톱10 하이라이트

1

약물 내성 감염에 대한 새로운 항생제의 합리적 설계

Nature 597 (2021년9월30일)

베타-락탐 항생제 사용의 주요 장애물은 ESBL (Extended-spectrum β-lactamases)의 유병률 증가와 BLI (β-lactamase inhibitors)에 내성이 있는 변이의 출현이다. 이전 연구에서는 DBO (Diazabicyclooctane) 화학형(Chemotype)이 BLI로 기능하고 효능을 개선하기 위해 베타-락탐 항생제와 함께 사용할 수 있음을 보여주었지만 단일 요법으로써의 임상적 유용성은 불분명하였다. Ruben Tommasi와 연구진들은 합성 화학과 구조 생물학 접근법의 결합을 통해 페니실린 결합 단백질을 표적으로 하고 매우 유망한 임상 후보인 β-lactamase에 본질적으로 내성을 갖는 DBO 화학형의 개발에 대해 발표하였다. 저자들은 PBP2 억제 활성을 갖는 기존 DBO NXL-105에 일련의 화학적 변형을 도입하여 PBP3 및 PBP1a 억제 활성을 얻은 다음 추가적인 최적화를 통해 박테리아 세포벽 투과가 가능한 ETX0462를 생성하였다. In vitro 및 In vivo 연구 결과에서 ETX0462는 여러 High-priority 그람 음성 병원체의 효율적인 억제제로 작용하였으며, 유리한 전임상 안전성 프로파일을 보여 임상 1상 시험의 주요 후보 물질이 될 것으로 보인다.

Article doi: 10.1038/s41586-021-03899-0

2

초기 화성의 계곡 침식을 일으키는 호수 붕괴 홍수의 중요성

Nature 597 (2021년9월30일)

지표수(Surface water)는 초기 화성에 강 계곡을 침식시키고 호수를 채운 것으로 여겨지고 있다. 화성의 계곡은 대부분 점진적인 하천 침식을 일으킨다고 여겨져 왔다. 본 연구에서 Timothy Goudge와 공동 저자들은 전체적인 규모에서 호수 붕괴 홍수가 초기 화성의 침식 계곡 부피의 24%를 빠르게 침식시키는 원인이 되었음을 발견하였다. 이 연구 결과는 호수 붕괴 홍수가 초기 화성의 계곡 침식의 원인이 되는 주요 지형학적 과정이었으며, 이는 점진적으로 더 넓은 화성 지형에 영향을 미쳤음을 시사하고 있다.

Article doi: 10.1038/s41586-021-03860-1

3

Non-Hermitian 토폴로지 속삭임의 회랑(Whispering gallery)

Nature 597 (2021년9월30일)

Non-Hermitian 물리학은 레이저와 같이 이득과 손실이 균형을 이루는 개방형 시스템을 설명할 수 있다. 최근 Hermitian counterpart가 없는 non-Hermitian 시스템의 첫 번째 토폴로지 위상이 보고되었다. Johan Christensen과 연구진들은 가청 주파수에서 증폭되고 집중된 사운드 방출의 아웃커플링(Out-coupling) 기능인 '레이징(Lasing)' 기능이 있는 음향 non-Hermitian 토폴로지 절연체에 대해 발표하였다. 사용된 이득 매질(Gain medium)은 탄소 나노튜브 필름으로 구성된 열가소성 수지 막대로 만든 소닉 크리스탈(Sonic crystal)로, 전기-열-음향 결합을 기반으로 위상적으로 보호되고 증폭된 가장자리 상태(Edge state)를 생성한다. 견고한 토폴로지 환경에서 시연된 증폭된 스티어링(Steering) 및 사운드 가이딩(Guiding)은 음향 통신 시스템을 개선할 수 있다.

