톱10 하이라이트

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단결정, 대면적(Large-area), 접힘이 없는 단층 그래핀(Graphene)

Nature 596 (2021년8월26일)

그래핀(Graphene)은 전자 응용 분야에서 매우 중요한 물질로 간주되지만, 고품질, 대면적(Large-area), 단결정 필름 형태로 이를 생산하기 위해서는 안정적이고 확장 가능한 경로가 필요하다. 금속 기판의 화학적 기상 증착(Chemical vapour deposition)은 생성된 필름에 결함이 없도록 할 수만 있다면 발전 가능성이 있다. 제한된 관심을 받아온 이러한 불완전성 중 하나는 접힘과 주름의 형성이다. Meihui Wang, Rodney Ruoff와 연구진들은 단결정 Cu-Ni(111) 호일(Foil)을 기질로 사용하여 접힘 형성에 관여하는 화학적 기상 증착 성장 조건과 성장 후 과정을 조사하였다. 연구진들은 초기 성장 온도를 임계 온도(1,030K) 미만의 좁은 범위로 제한하는 것이 주요 접힘 메커니즘을 우회하기에 충분하며, 고품질, 대면적, 접힘 없는 단결정 단일층 그래핀 필름 생성의 재현이 가능하다는 것을 발견하였다. 호일 기판의 사용은 대량 생산 공정에 쉽게 적용할 수 있기 때문에 특히 더 의미가 있으며, 또한 대량 생성 공정은 그래핀이 제거되면 재사용할 수도 있다.

Article doi: 10.1038/s41586-021-03753-3

2

SARS-CoV-2 mRNA 백신에 의한 CD8+ T 세포의 신속하고 안정적인 가동화(Mobilization)

Nature 597 (2021년7월28일)

Robert Thimme, Valerie Oberhardt와 연구진들은 본 연구에서 이전에 SARS-CoV-2에 감염되지 않은 건강한 사람에서 mRNA 백신 접종으로 유도된 CD8 및 CD4 T 세포의 유도 및 지속에 대한 상세한 특성을 발표하였다. 저자들은 CD8 T 세포가 초기 백신 접종 후 빠르면 1주일에 동원된다는 것을 입증했으며, 이는 아마도 SARS-CoV-2 매개 질병에 대한 보호에서 세포 면역의 역할을 할 수 있을 것으로 보인다. CD4 T 세포와 항체는 나중에 나타나게 된다(주로 두 번째 투여 후). 또한, 저자들은 백신 접종에 의해 유도된 스파이크 특이적 CD8 T 세포가 자연 감염에 의해 유도된 스파이크 특이적 CD8 T 세포와 구별되는 표현형(더 중심 기억(Central memory))을 나타낼 수 있다고 주장하였다. 이는 장기 기억 T 세포 반응을 유도하는 mRNA 백신의 감소된 능력을 시사한다.

Article doi: 10.1038/s41586-021-03841-4

3

인간 발달 세포 지도를 위한 로드맵

Nature 597 (2021년9월9일)

연구를 위한 배아 및 태아 조직의 낮은 가용성과 연구자가 이러한 조직을 연구하는데 사용할 수 있는 수단의 제한으로 인해 인간 배아 및 태아 발달에 대한 우리의 이해는 여전히 부족하다. 본 견해 논문(Perspective)에서 Muzlifah Haniffa와 연구진들은 최근 개발된 단일 세포 기술을 사용하여 인체의 세포 지도를 개발하는데 사용하려는 Community-driven initiative인 Human Developmental Cell Atlas를 보여주었다. 이 Initiative는 발달 장애에 대한 이해를 높일 수 있는 잠재력과 함께 인간 발달에 대한 핵심 통찰력을 제공할 수 있을 것으로 보인다.

