톱10 하이라이트

2017年11月18日 ~ 2017年12月18日

  • DNA 절단 없이 A•T 쌍을 G•C 쌍으로 변경하는 프로그램 가능한 기술

    Nature 551 (2017년11월23일)

    지난 2016년에 David Liu와 공동연구원들은 DNA ‘염기 에디터’라는 기술을 개발하였는데, 이 기술은 이중 나선 손상을 유발하지 않고도 C•G 염기쌍을 T•A 염기쌍으로 교환하는 것이 가능하도록 하는 기술이다. 싸이티딘 디아미나아제(cytidine deaminase)를 이용하여 사이트 선택성을 가진 RNA 가이드 된 Cas9 복합체를 비활성화시키는 기술이 이용된다. 하지만, 이 시스템은 병원성을 가진 것으로 알려져 있는 단일 염기 다형성 가운데 절반은 수선하는 것이 불가능하다. 최근 David Liu와 공동연구원들은 차세대 지놈 염기 에디팅 기술을 발표하였는데, 이 기술에서는 A•T 염기쌍을 G•C 염기쌍으로 변환하는 것이 가능하였다. 세균의 아데노신 디아미나아제로 시작하여, RNA에 작용하는데, 7번의 선택과 정제를 거쳐 ABE7.10을 개발하였다. 이 효소는 불활성화된 RNA-가이드 된 Cas9 복합체에 결합하며, DNA를 기질로 사용하여, 전체 지놈 상에서의 수선 효율이 53% 정도인 것으로 확인되었으며, 매우 낮은 돌연변이 백그라운드를 가지는 것으로 확인되었다. 중요한 사실은 이 시스템이 질병과 연관된 단일 염기 다형성과 질병 억제 기능을 부여하는데 이용될 수 있을 것으로 보인다는 것이었다.

    Article

    doi: 10.1038/nature24644 | 전문  | PDF

  • 번개의 방전에 의해 촉발되는 광핵 반응

    Nature 551 (2017년11월23일)

    번개는 매우 낮은 에너지의 감마선 섬광으로써, 이론적으로는 공기 중에서 원자 및 분자와 상대론적 전자의 상호작용을 통해서 방사선 동위원소를 생성할 수 있다. 이에 대해서 일부 약한 관찰 증거가 최근 제시되고 있다. Teruaki Enoto와 공동연구원들은 2017년 2월 6일에 있었던 폭풍우에서 감마선 섬광과 연관된 양전자 소멸 현상을 명확히 관찰하였다. 이는 중성자 캡쳐에 의해서 여기된 핵의 탈여기에서 나타나는 감마선과 관련되어 있다. 저자들은 번개가 친 이후에 중성자의 소멸에 의해서 유발된 양전자로 결론을 내렸다.

    Letter

    doi: 10.1038/nature24630 | 전문  | PDF

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    doi: 10.1038/d41586-017-07266-w | 전문  | PDF

  • 지구의 마이크로바이옴 다양성

    Nature 551 (2017년11월23일)

    지구의 마이크로바이옴(Microbiome) 프로젝트의 일환인 메타 분석 연구를 통해서, Luke Thompson 등은 표준화된 콜렉션, 큐레이션, 그리고 분석 파이프라인을 통해서 27,000개 이상의 샘플(토양, 물, 동물 유래, 식물 유래 서식처에서 얻은)로부터 얻은 16S 리보솜 (tRNA) 태그 염기서열을 분석함으로써, 기본 구조를 밝힐 수 있었으며, 세균과 고세균의 분포에 영향을 주는 인자를 확인할 수 있었다. 이번 연구는 미생물 생태학의 향후 연구를 통해서 중요한 레퍼런스 데이터 베이스와 프레임워크를 제공하였을 뿐만 아니라, 일반적인 집락 구성에 대한 패턴과 특정 생물체의 글로벌 분포도 확인할 수 있었다. 이번 연구 결과를 통해서 콜로니화에 대한 분포와 서식지를 좀더 깊이 이해할 수 있었다.

    Article

    doi: 10.1038/nature24621 | 전문  | PDF

    News & Views

    doi: 10.1038/nature24756 | 전문  | PDF

  • 쥐라기에 서식했던 활공 능력을 가진 포유류인 유하라마이드의 귀에 존재하는 5개의 이소골 시스템

    Nature 551 (2017년11월23일)

    하라미이드(haramiyids)는 공룡이 서식했던 시기에 살았던 포유류로써, 활공을 하는 경향성을 가지고 있으며, 이는 현재의 날다람쥐와 유사하다. 두 종의 새로운 활공형 하라미이드가 최근 밝혀졌으며, Jin Meng과 공동연구원들은 다른 종에 대한 연구 결과를 발표하였다. 새로운 종들은 약 1억 6천 4백만년에서 1억 5천 9백만년 전인 쥐라기 시대에 중국에서 서식했었으며, 활공에 적합한 특성 이외에도 다양한 독특한 특징들을 가지고 있는 것으로 확인되었다. 예를 들어, 이들의 중이는 포유류의 진화과정의 중간 형태를 하고 있었는데, 현재는 3개의 이소골(등골, 추골, 침골)로 이루어져 있다. 턱의 서랜귤러(surangular)와 두개골의 액토팀파닉(ectotympanic)은 지금까지 보지 못했던 5개의 이소골 시스템을 형성하고 있었다.

