大規模協働ベンチマーク:OpenFE オープンソース RBFE プロトコルの産業評価
Baumann, Horton, ... Mobley & Alibay — J. Chem. Inf. Model. (2026) | DOI: 10.1021/acs.jcim.6c00089 | 製薬15社の前競争的協働
🎯 MITライセンスのオープンソースRBFE(OpenFE)を製薬15社が独立検証:素の設定で商用FEP+に肉薄、産業投入レディかを95系1700+リガンドで判定
① 背景と課題

アルケミカル相対結合自由エネルギー(RBFE)計算は創薬の化合物優先順位付けで gold-standard だが、信頼できる実装は Schrödinger FEP+ など商用が中心で、ライセンス制約とプロトコル改変の柔軟性に難がある。オープンソース学術ソフトは permissive ライセンスで最先端だが、大規模検証・長期保守・高スループット最適化を欠きがちだった。

公開ベンチマークは保守的でプロトコルが過適合しやすく、実世界の前向き性能を反映しにくい
第三者・盲検データでの大規模独立検証は SAMPL/CSAR/D3R 等の単発チャレンジに限られていた

→ OpenFE(学界×産業界の結節点)の第一弾 RBFE プロトコルを、開発元以外の製薬15社がデフォルト設定で公開+盲検プライベートデータに横断適用して評価

② 手法概要(OpenFE RBFE)
kartograf 3D 原子マッピング + LOMAP

ハイブリッドトポロジー(共通コア内挿)

中性=11λ/5ns・電荷変化=22λ/20ns
HREX(交換1ps)on OpenMM

pymbar MBAR → cinnabar MLE で ΔGbind
(3連 repeat, 初速のみ乱数)
OpenFE
Perses 由来・Amber14SB / OpenFF Sage 2.2.0 / AM1-BCC / TIP3P

電荷変化は co-alchemical water 法で net-neutral を維持(水→対イオン, 0.8nm 以遠, 形式電荷差≤1)。HMR 3 amu・4 fs・PME。

③ 計算化学パイプラインへの応用
  • lib/fep: DockFEP/MMGBSAEngine を HREX ハイブリッドトポロジー RBFE に拡張
  • lib/fep: co-alchemical water による charge-change 対応プロトコル
  • lib/fep: SD/MBAR error/overlap を束ねた edge 収束判定ユーティリティ
  • lib/fep: fraction-of-best-ligand・符号精度・RAE 等の実務指向統計
  • lib/docking: kartograf 3D マッピング+Open3DALIGN 事前アライメントで入力ポーズ品質を担保
実装ギャップ: HREX RBFE プロトコル本体・broken network 自動補修・GCMC 埋もれ水サンプリングが lib/fep に未実装
④ 主な結果 (a) 公開 vs プライベート vs FEP+
1.20 FEP+ 公開 (手動最適化) 1.73 OpenFE 公開 (デフォルト) 2.44 OpenFE 私的 (盲検37系) 0.0 1.0 2.0 3.0 重み付き pairwise RMSE (kcal/mol)

公開58系で OpenFE 1.73(10系が sub-kcal/mol)、手動調整 FEP+ 1.20(19系)。盲検プライベート37系では 2.44 に上昇(sub-kcal/mol は2系のみ)=実世界の難しさを反映。

④ 主な結果 (b) 絶対誤差の達成率
47.4 60.7 <1 kcal/mol 78.3 89.6 <2 kcal/mol OpenFE FEP+ 0% 50 100 公開 pairwise 誤差の達成率

誤差統計では FEP+ が一貫して優位(1 kcal/mol 内で約13pt 差)だが、2 kcal/mol 閾値では差が縮む。ランキング指標(fraction-of-best-ligand)は両者統計的に同等(Wilcoxon p=0.25)。

④ 主な結果 (c) 産業利用基準
指標結果
失敗 edge(公開)64 / 1245
再現性 (repeat 範囲<1 kcal)公開 83.5% / 私 71.7%
中性 edge スループット5.8 ± 3.4 h
電荷変化 edge31.0 ± 11.3 h
収束(サンプリング)80% で概ね収束
edgewise RMSE 公開1.37 kcal/mol
edgewise RMSE 私的1.93 kcal/mol

NVIDIA L40S GPU。堅牢性・再現性・スループット・収束速度の産業利用4基準をすべて充足。

⑤ 主要な発見・テイクホーム
  • 製薬15社の協働で MIT ライセンス OpenFE RBFE を 1700+ リガンド・95系で独立検証
  • 素の設定で公開 RMSE 1.73 kcal/mol=手動最適化 FEP+ (1.20) にランキングで肉薄
  • 精度は系依存で単一の支配的誤差源なし=入力品質と変換タイプが主因
  • 盲検プライベートでは 2.44 へ悪化=実世界データの前処理品質が鍵
  • 主な外れ値要因: 水サンプリング不足・ポーズ不良アライメント・電荷移動・部分縮環変換
限界: 誤差統計で FEP+ に差が残る/GCMC 未実装/膜タンパク・巨大環は対象外/電荷変化変換は過少代表。改善余地を明示。