Perspective doi: 10.1038/s41586-021-03620-1

4

반데르발스 폴라리톤(Polaritons) 을 이용한 나노 광학 인터페이스

Nature 597 (2021년9월9일)

최근 몇 년 동안 반데르발스 물질의 폴라리톤(물질과 광자의 하이브리드 여기)을 사용하여 가시광선에서 테라헤르츠 스펙트럼 범위에 이르는 나노 규모의 빛의 흐름을 생성하였다. 폴라리톤 형태의 강한 빛-물질 상호작용의 조작은 최신 나노광자 및 광전자 응용 분야의 연구를 가능하게 한다. Cheng-Wei Qiu와 연구진들은 굴절 광학, 메타 광학 및 모아레 공학을 포함한 반데르발스 폴라리톤을 제어하기 위한 인터페이스 광학의 최첨단 기술을 리뷰하였다. 나노 규모에서 이러한 향상된 제어는 다양한 새로운 현상을 초래하고 가치 있는 응용 분야에 영향을 줄 것으로 보인다.

Review doi: 10.1038/s41586-021-03581-5

5

조정 가능한 자가 조립 카시미르 미세공동( Casimir microcavities)과 폴라리톤(Polaritons)

Nature 597 (2021년9월9일)

미세공동(Microcavity)은 마이크로미터 정도의 간격을 둔 2개의 고반사성 거울에 의해 형성되며, 공동(Cavity) 내부의 물질과의 광-물질(Light-matter) 상호작용뿐만 아니라 강한 광 구속(Light confinement)을 가능하게 한다. 미세공동을 만드는데 필요한 나노 구조의 미세 제작 및 조립 과정은 복잡한 실험 설정이 필요할 수 있다. 이와 관련하여 Timur Shegai와 연구진들은 비접촉 방식으로 상단 플레이크(Flake)가 하단 플레이크 위로 "부상(Levitates)"하는 안정적인 금 나노플레이크 쌍의 형성을 관찰하여 용액에서 미세공동의 자가 조립을 발표하였다. 나노플레이크에 의해 생성된 미세공동의 안정성은 카시미르(Casimir)의 인력과 반발하는 정전기력 사이의 평형을 기반으로 한다. 이 평형은 다양한 수단으로 제어할 수 있으며 결과적으로 조정 가능한 미세공동은 공동 유도 응용 분야에서 새로운 기회를 제공한다.

Article doi: 10.1038/s41586-021-03826-3

News & Views doi: 10.1038/d41586-021-02376-y

6

파충류의 친척

Nature 597 (2021년9월9일)

표지 이미지는 Taytalura alcoberi라고 하는 트라이아스기의 새로 발견된 도마뱀과 유사한 생물에 대한 예술가의 상상도이다. 화석 기록은 파충류 진화에 대해 잘 보여주고 있으나, 레피도사우루스(Lepidosaurs: 도마뱀과 뱀이 포함된 뱀목(Squamates)과 투아타라(Tuataras) 등의 훼두목(Sphenodonitians)을 포함하는 그룹)에 관해서는 그렇지 못하다. 이번 주 호에서 Ricardo Martínez와 연구진들은 약 2억 3천만 년 전에 아르헨티나에서 발견된 화석화된 Taytalura 두개골을 통해 레피도사우르스에 대한 수수께끼를 해결하였다. 잘 보존된 두개골은 뱀목과 훼두목이 분리되기 전에 진화한 계통으로, 가장 초기에 알려진 레피도사우루스 중 하나를 대표한다. 연구진은 Taytalura의 두개골이 현대의 투아타라와 특징을 공유하고 있다는 점에 주목하여, 훼두목에서만 관찰되는 것으로 추정되는 몇 가지 해부학적 특징이 레피도사우루스의 진화 초기에 나타났을 것이라는 점을 시사한다고 발표하였다. 표지 이미지: Jorge Blanco

Article doi: 10.1038/s41586-021-03834-3

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무기(Inorganic) 콜로이드 세포 모방체에서 막간(Transmembrane) 수송

Nature 597 (2021년9월9일)

생물학적 세포의 주요 특성은 능동 수송이다. 생체 분자가 만들어지는 곳에서 생물학적 역할을 하는 곳까지 에너지에 의해 움직이는 생체 분자는 별개의 구획으로 분리되어 생명을 유지하는 데 필요한 평형을 벗어난 상태를 유지한다. 이러한 복잡성은 완전한 세포를 인공적으로 만드는 방법을 고려하는 것 조차도 매우 어렵게 한다. 본 연구에서 Stefano Sacanna와 연구진들은 능동 수송 과정을 재현하는 콜로이드 캡슐(Colloidal capsules)을 발표하였다. 올리고머 오일 방울은 삼투압에 의해 자발적으로 팽창한 다음 특정 크기로 고정된다. 이들은 표면에 단일 기공을 포함하며 내부 광촉매에 의한 농도 구배는 고체 입자 또는 박테리아와 같은 Cargo의 내재화(Internalization)를 유도한다. Cargo는 외부 조건의 변화에 의해 방출되게 된다.

