톱10 하이라이트

1

열경화성 플라스틱(Thermoset plastics)의 분해와 재활용을 가능하게 해주는 절단 가능한 공단량체(Cleavable comonomers)

Nature 583 (2020년7월23일)

열경화성 플라스틱(Thermoset plastics)이나 수지(Resins)는 다양하게 이용되고 있으나, 이들 물질들의 가교결합(Crosslinked networks) 특성에 의해 녹일 수 없어 열가소성 캔(Thermoplastics can)으로 재활용할 수 없다. 이는 물질의 재사용과 재가공의 어려움을 제공한다. 본 연구에서 Jeremiah Johnson와 연구진들은 중합체의 strands/backbones 내에 가교결합 대신 절단 가능한 화학 결합을 통합시켜 열경화성 수지(Polydicyclopentadiene)가 재활용성과 재가공성을 가질 수 있는 방법을 발표하였다. 이러한 결합은 원하는 대로 분해시킬 수 있으며, 재중합되어 천연 물질과 유사한 특성을 갖는 물질을 생성할 수있는 용해성 생성물을 생성할 수 있다. 이러한 분해 가능한 strand 전략은 적합한 화학물질을 통합시킬 수 있다면, 다른 열경화성 시스템에도 적용 가능할 것으로 보인다.

Article doi: 10.1038/s41586-020-2495-2

2

WSe2에 의해 안정화된 금속성의 뒤틀린 이중층 그래핀(Twisted bilayer graphene)에서 초전도성(Superconductivity))

Nature 583 (2020년7월16일)

Magic-angle twisted bilayer graphene의 강력한 위상 상관(Correlated phases)의 다양성은 상관된 절연(Insulating) 및 초전도 상태(Superconducting states)를 포함한다. 이러한 2가지 위상 간의 관계는 비정상 초전도체(Unconventional superconductor)에서 논쟁의 대상이 되어 왔다. Nadj-Perge와 연구진들은 초전도 Twisted bilayer graphene에서 전자 밀도의 전체 범위에 걸쳐 절연 상태가 없음을 보여주었다. 연구진들은 연구된 반데르발스 이종구조(Van der Waals heterostructure)에 WSe2의 절연 단층을 추가함으로써 초전도성의 안정화를 달성하였다. 이러한 추가로 유전체 환경(Dielectric environment)과 스핀-오비탈 커플링(Spin–orbit coupling)이 변화된다. 이 결과는 Twisted bilayer graphene에서 초전도성(Superconductivity)의 발생에 대한 이론적 설명을 제한한다.

Article doi: 10.1038/s41586-020-2473-8

News & Views doi: 10.1038/d41586-020-02008-x

3

장-뇌 신경회로를 통해 교감신경 뉴런을 조절하는 미생물

Nature 583 (2020년7월16일)

Daniel Mucida와 연구진들은 장 내 신경을 자극하는 교감신경 뉴런의 활성을 조절하는 미생물(Microbiota)의 역할을 밝혀내었다. 장의 교감신경 분포는 혈류, 장 운동성 및 상피세포의 분비 조절과 관련되어 있다. 공생 미생물에 의한 단사슬 지방산 및 감각 뉴런의 활성화와 같은 미생물 신호전달의 생성은 교감신경 뉴런의 뇌간 GABA 억제(Brainstem GABAergic inhibition)를 유도하기에 충분하며, 본질적으로 장 내 뉴런을 조절한다. 박테리아 결여 또는 미생물 불균형(Dysbiosis) 동안 장 내 교감신경계가 과활성화된다. 미생물 신호전달을 자율신경계 조절과 통합하는 경로의 특성은 장 운동성, 내장 통증, 장내 면역, 장-뇌축(Gut–brain axis)과 관련된 전신성 질환 조절에 대한 통찰력을 제공하고, 새로운 치료제 개발 전략에 도움이 될 것으로 보인다.

Article doi: 10.1038/s41586-020-2474-7

4

그래핀(Graphene)에서 Dirac 유체(Dirac fluid)의 점성 유동(Viscous flow) 이미징

Nature 583 (2020년7월23일)

고품질 Graphene 샘플에서 탄도 수송(Ballistic transport)은 2차원 탄소 층을 통해 이동하는 전자들의 탄환형 궤도(Bullet-like trajectories)를 특징으로 한다. 최근 Graphene에서 전자 상호작용은 전자들의 액체와 유사한 점성 유동(Viscous flow)을 유발한다는 것이 확인되었다. Ku와 연구진들은 실온에서 Graphene 내의 점성 Dirac 유체 유동(Fluid flow)을 직접적으로 이미징하였다. 연구진들은 전하 중성점(Charge neutrality point) 근처의 이동성이 높은 Graphene 채널 내 전자 흐름에 대한 포물선의 Poiseuille profile을 확인하기 위하여 스캐닝 단일 스핀과 Wide-field magnetometry을 이용하였다. 이 결과는 높은 전이 온도 초전도체(High-transition-temperature superconductors) 내의 강하게 상관된 전자들과 관련된 양자 임계 유체(Quantum critical fluids) 내 유체역학 수송을 연구를 용이하게 해줄 것으로 보인다.

