톱10 하이라이트

1

대규모 약물 재창출(Repurposing)을 통한 SARS-CoV-2 항바이러스제의 발견

Nature 586 (2020년10월1일)

SARS-CoV-2 (Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2) 출현과 전세계의 COVID-19 (Coronavirus disease 2019) 발병으로 인해 SARS-CoV-2 치료법이 시급한 실정이다. 잠재적 치료법의 발견과 개발을 신속하게 진행하기 위해서 Sumit Chanda와 연구진들은 배양된 세포에서 SARS-CoV-2 의 복제를 억제하는 약물을 찾고자 ReFRAME 라이브러리(임상 단계에 있거나 FDA로부터 승인받은 12,000개의 약물)를 스크리닝하였다. 연구진들은 Vero 세포에서 500 nM 미만의 50% 최대 유효 농도(Half maximal effective concentrations)를 포함하여 치료에 유리한 특성을 가진 9개의 약물을 발견하였다. 이러한 약물들에는 폴리아민 유사체(Polyamine analogue) SL844 11128, PPAR-γ agonist DS-6930, 비뉴클레오사이드(Nonnucleoside) HIV-1 역전사 효소 저해제 R 82913와 여러 종류의 단백질 분해효소(Protease) 저해제가 포함되어 있으며, 이 중 일부는 사람 세포주에서 SARS-CoV-2 복제를 억제하였다. 특이적 PIKfyve 인산화효소(Kinase) 저해제인 아필리모드(Apilimod) 50% 최대 유효 농도인 23 nM에서 SARS-CoV-2 복제를 억제하였으며, 사람 폐포세포(Pneumocyte)와 ex vivo 폐 조직에서 항바이러스 활성을 나타내었다.

Article doi: 10.1038/s41586-020-2577-1

2

다양한 포유류에서의 풍진 바이러스(Rubella virus)의 친척 바이러스

Nature 586 (2020년10월15일)

Tony Goldberg와 연구진들은 풍진 바이러스(Rubella virus)의 친척 바이러스가 처음으로 발견되었다고 발표하였다. 본 연구에서 연구진들은 이러한 2가지의 바이러스에 대하여 기술하였다. 첫 번째는 우간다의 박쥐에서 발견된 Ruhugu 바이러스이며, 두 번째는 독일 동물원의 뇌염(Encephalitic)이 발생한 동물과 동물원 근처의 건강한 들쥐에서 발견된 Rustrela 바이러스이다. Rustrella 바이러스는 뇌염이 발생한 동물의 뇌에서 발견되었다. 이 2개의 새로운 바이러스는 풍진 바이러스와 동일한 게놈(Genome organization)을 공유하며 수용체 결합과 세포 융합을 매개하는 E1 단백질의 모델링은 ruhugu와 풍진 바이러스의 유사한 세포 융합 능력을 예측할 수 있게 해준다. 다양한 포유류에서 풍진 바이러스와 유사한 바이러스들을 확인함으로써 풍진 바이러스 자체가 인수공통 감염병의 기원이 될 수 있다는 사실을 알 수 있을 것으로 보인다.

Article doi: 10.1038/s41586-020-2812-9

3

COVID-19 대응 효과를 시험하기 위한 SARS-CoV-2의 마우스-적응형 모델(Mouse-adapted model)

Nature 586 (2020년10월22일)

COVID-19 (Coronavirus disease 2019)의 소동물(Small animal) 모델은 후보 항바이러스제와 백신을 평가하기 위한 High-throughput 전임상 모델로 유용할 것으로 보인다. 그러나 SARS-CoV-2 (Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2)은 바이러스의 스파이크 단백질이 마우스의 ACE2 (Angiotensin-converting enzyme 2) 수용체에 결합하지 못하기 때문에 야생형 마우스를 감염시키지 못한다. 이러한 한계점을 해결하기 위하여 Ralph Baric와 연구진들은 마우스 ACE2에 결합할 수 있는 SARS-CoV-2 스파이크 단백질을 리모델링하기 위하여 역 유전학(Reverse genetics )을 이용하였다. 연구진들은 마우스-적응형 바이러스(Mouse-adapted virus)가 야생형 마우스의 상부와 하부 기도에서 복제 가능하였으며, 치료제를 시험하기 위한 모델로 사용할 수 있음을 보여주었다. 연구진들은 인터페론-λ(Interferon-λ)의 예방적 및 치료적 투여에 의해 마우스를 COVID-19로부터 보호할 수 있으며, 백신 접종에 의해 마우스를 COVID-19로부터 보호할 수 있다는 것을 보여주었다.