Article doi: 10.1038/s41586-021-03774-y

8

장 세포 생존과 영양분 흡수를 향상시키는 과당(Fructose) 섭취

Nature 597 (2021년9월9일)

과당(Fructose) 섭취는 비만 및 일부 암 발생과 관련이 있다. 본 연구에서 Marcus Goncalves와 연구진들은 이와 관련된 메커니즘을 연구하였다. 연구진들은 마우스가 고과당을 섭취할 경우, 장 융모의 길이가 증가한다는 것을 보여주었다. 이러한 장 표면적의 확대는 지질 흡수를 증가시키고 결과적으로 체중 증가와 비만을 유발한다. 저자들은 분자 수준에서 과당 유래 대사산물인 F1P (Fructose 1-phosphate)가 대사 효소 PKM2(Pyruvate kinase의 M2 isoform)를 억제하여 장 세포의 생존을 촉진한다는 것을 보여주었다. 따라서, F1P 생성의 억제 또는 PKM2의 활성화는 과당으로 인한 장 융모의 신장을 완화하고, 지질 흡수 및 비만을 감소시킨다. 뿐만 아니라, 장암 마우스 모델에서 고과당 식이는 PKM2 활성화로 예방할 수 있는 종양 성장을 촉진시킨다.

Article doi: 10.1038/s41586-021-03827-2

News & Views doi: 10.1038/d41586-021-02195-1

9

1.5 °C에서 추출할 수 없는 화석 연료

Nature 597 (2021년9월8일)

지구 온난화를 1.5°C로 제한하기 위한 노력을 추구하는 파리 기후 협정에도 불구하고 화석 연료는 여전히 에너지 시스템에서 높은 비중을 차지하고 있다. Dan Welsby와 연구진들이 발표한 이 논문에서는 글로벌 에너지 시스템 모델을 사용하며 50%의 확률로 1.5°C 탄소 예산(Carbon budget) 내에서 유지되기 위해서는 석유 및 화석 메탄 가스의 약 60%, 석탄의 90%가 땅에 남아 있어야 한다는 것을 발견하였다. 또한, 저자들은 전세계적으로 석유 및 가스 생산이 2050년까지 매년 3%씩 감소될 것으로 추정되므로, 많은 운영 및 계획된 화석 연료 프로젝트를 실행할 수 없을 것이라고 발표하였다.

Article doi: 10.1038/s41586-021-03821-8

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염증성 퇴행 Niche를 생성하는 노화된 골격 줄기세포(Skeletal stem cells)

Nature 597 (2021년9월9일)

성인 뼈에는 뼈, 연골 및 기질 조직을 생성할 수 있는 골격 줄기 세포(Skeletal stem cell)가 포함되어 있다. 본 연구에서 Charles Chan과 연구진들은 노화가 마우스의 골격 줄기 세포에 미치는 영향과 뼈와 혈액 건강에 대한 기능적 의미에 대한 포괄적인 분석을 제공하였다. 연구진들은 노화가 골격 줄기 세포의 기능을 변화시켜 뼈와 연골을 형성하는 능력을 상실시키고, 조혈 노화(Haematopoietic aging)를 유발하는 전염증성 기질 세포를 생성한다는 것을 보여주었다. 또한 연구진들은 골격 줄기 세포에서 젊은 상태를 촉진하는 것이 노화된 마우스의 뼈 재생을 향상시킨다는 것을 보여주었다. 이 연구는 노화가 줄기 세포에 어떻게 영향을 미치고 이것이 기관 생리학에 어떻게 영향을 미치는지에 대한 통찰력을 제공한다.

Article doi: 10.1038/s41586-021-03795-7

News & Views doi: 10.1038/d41586-021-02118-0