톱10 하이라이트

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높은 비율의 생존자에서 에볼라(Ebola) 바이러스 항체 쇠퇴-자극

Nature 590 (2021년2월18일)

Georgios Pollakis와 연구진들은 에볼라(Ebola) 바이러스 감염에서 회복되었고, 병원에서 퇴원하기 전에 바이러스에 감염된 것으로 밝혀진 환자 집단에서 30~500일 동안 에볼라 바이러스에 대한 종단적(Longitudinal) 항체 반응을 조사하였다. 환자의 42.6%에서 바이러스 중화 항체 수준이 감소한 후 계속해서 증가하는 패턴을 보였으며, 이는 면역 특권 부위(Immune-privileged sites)에서 바이러스 복제의 재발로 인해 항체 반응이 증가하고 있음을 시사한다. 저자들은 바이러스의 잠재 지속성(Occult persistence)이 이전에 예상했던 것보다 더 빈번할 가능성이 높으며, 에볼라 바이러스 생존자에 대한 지속적인 감시가 필요하다고 제안하였다.

Article doi: 10.1038/s41586-020-03146-y

News & Views doi: 10.1038/d41586-020-03044-3

2

아인슈타이늄(Einsteinium) 복합체의 구조적 및 분광학적 특징

Nature 590 (2021년2월4일)

트랜스 플루토늄(Transplutonium) 원소의 희소성과 높은 방사능은 이들의 화학적 특성에 대한 연구를 오랫동안 제한해왔다. 이러한 원소 중 아인슈타이늄(Es)은 아마도 가장 흥미로운 연구 대상 중 하나일 것이다. Es는 주기율표에서 전통적인 구조 및 분광학적 연구를 위해 충분한 양으로 생성될 수 있는 가장 무거운 원소이다. 본 연구에서 Rebecca Abergel과 연구진들은 아주 적은 양의 물질로 얼마나 많은 일을 할 수 있는지를 보여주었다. 200 나노그램 미만의 Es (약 276일의 반감기)를 사용하여 Es 배위결합 복합체(Coordination complex)를 합성 및 분리하여, 구조를 조사하고, 최초의 Es 결합 거리 측정을 발표하였다. 싱크로트론(Synchrotron) 방사선 광원을 사용하여 복합체의 광학적 특성을 조사하고 초기 악티늄족(Actinides)에서 최초로 민감한 발광 상태의 Es (III)를 밝혀내었다. 본 연구는 이러한 희소성 높고 수명이 짧은 원소의 화학 연구와 관련된 실험적 장애물을 극복하는 방법을 제시한다.

Article doi: 10.1038/s41586-020-03179-3

3

상온에서의 반강자성(Antiferromagnetic) 반-스커미온(Half-skyrmions)과 바이메론(Bimerons)

Nature 590 (2021년2월4일)

자성 스커미온(Magnetic skyrmions)은 실제 공간에서 구불구불한 스핀 텍스처(Spin texture)를 가지며, 스핀트로닉(Spintronic) 분야에서 다양하게 응용될 수 있는 잠재력을 가지고 있어 흥미로운 연구 주제로 주목 받게 되었다. 특히 이론적으로 예측된 반강자성(Antiferromagnetic) 스커미온은 기존의 강자성(Ferromagnetic) 스커미온에 비해 더 유연한 제어가 가능하기 때문에 더욱 발전성이 높다. Paolo Radaelli와 연구진들은 상온에서 지구에 풍부한 산화철에서 반강자성 반-스커미온(Half-skyrmions)과 바이메론(Bimeron)을 발표하였다. 연구진들은 이러한 토폴로지(Topological) 스핀 텍스처가 외부 자기장이 없이도 생성될 수 있으며 온도 사이클(Temperature cycling)에 의해 없어지고 다시 재생성 될 수 있음을 보여주었다. 향후 연구에서는 메모리 및 논리 장치의 실현을 가능하게 할 수 있는 전기장을 이용하여 반강자성 스커미온의 움직임을 제어하려는 시도가 이루어질 것이다.

