톱10 하이라이트

2019年10月18日 ~ 2019年11月17日

  • 프로그램 가능한 초전도 프로세서를 이용한 양자 슈프리머시

    Nature 574 (2019년10월24일)

    이번 주 네이처에서 John Martinis와 공동연구원들은 양자 컴퓨터 개발에서 중요한 단계에 대한 연구 결과를 발표하였다. 저자들은 최초로 현존하는 가장 강력한 기존 프로세스의 기능을 뛰어넘는 양자 슈프리머시(supremacy)로 알려진 프로그래밍이 가능한 양자 컴퓨터를 실험적으로 입증한 연구 결과를 발표하였다. 저자들은 시스템에 훨씬 많은 수의 큐비트가 요구되는 무작위 수 생성 양자 회로의 결과물을 샘플링하는 작업에 태클을 하기 위해 53개의 기능성 큐비트로 이루어진 양자 프로세스를 이용하였다. 시카모어(Sycamore)라고 명명된 양자 프로세스는 약 200초 동안에 1백만번의 샘플링이 가능하였으며, 이는 현재 최고의 성능을 가진 슈퍼컴퓨터를 이용하였을 때 1만년이 걸리는 정도의 정보이다. 표지 사진은 시카모어 칩을 일러스트로 보여주고 있다.

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    doi: 10.1038/s41586-019-1666-5 | 전문  | PDF

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    doi: 10.1038/d41586-019-03173-4 | 전문  | PDF

  • 두 중성자 별의 융합에서 확인된 스트론튬

    Nature 574 (2019년10월24일)

    철보다 무거운 물질의 절반은 고속 중성자 포획(rapid neutron capture)을 통해서 생성되었지만, 지금까지 이를 직접적으로 관찰하지 못했었다. Darach Watson과 공동연구원들은 GW170817에서 발생한 중력파와 관련된 분출물의 스펙트럼을 재분석하였으며, 스트론튬이 감마 프로세스 중성자에 의해서 생성되었다는 사실을 확인한 연구 결과를 발표하였다.

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    doi: 10.1038/s41586-019-1676-3 | 전문  | PDF

  • 개인적 노화 정도 차이를 유발하는 섬유아세포의 이질성

    Nature 574 (2019년10월24일)

    노인들에게서 개개인 간의 특성 차이가 있지만, 무엇이 이러한 차이를 만드는지에 대해서는 알려진 바가 없었다. Salah Mahmoudi, Elena Mancini, 그리고 공동연구원들은 늙은 생쥐의 섬유아세포 배양을 통해서 유도 만능 줄기세포에 대한 개체 간의 재프로그램화 효율에 차이가 있다는 사실을 확인하였다. 서로 다른 재프로그램화 효율을 가진 섬유아세포의 프로파일 분석을 통해서 노화된 섬유아세포가 재프로그램화 효율과 직결되는 염증성 사이토카인을 발현하는 소위 말하는 ‘활성화된 섬유아세포’를 가지고 있다는 사실을 확인할 수 있었다. 이번 연구 결과는 재생 의학 및 회춘 전략을 개발하는데 도움이 될 것이다. 또한, 서로 다른 사이토카인 프로파일을 보이는 서로 다른 섬유아세포 하위 그룹은 늦거나 빠른 상처 회복의 차이를 설명할 수 있을 것이다. 이와 같은 다양성은 개인간의 서로 다른 노화 정도를 추정할 수 있을 것이며, 유도 만능 줄기세포 생성을 개선하는 개인 맞춤형 전략 개발 및 노인 인구의 상처 치료에도 도움이 될 것이다.

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    doi: 10.1038/s41586-019-1658-5 | 전문  | PDF

  • 구리 결합 N-중심 라디컬을 통한 위치 특이적 알릴 C-H 결합 기능화

    Nature 574 (2019년10월24일)

    Guosheng Liu와 공동연구원들은 구리에 의해서 촉매 반응이 일어나는 라디칼 알릴 시안화(radical allylic cyanation)에 대한 연구 결과를 발표하였다. 구리-결합 N-센터화 라디칼(copper-bound N-centred radical)은 수소 원자 전이를 통한 라디컬 생성 선택성 및 C-C 결합 형성을 통한 라디칼 트랩을 조절하는데 사용된다. 이러한 특성은 3중- 및 4중-치환 알켄과 같은 합성 및 의학 분야와 관련된 분자의 알릴 C-H 시안화에서 입증되었다. 이번 연구에서는 최신 입체 선택성 알릴 C-H 기능화 전략으로 확장되었지만, 보다 중요한 것은 이러한 구리-결합 N-센터화 라디칼 접근 방식은 스테레오- 및 레지오컨트롤을 가진 다른 수소-원자-전이 반응에서 사용될 수 있다.