Article doi: 10.1038/s41586-020-2708-8

4

탄소질 황 수소화물(Carbonaceous sulfur hydride)에서 실온 초전도성(Superconductivity)

Nature 586 (2020년10월15일)

임계 온도 이하의 저항이 없는 전기를 전도하는 물질인 초전도체(Superconductor)는 20세기 초 이후 알려졌다. 그러나 수십 년 동안 이 현상은 절대 영도에 가까운 온도에서만 발생된다고 여겨졌다. 1980년대에 고온 초전도체가 발견됨에 따라 고온이 -140°C 정도였음에도 불구하고 상기의 관념은 뒤바뀌게 되었다. 그 이후로 더 높은 온도에서 초전도를 일으키는 물질에 대한 연구가 활발해졌으며, 이번 주 호에서 Ranga Dias와 연구진들은 오랫동안 추구했던 목표인 실온에서 초전도를 일으키는 물질을 확인하였다. 연구진들은 약 15°C에서 초전도성을 보여주는 광화학적으로 변형된 탄소질 황 수소화물 시스템(Carbonaceous sulfur hydride system)을 생성하였다. 이 현상은 여전히 ​​최소 270 기가 파스칼의 높은 압력을 필요로 하지만, 연구진들은 시스템의 화학적 조정이 더 낮은 압력에서 초전도성을 달성할 수 있을 것이라고 생각하였다. 표지 이미지: Peter Crowther

Article doi: 10.1038/s41586-020-2801-z

5

뇌-영감 컴퓨팅(Brain-inspired computing)을 위한 시스템 계층

Nature 586 (2020년10월15일)

뉴로모픽 컴퓨팅(Neuromorphic computing)은 뇌에서 영감을 받아 표준 폰 노이만(Von Neumann) 컴퓨터(별도의 메모리와 처리 장치간에 데이터 이동이 필요)의 기존 한계를 겪지 않는 컴퓨팅 구조를 제공하고 인공 지능 개발을 위한 유망한 플랫폼을 제공한다. 그러나 튜링 완전성(Turing completeness) 개념과 소프트웨어와 하드웨어간의 호환성과 유연성을 제공하는 폰 노이만 구조를 중심으로 구축된 잘 확립된 컴퓨터 계층을 가진 기존의 컴퓨팅 시스템과 달리, 현재 뉴로모픽 컴퓨팅을 위한 일반화된 시스템 계층은 없다. Luping Shi와 연구진들은 뉴로모픽 완전성 개념을 소개하고 뇌에서 영감을 받은 다양한 하드웨어와 소프트웨어 디자인 간의 호환성을 향상시킬 수 있는 뉴로모픽 컴퓨팅을 위한 시스템 계층을 제안하였다.

Article doi: 10.1038/s41586-020-2782-y

News & Views doi: 10.1038/d41586-020-02829-w

6

화학 합성과 분리를 위한 동심원 액체 반응기(Concentric liquid reactors)

Nature 586 (2020년10월1일)

플라스크는 오랫동안 화학 합성과 분리를 위해 필요한 기초적인 도구였다. 최근 몇 년 동안 배치 반응기(Batch-reactor)와 흐름 기반 시스템(Flow-based systems)이 매뉴얼 핸들링(Manual handling) 또는 중간체(Intermediates) 없이 다단계 공정을 실행하도록 만들어졌지만 두 가지 접근 방식 모두 설정과 제어를 위해 고도의 정밀 엔지니어링이 필요하다. 이번 주 호에서 Bartosz Grzybowski와 연구진들은 각각 수백 마이크로미터에서 밀리미터 두께의 비혼화성(Immiscible) 또는 쌍-비혼화성(Pairwise-immiscible) 액체의 자기 조직화(Self-organizing) 동심원 층(Concentric layers)을 기반으로 하는 회전 화학 반응기(Rotating chemical reactors)를 보여주었다. 공정의 여러 단계는 층의 순서에 따라 결정되며 반응기 회전 속도의 주기적인 변화를 통해 혼합함으로써 수송이 촉진된다. 연구진들은 다단계 화학 합성, 동시 산-염기 추출과 복잡한 반응 혼합물의 분리에서 액체 반응기의 사용을 시연하였다. 표지 이미지: Olgierd Cybulski.