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    doi: 10.1038/nature24483 | 전문  | PDF

  • 53 큐빗 양자 시뮬레이터를 이용한 다중체 다이나믹 위상 전환 관측

    Nature 551 (2017년11월30일)

    Richard Feynman은 1982년에 양자 컴퓨터를 제안했는데, 이 기술은 컴퓨터의 구성 요소들 간에 다양하고 복잡한 상호작용 유발을 통해서 물질의 상태를 시뮬레이션 한다. 지난 몇 년 간에 걸쳐, 여러 가지 서로 다른 큐빗 방식으로 양자 시뮬레이터가 실현되었다. 예를 들어, 적은 수의 개별 조절 큐빗은 분자 및 양자 자석을 시뮬레이션 하는데 이미 이용되고 있다. 하지만, 기존 컴퓨터의 능력을 뛰어넘는 업무를 수행하는 것은 여전히 도전적인 과제였다. 이번 주 네이처에 발표된 두 편의 연구 논문에서는 지금까지와는 다른 많은 수의 큐빗을 조절할 수 있는 양자 시뮬레이터에 대한 연구 결과가 발표되었다. Mikhail Lukin과 공동연구원들은 51개의 차가운 뤼드베리 원자(Rydberg atoms)를 이용하였으며, Christopher Monroe와 공동연구원들은 53개의 트랩된 이온을 이용하여 이징 타입 양자 자석(Ising-type quantum magnets)에서 위상 전이를 연구하였다. 두 연구 그룹에서는 새로운 다중체 상호작용을 확인할 수 있었으며, 이를 통해서 기존 컴퓨터와 상호 작용이 가능한 것으로 확인되었다.

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    doi: 10.1038/nature24654 | 전문  | PDF

    Article

    doi: 10.1038/nature24622 | 전문  | PDF

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    doi: 10.1038/d41586-017-07438-8 | 전문  | PDF

  • tRNA에서 유래한 작은 RNA 단편을 통한 리보솜 생합성 조절

    Nature 552 (2017년12월7일)

    tRNA에서 유래한 작은 RNA 단편의 기능적인 역할에 대해서는 명확히 밝혀진 바가 없었지만, 다양한 세포 내 기능에 관련되어 있는 증거들이 속속 밝혀지고 있다. Mark Kay와 공동연구원들은 류신(leucine) tRNA의 3’ 말단에서 유래한 22개의 뉴클레오타이드 단편이 번역을 조절할 수 있다는 사실을 확인하였다. 이러한 단편은 리보솜 단백질의 mRNA에 결합하여 발현을 상향 조절하게 된다. 배양된 인간 세포에서 이러한 상호작용을 억제하게 되면, 세포 사멸이 일어나게 된다. 안티센스 올리고뉴클레오타이드를 이용하여 tRNA 단편의 레벨을 감소시키면, 생쥐에서 간암 세포의 성장이 느려지는 것으로 확인되었다. 이번 연구를 통해서 tRNA 단편의 생성을 억제하는 방법을 이용하여 항암제 개발이 가능할 것으로 추정되었다.

    Article

    doi: 10.1038/nature25005 | 전문  | PDF

  • BRCA1 돌연변이 세포에서의 텐덤 복제 형성 메커니즘

    Nature 551 (2017년11월30일)

    지놈 재구성 중에 하나인 미세상동 의존성 텐덤 복제(microhomology-dependent tandem duplication)는 BRCA1 결핍 시에는 확인되지만, BRCA2 결핍 세포에서는 나타나지 않는다. Ralph Scully와 공동연구원들은 복제 분기점(replication fork)을 멈출 수 있게 만든 1차 포유류 세포를 이용하여, BRCA1이 어떻게 텐덤 복제를 자연적인 염색체 복제 분기점 베리어에서 억제할 수 있는지를 확인하였다. 흥미롭게도 BRCA 1은 상동 재조합에 의한 2중 DNA 가닥 손상 수선 과정에서는 유사한 기능을 가지지 않는 것으로 확인되었다.