Article doi: 10.1038/s41586-021-03833-4

4

췌장 항상성 및 종양 형성에서 선방세포(Acinar cell) 클론 확장

Nature 597 (2021년9월30일)

종양 형성의 초기 단계는 상당한 관심을 받고 있는 연구 대상이다. 췌장에서 정상적인 항상성은 조직의 클론 확장에 의해 재생될 수 있다. 일부 세포가 발암성 돌연변이를 획득하면 이 과정이 잘못되어 전암성 병변이 형성될 수 있다. Steven Artandi와 연구진들은 높은 수준의 Telomerase 역전사효소를 발현하는 희귀 선방세포(Acinar cells )의 계통 추적을 통해 이러한 병변의 기원에 대한 새로운 통찰력을 얻었다. 이 세포는 정상적인 항상성에 관여하지만 Kras 돌연변이가 지속되면 비정상적인 췌관 교차분화(Trans-differentiation)가 발생하여 신생물(Neoplasm)을 형성하게 되며, 이는 증폭된 MAPK 신호를 동반하는 사람 췌장암에서 자주 발견된다.

Article doi: 10.1038/s41586-021-03916-2

News & Views doi: 10.1038/d41586-021-02435-4

5

유기 태양 전지에서 삼중 엑시톤(Exciton)에 대한 전하 결합의 역할

Nature 597 (2021년9월30일)

NFA (Non-fullerene Acceptor)의 도입으로 전력 변환 효율이 18%에 달하는 유기 태양 전지에 대한 관심이 다시 부각되었다. 그러나 이보다 더 나아가 무기 태양 전지의 성능을 뛰어넘는 유기 태양 전지를 개발하는데 성공할 수 있을까? 본 연구에서 Alexander Gillett, Richard Friend와 연구진들은 잠재적인 경로를 확인하였다. 연구진들은 대부분의 NFA 유기 태양 전지에서 작동하는 에너지 손실의 지배적인 경로(비방사 전하 재결합을 통해 발생)를 확인하고 이 경로를 억제할 수 있는 디자인을 개발하였다. 이러한 발견은 20%를 초과하는 전력 변환 효율을 갖는 유기 태양 전지 개발에 대한 길을 열어준다.

Article doi: 10.1038/s41586-021-03840-5

6

극도의 이방성 반데르발스 열 전도체

Nature 597 (2021년9월30일)

이방성 열 전도체는 방향성 열 전달을 가능하게 하며 단열 및 효율적인 열 전도가 서로 다른 방향에서 동시에 실현될 수 있게 해준다. 방향성 열류(Heat flow)는 집적 회로의 열원(Heat source)으로부터 핫스팟(Hotspot)을 제거하고 민감한 구성 요소를 보호함으로써 열 관리 기술에 필수적이다. Jiwoong Park과 연구진들은 임의의 층간 회전을 갖는 대면적의 반데르발스 박막을 기반으로 한 극도의 이방성 열 전도체를 발표하였다. 층간 회전은 평면을 통한 열 전달을 방해하는 반면, 장거리 층내 결정성은 높은 평면 내 열전도율을 유지시킬 수 있다. 본 연구 결과를 통해 고체 시스템에서 방향성 열 전달을 엔지니어링하기 위한 새로운 자유도(Degree of freedom)로서 층화된 결정질 물질의 층간 회전을 설정할 수 있다.

Article doi: 10.1038/s41586-021-03867-8

News & Views doi: 10.1038/d41586-021-02572-w

7

개화 식물 다양성 유지에 관여하는 꽃가루 매개자(Pollinators)

Nature 597 (2021년9월30일)