Article doi: 10.1038/s41586-020-2507-2

5

박쥐 적응(Adaptations)의 진화를 보여주는 6개의 Reference-quality genomes

Nature 583 (2020년7월23일)

박쥐는 반향정위(Echolocation), 매우 긴 수명과 독특한 면역 체계를 포함하여 특별한 적응(Adaptations)을 통해 진화되어 왔다. 이번 주 호에서 Emma Teeling, Sonja Vernes와 그 연구진들은 Bat1K 컨소시엄을 통해 6종의 박쥐 유전자 서열에 대한 Reference-quality genome을 발표하였다. 뿐만 아니라, 이들 염기 서열을 통해 진화의 기원과 박쥐 적응에 대한 분자적 기반에 대한 통찰력을 제공하였다. 연구진들은 포유류에서 박쥐의 계통발생학적 위치를 파악하고, 박쥐의 조상에서 청각과 관련된 유전자가 선택되었으며, 박쥐의 특별한 면역계에 기여했을 것으로 보이는 분자 메커니즘에 대한 증거를 보여주었다. 또한, Genome은 박쥐가 어떻게 코로나 바이러스 감염에 내성을 가질 수 있었는지에 대한 연구에 도움이 될 것으로 보이며, 이는 향후 COVID-19와 같은 질병에 대한 사람의 생존 가능성을 증가시키기 위한 접근법으로 제공될 수 있다. 표지 이미지: Greater mouse-eared bat (Myotis myotis); Credit: Olivier Farcy

Article doi: 10.1038/s41586-020-2486-3

6

망간 산화에 의한 박테리아 화학독립영양(Chemolithoautotrophy)

Nature 583 (2020년7월16일)

오래 전부터 미생물은 망간 산화로부터 에너지를 얻어 생존한다고 알려져 왔다. 이번 주 호에서 Hang Yu와 Jared Leadbetter는 2개의 박테리아 종(Species)을 공동 배양하여 망간 산화로부터 자유 에너지를 사용하여 성장과 바이오매스(Biomass)로 무기 탄소의 고정을 유도하였다. 이를 통해 박테리아는 표지에 보이는 망간 산화물의 별개의 거시적인 결절(Nodule)을 생성한다. 연구진들에 의해 'Candidatus Manganitrophus noduliformans'와 Ramlibacter lithotrophicus로 지정된 두 종은 망간 자가영양(Autotrophs)으로 함께 자란다. 첫 번째 종은 두 번째 종으로부터 아직 분리되지 않았으며, 두 번째 종은 분리될 때 망간을 산화시키지 않는다. 이 발견은 생명을 지탱하는 알려진 무기 대사의 수를 증가시키고 심해 바닥에 존재하는 망간 결절의 형성을 이해하는 데 도움이 될 것으로 보인다. 표지 이미지: Hang Yu

Article doi: 10.1038/s41586-020-2468-5

7

지난 500년과 비교하여 이례적인 현재 유럽에서 홍수가 빈번한 기간(Flood-rich period)

Nature 583 (2020년7월23일)

하천 홍수(River floods)는 가장 피해를 주는 수재해(Hydrological disasters) 중 하나이나, 일관된 관측 기록이 부족할 경우 과거의 홍수와 최근 홍수 활동의 맥락화를 방해한다. 본 연구에서 Günter Blöschl와 연구진들은 지난 5세기동안 유럽 전역에서 발생한 홍수에 대한 문서기록을 모았다. 연구진들은 홍수 발생이 잦은 9개의 기간을 확인하였으며, 각각의 기간은 공간적 규모와 강도가 모두 달랐다. 현재 홍수가 잦은 기간과 과거의 홍수가 잦았던 기간은 달랐으며, 추운 기후보다는 따뜻한 기후에서 그리고 상대적으로 여름에 홍수가 더 많이 발생하였다. 이 분석 결과를 통해 현재의 홍수 특성은 과거와는 구별됨을 알 수 있다.