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    doi: 10.1038/nature24477 | 전문  | PDF

  • 메탄을 메탄올 또는 아세트산으로 전환시킬 수 있는 새로운 로디움족 촉매

    Nature 551 (2017년11월30일)

    메탄을 액체 화학물질로 직접 전환하는 것은 매우 가치가 있지만, 어떠한 촉매도 이러한 과정을 온건한 조건에서 효과적으로 수행할 수 없었다. Junjun Shan 등은 제올라이트 또는 티타늄 디옥사이드에 결합된 단일핵 로디움족이 온건한 조건에서 산소와 일산화탄소를 이용하여 메탄을 메탄올 및 아세트산으로 직접 전환할 수 있다는 사실을 확인하였다. 메탄올과 아세트산은 화학 산업에서 널리 이용되고 있으며, 서로 다른 공정에서 생성되기 때문에, 메탄을 이용한 직접 전환은 선택성이 70~100%인 반응을 통해서 두 물질을 제조할 수 있을 것으로 보인다. 촉매의 놀라운 기능은 기술적으로 연관된 것은 아니지만, 차세대 촉매 개발에 활용될 수 있으며, 메탄을 유용한 화학물질로 전환시킬 수 있는 촉매를 찾는대도 활용될 수 있을 것으로 보인다.

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    doi: 10.1038/nature24640 | 전문  | PDF

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    doi: 10.1038/d41586-017-07437-9 | 전문  | PDF

  • 지구의 현재 에너지 수지에 의해서 추정할 수 있는 미래의 글로벌 온난화

    Nature 552 (2017년12월7일)

    기후 예측 모델에서는 인간에 의한 온실가스 방출이 전세계 기온 상승을 지속시킬 것으로 추정하였다. 하지만, 기온 상승에 대한 예측은 모델마다 상이하였으며, 이는 기후 변화를 완화하고 적응하려는 노력을 복잡하게 만들고 있다. Patrick Brown과 Ken Caldeira는 현재 이용 가능한 기후 모델을 최대한 이용하여 지구의 관측 가능한 대기 중 최고의 에너지 수지(top-of-atmosphere energy budget)를 실제적으로 시뮬레이션 할 수 없는 모델의 영향력을 분석하였다. 저자들은 제한된 모델을 이용하여 가장 최악의 온실 가스 방출 시나리오에서는 가장 최선의 모델에서 예측하는 것보다 2100년에 기온 상승률이 15% 더 높다는 것을 확인하였다. 저자들이 개발한 모델은 기존 예측 모델의 불확실성을 감소시킬 수 있었다.

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    doi: 10.1038/nature24672 | 전문  | PDF

  • 자가 조립 DNA 오리가미 어레이를 이용한 모나리자 그림

    Nature 552 (2017년12월7일)

    표지 사진은 자가 조립 DNA를 이용하여 8,704 픽셀 캔버스에 그린 모나리자의 모습을 보여주고 있다. 이와 같은 2차원 DNA 나노구조를 이용하여 나노미터 정밀성을 가진 패턴을 만드는 것이 새로운 것은 아니지만, 지금까지 그 크기가 0.05 제곱 마이크로미터로 제한적이었기 때문에, 다양한 응용분야에 적용하기에는 그 크기가 너무 작았다. Lulu Qian 과 공동연구원들은 다중 단계 프로세스를 통해서 반복적으로 단순히 조립되는 방식을 적용하여 작은 크기의 독특한 DNA 가닥이 약 0.5제곱 마이크로미터 크기의 2차원 어레이를 형성할 수 있다는 사실을 확인하였다. 이와 유사한 연구를 통해서 3D DNA 나노구조의 크기를 부스팅 시킬 수 있었다. Peng Yin과 공동연구원들은 10,000개 이상의 구성요소로 이루어진 나노구조를 형성할 수 있는 DNA 브릭을 만들었으며, 이를 통해 글자 또는 테디베어와 같은 것들을 만들 수 있었다. Hendrik Dietz와 공동연구원들은 최적의 형태와 상호작용 패턴을 이용하여 DNA 빌딩블록으로 다중 단계 프로세스를 효과적으로 적용함으로써 거대 물체를 제작할 수 있었다. News & Views에서 Fei Zhang과 Hao Yan은 최근 기술 발전 현황을 동시에 분석하였다. 표지 사진 제공: Grigory Tikhomirov, Philip Petersen & Lulu Qian/Caltech

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    doi: 10.1038/nature24655 | 전문  | PDF

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    doi: 10.1038/nature24648 | 전문  | PDF

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    doi: 10.1038/nature24650 | 전문  | PDF

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    doi: 10.1038/nature24651 | 전문  | PDF

    News & Views

    doi: 10.1038/d41586-017-07690-y | 전문  | PDF