Article doi: 10.1038/s41586-020-2768-9

7

그래핀(Graphene) 기반 조셉슨 접합(Josephson junction) 마이크로파 볼로미터(Bolometer)

Nature 586 (2020년10월1일)

마이크로파 검출기(Microwave detectors)는 전파천문학(Radioastronomy)과 초전도 양자 기술(Superconducting quantum technologies)에서 매우 중요한 장비이다. 마이크로파 볼로미터(Bolometers)의 민감도를 개선하기 위한 기존 전략은 열 응답(Thermal response)을 증가시키기 위해 점점 더 작은 장치를 제작하는 것이었으나, 이 방법은 점점 더 어려워지고 있다. Kin Chung Fong과 연구진들은 본질적인 열 변동(Thermal fluctuations)에 의해 부과된 근본적인 한계에 근접한 에너지 분해능(Energy resolution)을 갖는 그래핀 단층(Graphene monolayers)을 기반으로 하는 얇은 마이크로파 볼로메트릭 센서(Microwave bolometric sensor)를 시연하였다.

Article doi: 10.1038/s41586-020-2752-4

8

병원체 회피를 학습하기 위해 박테리아의 non-coding RNAs를 번역하는 C. elegans

Nature 586 (2020년10월15일)

Caenorhabditis elegans는 박테리아를 먹이로 한다. 그러나, 그 박테리아가 병원성을 가진다면 어떻게 될까? Coleen Murphy와 연구진들은 선충이 small RNA에 의해 매개되는 메커니즘을 통해 이러한 박테리아를 피하는 법을 배운다는 것을 보여주었다. 특히, Pseudomonas aeruginosa 병원성 균주의 small RNA, P11에 노출될 경우, 선충은 병원성 박테리아를 피하는 법을 습득했다. 이 획득된 행동은 생식세포에서 P11을 생성하는 piRNA 경로에 의존적이다. 자손은 ASI 뉴런에 P11을 포함하고 있으며, 이는 두 유전자 (maco-1 및 daf-7)의 발현에 영향을 미치고 학습된 행동을 초래하며, 이 효과는 4대에 걸쳐 지속된다. 이러한 결과는 트랜스 킹덤(Trans-kingdom) 신호 메커니즘의 한 유형을 보여준다.

Article doi: 10.1038/s41586-020-2699-5

9

평균 적색 편이(Redshift)가 1인 은하 집합체으로부터의 H I 21-cm 방출

Nature 586 (2020년10월15일)

은하의 가스는 원자 (HI) 또는 분자 (H2) 형태로 존재한다. 일산화탄소와 기타 지표에 의해 추적된 분자 가스는 거의 7의 적색 편이(Redshift)로 관찰되었다. 일반적으로 21cm 스핀-플립 전이(Spin-flip transition)를 통해 볼 수 있는 원자 가스는 지금까지 0.4의 적색 편이로만 관찰되었다. Aditya Chowdhury 등은 평균 적색 편이가 1인 은하 집합체에서 HI 방출을 검출하기 위하여 인도의 업그레이드된 거대 미터파 전파망원경(Giant Metrewave Radio Telescope)을 사용하였다. 연구진들은 적색 편이에서 원자 수소의 질량이 별의 질량과 비슷하지만 평균 별 형성 속도가 10~20억년 동안만 지속될 수 있다는 사실을 발견하였다.

Article doi: 10.1038/s41586-020-2794-7

News & Views doi: 10.1038/d41586-020-02791-7

10

폭발절 적응 방산(Adaptive radiation)의 생태학적 및 유전학적 기초

Nature 586 (2020년10월1일)

시클리드(Cichlids)는 다세포 생물 중 가장 빠른 속도로 진화한 몇몇 적응 방산(Adaptive radiations)을 매우 다양한 종(Species)의 물고기들로 구성되어 있다. 특히 서로 연관되어 있지만 생태학적으로 다양한 시클리드 종들이 동 아프리카 오대호(the East African Great Lakes)에서 발생하였다. 이 모든 종들은 상대적으로 짧은 시간(천만년 미만)에 하나 또는 몇 개의 조상들부터 갈라져왔다. 이러한 급격한 종 분화(Speciation)의 원인은 지속적인 관심의 대상이 되고 있다. 저자들은 1,712 개의 알려진 종들을 모두 조사하여 빠른 종 분화와 관련된 요인을 확인하였다. 일반적으로 종 분화는 포식의 유무와 기후 조건과 관련이 있다. 그러나 이러한 요인만으로는 오대호(Great Lakes), 특히 가장 빠르게 분화하는 생물종들이 존재하는 빅토리아 호수(Lake Victoria)에서의 빠른 종 분화 속도를 설명할 수 없다. 저자들은 생태적 기회, 성 선택 및 탁월한 게놈 잠재력의 조합이 폭발적 적응 방산을 이해하는 열쇠임을 보여주고 있다.

Article doi: 10.1038/s41586-020-2652-7