Article doi: 10.1038/s41586-020-2478-3

News & Views doi: 10.1038/d41586-020-02138-2

8

장벽 영역(Barrier region) 내에서 터널링(Tunnelling) 원자가 소요한 시간 측정

Nature 583 (2020년7월23일)

양자역학에 따르면, 입자는 통과할 수 없는 에너지 장벽을 통해 터널링할 수 있다. 이러한 현상은 잘 확립되어 있으며, 수많은 현미경 시스템을 통해 관찰되어 왔다. 다만, 입자가 터널링하는데 어느정도의 시간이 소요되는 지에 대해서는 아직까지 명확하지 않으며, 이 현상은 매우 짧은 시간 내에 일어날 것이라는 주장들이 제기되고 있다. 본 연구에서 Ramón Ramos과 연구진들은 1.3-μm 두께의 광학 장벽을 터널링하는 루비듐(Rubidium)의 보스-아인슈타인 응축(Bose–Einstein condensate)을 관찰하였다. 원자의 스핀 세차운동(Atomic spin precession)을 측정함으로써 원자가 장벽 영역 내에서 존재한 시간을 재구성하여 유한 값 0.61(7) ms를 구할 수 있었다. 이 결과는 양자역학에 대한 근본적인 질문들을 해결하는데 도움이 될 수 있을 것으로 보인다.

Article doi: 10.1038/s41586-020-2490-7

9

마우스의 노화 조직을 특성화하는 단일세포 Transcriptomic atlas / 장기 특이적인(Organ-specific) 시간적 특징을 나타내는 노화의 특성

Nature 583 (2020년7월23일)

나이는 질병의 가장 큰 위험 요소이다. 노화와 기능 저하를 유발하는 요소를 이해하는 것은 건강 증진에 필수적이다. Nauture에 실린 2개의 논문은 노화 과정과 관련된 프로세스를 프로세스를 문서화하는 데 큰 진전을 이루었다. 마우스 수명 전반의 단일 세포 Transcriptomic atlas인 Tabula Muris Senis는 노화의 중요한 특징이 어떻게 다양한 조직과 세포 유형에 영향을 주는지에 대한 새로운 분자학적 정보를 제공한다. 이는 세포 특이적 변화와 장기의 세포 구성 변화를 설명할 수 있다. 2개의 논문에서 마우스 수명 전반의 각기 다른 연령대의 다양한 장기 및 혈장 단백질체의 Bulk RNA 시퀀싱은 Tabula Muris의 데이터와 통합되었다. 이를 통해 노화 과정동안 발현이 변화하고 특정 유전자 세트가 조직 전반에 걸쳐 유사하게 발현되고, 발별 연령과 정도가 다르다는 것을 발견하였다. 노화 과정동안 광범위한 면역 세포 활성화가 뚜렷하며, 이는 중년의 연령동안 백색 지방 저장소에서 처음으로 뚜렷하게 관찰된다. 조직에서 유전자 발현 변화는 관련되 혈장 단백질 농도과 밀접한 연관성을 보이며, 잠재적으로 전신 순환의 노화에 기여한다. 이 논문들에서는 노화의 진행 과정을 문서화하였으며, 고령에 따른 건강 악화 원인을 추적할 수 있는 기초를 제공하였다.

Article doi: 10.1038/s41586-020-2496-1

Article doi: 10.1038/s41586-020-2499-y

10

조혈(Haematopoiesis)에서 TCF15의 역할을 밝히기 위한 단일세포 계통 추적(Single-cell lineage tracing)

Nature 583 (2020년7월23일)

골수 이식 동안 조혈 줄기세포(Haematopoietic stem cells)는 혈액 계통(Blood lineage)의 특수화된 세포를 생성하는 전구세포의 분화를 통해 골수를 회복시킨다. 이전의 단일 세포 RNA 시퀀싱 연구에서는 혈액 세포 계통에 따라 다양한 세포 유형의 유전자 발현 지표(Gene-expression signatures)를 특성화하는 것이 가능하였다. 그러나 이러한 Assay는 주어진 시간 내의 유전자 발현만이 확인 가능하며, 세포의 과거력과 기원에 대한 정보를 제공하지 못한다. 본 연구에서 Fernando Camargo와 연구진들은 이식 전 다양한 독특한 바코드를 단일 조혈 줄기세포에 도입하여 세포의 과거력과 유전자 발현 지표를 연결시켰다. 또한, 특정 분화능과 관련되 유전자 발현 변화 정보를 제공하여, 저자들은 TGF15가 조혈 줄기세포 정지(Quiescence)와 자가재생(Self-renewal)의 조절인자임을 확인하였다. 본 연구는 골수 이식 동안 세포 분화와 관련된 단일 세포 유전자 발현 변화 정보를 제공하며, 조혈(Haematopoiesis)의 주요 조절인자를 발견하는데 이용될 수 있을 것으로 보인다.

Article doi: 10.1038/s41586-020-2503-6