSPICA について説明する．最後に，pSPICA を用いた粗視化分子シミュレーションで観測されたmelittin による細孔形成を含む脂質膜の形態変化について紹介する．

GENESIS(Generalized-Ensemble Simulation System)はタンパク質や核酸，膜分子などの生体システムの分子動力学法計算エンジン，モデリング，解析ツールを含んだプログラムである．これまでに計算が難しかった時空間の生命科学等を解析するため，「富岳」などスーパーコンピュータによる効率的な大規模並列計算を実現できることが大きな特長である．本稿では，GENESIS の特徴などを述べるとともに，公開版GENESIS1.7 と，開発版GENESIS2.0b3 の二つの最新版に対して，代表的な機能や高速化について紹介する．