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    doi: 10.1038/s41586-019-1655-8 | 전문  | PDF

  • CRISPR 기반 파아지 저항성

    Nature 574 (2019년10월24일)

    미생물은 파아지 수용체를 불활성화시키거나 CRISPR-Cas 면역체계를 통해서 파아지 감염에 대한 저항성을 가질 수 있다. 저자들은 이러한 전략이 다른 병원균과 같이 존재하는 상황에 의해서 자연 환경에서 어떻게 조절되는지를 확인하였다. 저자들은 사람의 기회 감염균인 Pseudomonas aeruginosa와 다른 병원균을 같이 배양하였으며, CRISPR 기반의 파아지 내성이 발달하도록 하였으며, 이를 통해서 병원성이 높아질 수 있게 하였다. 이번 연구 결과를 통해서 바이오틱 환경(biotic environment)은 세균-파아지 상호작용을 만들며, 내성 메커니즘에도 영향을 주는 것으로 확인되었다.

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    doi: 10.1038/s41586-019-1662-9 | 전문  | PDF

  • 정상 대장 상피 세포에 존재하는 체세포 변이 랜드스케이프

    Nature 574 (2019년10월24일)

    Michael Stratton 와 공동연구원들은 대장이 발병하는 초기 단계를 이해하기 위해서, 42명의 피험자들로부터 2,035개의 대장 선와로부터 채집된 정상 대장 상피 세포의 지놈 염기서열을 분석하였다. 이들 피험자 중에서 15명은 대장암을 가지고 있었으며, 27명은 어떠한 대장 질환도 가지고 있지 않았다. 저자들은 추가로 얻은 대장 선와에서 이미 알려져 있는 90개의 대장암 유전자 염기서열을 분석하였다. 저자들은 다중 돌연변이 프로세스가 널리 확산되어 있었으며, 다른 것들도 선와 또는 연령에 따라서 개인별로 차이가 있다는 것을 확인하였다. 이번 연구를 통해서 암을 일으키는 결정적인 역할을 하는 드라이버 돌연변이(driver mutation)는 50대에서 60대 연령의 개인들 중에서 약 1%의 정상 대장 선와에 존재하고 있다는 사실이 밝혀졌다. 저자들은 대장암의 지놈 랜드스케이프를 비교하였으며, 평균적으로 훨씬 높은 돌연변이를 가지고 있는 것을 확인 하였으며, 이는 산발적 또는 유비쿼터스한 돌연변이 프로세스 버든과는 차이가 없었다.

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    doi: 10.1038/s41586-019-1672-7 | 전문  | PDF

  • 초기 사지 형태학적 특징을 가진 Parmastega

    Nature 574 (2019년10월24일)

    초기 사지 동물의 다양성은 최근에 급격하게 증가하였지만, 대부분의 화석은 드물게 단편적으로 발견되어 왔다. 지금까지 단지 4개의 속인 Ichthyostega, Acanthostega, Ventastega 그리고 Tulerpeton만이 골격 구조와 생활 방식까지 상세하게 알려져 있지만, 가장 초기 사지 동물 화석보다 1천만년 더 이후이며, 최초 사지 동물 발자국 화석보다는 3천만년 더 이후의 것들이었다. 그 시점까지도 사지 동물은 그 다양성이 매우 높았다. 이번 주 네이처에서 Per Ahlberg와 공동연구원들은 이와 같은 선택성에 대해서 Acanthostega 또는 Ichthyostega와 동일한 시기인 후기 데본기의 북부 러시아 우랄산맥으로부터 발굴된 사지 동물 화석인 파마스테가(Parmastega)에 대한 연구 결과를 발표하였다. 3차원 재료는 전체 두개골 및 어깨 환대(shoulder girdle)를 거의 완벽하게 재구성할 수 있었다. 이 동물이 살아있는 동안, 수면 위를 헤엄쳤었으며, 눈은 물 밖으로 내어 놓고 있었는데, 이는 카이만 악어와 유사하였다. 계통 분류학적 분석을 통해서는 이 동물이 다른 사지 동물과 유사한 분류군에 속하는 것으로 확인되었다.