희귀종을 선호하는 메커니즘은 다양한 군락을 유지하는데 매우 중요하다. 식물-꽃가루 매개자(Pollinator) 상호작용은 지구 생물다양성의 가장 중요한 요인 중 하나로 생각된다. 그러나 이러한 상호작용이 희귀 식물종의 유지에 기여하는 바는 아직까지 잘 알려져 있지 않다. Na Wei와 연구진들은 캘리포니아의 초원/관목 숲에서 2번의 연속 개화 기간 동안 식물-꽃가루 매개자 상호작용을 모니터링하였다. 연구진들은 1종~77종의 꽃가루 매개자 종과 상호작용하는 식물에 이르기까지 식물종 사이에 꽃가루 매개자 니체 폭(Niche breadth)의 실질적인 변화를 발견하였다. 희귀종은 풍부한 종보다 더 특수화된 것으로 확인되었다. 건강 상태를 추적하기 위해, 연구진들은 310만 개의 꽃가루 알갱이를 분류학적으로 식별하여 공동 개화식물종(Co-flowering species)의 암술머리에 붙였다. 일반 식물과 비교하여 특수화된 식물은 동종 꽃가루 전달이 더 많았으며, 동종 꽃가루 잘못된 위치 및 이종 꽃가루 수용을 통해 건강 손실 위험이 낮았다. 식물종들이 꽃가루 매개자 니체(Niche)를 공유할 때, 희귀 식물종은 풍부한 종에 의해 유인된 꽃가루 매개자로부터 도움을 받아 단독으로 자랄 때보다 더 큰 동종 수용으로 이어졌다. 그러나 풍부한 식물종들은 이러한 이득을 보지 못하였다. 본 연구 결과는 식물-꽃가루 매개자 상호작용이 종의 풍부한 동시 개화 군락에서 희귀종을 선호하므로 개화 식물 다양성의 유지에 기여할 가능성이 있음을 시사한다.

Article doi: 10.1038/s41586-021-03890-9

News & Views doi: 10.1038/d41586-021-02375-z

8

종양 억제 활성의 기반이 되는 UTX 응축화

Nature 597 (2021년9월30일)

생물학에서 상 분리(Phase separation)의 생리학적 역할이 확대되고 있다. Hao Jiang과 연구진들은 잘 알려진 X-연관 종양 억제인자 및 히스톤 Demethylase인 UTX가 기능의 필수 측면으로서 상 분리를 겪는 방법을 설명하였다. UTX 응축물 내에서 히스톤 Methylase인 METTL4도 발견되었다. 분리된 구획에서 이 둘의 활동은 더욱 강화된다. Y 염색체에 있는 관련 단백질인 UTY는 훨씬 더 강한 상 분리를 나타내지만 UTY 응축물 내에서 더 낮은 단백질 이동성으로 인해 종양 억제 활성이 더 낮다.

Article doi: 10.1038/s41586-021-03903-7

News & Views doi: 10.1038/d41586-021-02365-1

9

지상과 지하

Nature 597 (2021년9월30일)

식물의 형질은 식물이 환경에 대처하는 방법을 결정한다. 이번 주 호에서 Carlos Perez Carmona와 연구진들은 식물 높이와 잎 크기와 같은 지상 형질과 세근(Fine root)의 지하 형질 사이의 관계를 분석하였다. 연구진들은 관다발 식물에서 지상의 기능이 세근의 기능에 비해 많이 알려지지 않아 지상 형질이 매우 다른 식물 종들이 매우 유사한 세근을 가질 수 있고 반대로 전혀 다른 세근을 가질 수도 있음을 발견하였다. 그럼에도 불구하고 연구진들은 식물 과(Family)와 생물군계(Biomes) 간의 유사성 및 중복성 패턴으로 입증된 식물 전체의 조정의 증거를 발견하였다. 표지 이미지: Luís Gustavo Barretto Rodrigues

Article doi: 10.1038/s41586-021-03871-y

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2D 위그너 결정 이미징

Nature 597 (2021년9월30일)

결정질 고체의 원자가 전자는 기체, 액체 또는 고체처럼 행동할 수 있다. 위그너 결정이라고 불리는 전자의 고체 상태는 검출하기 어렵고 결정화의 간접적인 증거에 대해서만 보고되었다. Feng Wang과 연구진들은 특별히 설계된 비침습 주사 터널링 현미경을 사용하여 모아레 이종구조에서 2D 위그너 결정을 직접적으로 이미지화하였다. 연구진들은 전하 캐리어 밀도를 조정하여 다른 위그너 결정 배열을 이미지화하였다. 본 연구 결과는 위그너 결정을 더 잘 이해할 수 있게 해주며, 실험 프로브에 의한 변화를 최소화하면서 표면 및 2D 물질을 이미지화하는 새로운 기술을 도입할 수 있게 해준다.

Article doi: 10.1038/s41586-021-03874-9

News & Views doi: 10.1038/d41586-021-02573-9