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    doi: 10.1038/s41586-019-1636-y | 전문  | PDF

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    doi: 10.1038/d41586-019-03107-0 | 전문  | PDF

  • 초전도체, 오비탈 마그넷, 그리고 연관된 상태에서의 매직-앵글 이중층 그래핀

    Nature 574 (2019년10월31일)

    최적 각도(magic-angle)로 휘어진 2중층 그래핀에서의 초전도 현상 및 연관된 절연 상태가 발견된 이후에 이러한 결과가 어디서 유래하였는지에 대한 현미경적 관찰 및 이론적 연구들이 뒤따랐다. 하지만, 실험적으로 이와 같은 시스템에 대한 추가적인 정보를 획득하는 것은 이러한 장치를 만드는데 대한 어려움 때문에 진전이 없었다. Dmitri Efetov와 공동연구원들은 좀더 일정한 나선 각도를 가진 장치를 만드는데 성공한 연구 결과를 발표하였다. 저자들은 이번 결과를 통해서 기존보다 훨씬 더 개선된 품질을 가진 장치를 통해서 초전도 돔, 오비탈 마그넷, 그리고 체른 절연 상태(Chern insulating state)를 설명할 수 있게 되었다. 또한, 초전도 전이는 훨씬 낮은 전하 운반 밀도에서도 일어났으며, 이는 초전도 온도를 높일 수 있는 장점이 있었다. 이번 연구 결과를 통해서 훨씬 더 넓은 모이레 밴드 필링(moiré band fillings)을 가지는 초전도 돔이 응축 물질계에서 여전히 논란으로 남아있는 초전도현상의 현미경적 기원을 이해하는데 중요하다는 것을 확인할 수 있었다.

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    doi: 10.1038/s41586-019-1695-0 | 전문  | PDF

  • 평면 밖 산란에 대한 울트라하이 Q 가이드 공명

    Nature 574 (2019년10월24일)

    대부분의 위상학적 결함(topological defect)은 실제 공간에서의 시스템 파라미터의 중요한 권선 패턴(winding patterns)에 의해서 특징지어진다. 하지만, 연속체 내의 결합 상태로 불리는 위상학적 손상은 모멘텀 스페이스 내의 분극 소용돌이(polarization vortex)를 가진 국소 웨이브이다. Chao Peng과 공동연구원들은 이러한 위상학적 결함이 격자의 예측성을 변동시킴으로써 광학적 결정과 결합될 수 있다는 것을 확인하였다. 높은 품질 인자를 가진 위상학적 광학 공명에서의 이러한 결과는 평면 밖 산란 소실에 대항하는 강건함에서 기인하며, 이는 제작 결함 및 무질서에서 기인하는 것으로 보인다. 이번 결과는 위상학적 포토닉스 컨셉이 포토닉 결합 회로 내 주요 장비의 성능을 개선하는데 도움이 될 것으로 보인다.

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    doi: 10.1038/s41586-019-1664-7 | 전문  | PDF

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    doi: 10.1038/d41586-019-03143-w | 전문  | PDF

  • 미소생물상에 의해서 영향을 받는 신경 기능 및 공포 유발 학습

    Nature 574 (2019년10월24일)

    비록 미소생물상(microbiota)이 신경 기능과 행동에 영향을 준다는 증거는 있지만, 이러한 상관관계를 유발하는 메커니즘에 대해서는 거의 밝혀진 바가 없었다. David Artis와 공동연구원들은 생쥐의 미소생물상을 조절하는 것이 공포 반응 학습에 있어서 미주 신경(vagus nerve)과는 별개로 나쁜 영향을 미친다는 사실을 확인하였다. 특정 발달 단계 동안에 전형적인 미소생물상을 재구성하는 것이 성체에서 정상적인 학습을 회복시킬 수도 있었다. 따라서, 이번 연구 결과를 통해서 미소생물상에 의해 유발된 신호가 초기 뇌 발달 단계 및 성체에서 학습에 영향을 줄 수 있다는 것이 밝혀졌다.

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    doi: 10.1038/s41586-019-1644-y | 전문  | PDF

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    doi: 10.1038/d41586-019-03114-1 | 전문  | PDF