Article doi: 10.1038/s41586-021-03219-6

4

염분이 없는 북극해

Nature 590 (2021년2월4일)

표지는 아이슬란드의 다이아몬드 해변과 Jokulsarlon Glacier Lagoon을 보여준다. 한때 북극해의 대부분이 빙붕(Ice shelf)으로 덮여 있었다고 여겨지지만 이에 대한 명확한 증거는 파악하기 어려운 것으로 확인되었다. 이번 주 호에서 Walter Geibert와 연구진들은 최근 빙하기에 북극해와 인접한 북유럽 해가 대부분 담수(Fresh water)로 채워져 있으며, 두꺼운 빙붕으로 덮여있다는 결과를 발표하였다. 연구진들은 바닷물에서 우라늄(Uranium)이 붕괴되어 생성되는 토륨(Thorium)-230의 해양 퇴적물 코어(Marine sediment cores)를 분석하였다. 연구진들은 토륨-230이 북극해와 북유럽 해 코어의 여러 층에서 없다는 사실을 발견하였으며, 이는 바닷물이 존재하지 않는다는 의미로 해석된다. 연구팀은 빙붕이 효과적으로 댐을 만들어 대서양과 이 수역을 분리하고 70,000~62,000 년과 150,000~131,000 년 전 이 두 기간 동안 이 지역을 담수로 채운 것으로 보인다고 발표하였다. 표지 이미지: Aleksandar Tomic/Alamy.

Article doi: 10.1038/s41586-021-03186-y

News & Views doi: 10.1038/d41586-021-00208-7

5

항-종양 면역을 유도하는 EBV 메커니즘과 치료목적의 사용

Nature 590 (2021년2월4일)

Epstein–Barr 바이러스 LMP1 단백질의 신호 전달은 면역 반응에서 일부 공동 자극 단백질(Co-stimulatory proteins)을 포함하여 많은 세포 단백질의 발현을 유도하는 것으로 알려져 있다. Baochun Zhang과 연구진들은 림프종 마우스 모델을 이용하여 B 세포(바이러스의 주요 표적 세포)에서 Epstein–Barr 바이러스 단백질 LMP1의 발현과 신호 전달이 종양 관련 항원(주조직 적합성 복합체(Major histocompatibility complex) Class II 및 II에 제시되어 있음)이라고 불리는 세포 항원의 과발현을 유도하고 공동 자극 리간드 CD70 및 OX40L의 상향 조절을 통해 암세포에 대한 효과적인 CD4 및 CD8 T 세포 매개 면역 반응을 유발한다는 것을 보여주었다. 저자들은 사람 만성 림프구성 백혈병에 대한 면역 요법에 이 접근법을 어떻게 적용할 수 있는지를 논의하였다.

Article doi: 10.1038/s41586-020-03075-w

6

SARS-CoV-2의 연령별 사망률과 면역 패턴

Nature 590 (2021년2월4일)

Megan O'Driscoll과 연구진들은 SARS-CoV-2와 관련된 연령별 감염 대비 사망률(IFR: Infection-to-fatality)을 추정하고 45개국의 COVID-19 관련 사망 데이터와 22개 국가의 혈청학적 조사를 통합하여 국가별 총 감염수를 추정하였다. 연구진들은 65세 미만 환자의 상대적 사망 위험이 국가마다 일관성을 보였지만 65세 이상 환자의 사망수는 보고된 것보다 훨씬 더 다양하고 상당히 높다는 것을 발견하였다. 연구진들의 모델은 국소적 가변성을 수용할 수 있으므로 예상되는 사망수를 기준으로 국소 질병 역학을 재구성할 수 있다. 이 모델을 사용함으로써 저자들은 많은 남미 국가들과 같이 높은 감염률을 보인 국가에서 65세 이상의 보고되지 않은 실질적인 사망수 뿐만 아니라 요양원에서의 SARS-CoV-2 발생으로 인해 유럽에서 보고된 사망자 수가 훨씬 더 많다는 사실을 발견하였다.

Article doi: 10.1038/s41586-020-2918-0

7

박테리아 활성 물질(Active matter)에서 시공간적 배열의 점탄성(Viscoelastic) 제어

Nature 590 (2021년2월4일)

활성 물질(Active matter)은 에너지를 소비하여 기계적 힘을 생성하는 단위로 구성되며, 박테리아와 같은 살아있는 생물체 또는 자체 추진 입자(Self-propelled particle)와 같은 합성 물질이 될 수도 있다. Yilin Wu와 연구진들은 E. coli 박테리아의 조밀한 현탁액의 주변 유체에 DNA를 첨가하여 점탄성(Viscoelasticity)을 도입하는 효과를 연구하였다. 이전의 연구에서는 저농도의 DNA 첨가 시 유한 크기(Finite size)의 일시적인 소용돌이 형태의 난류(Turbulence)가 생성된다는 것이 확인되었다. 이 연구에서는 DNA의 임계 농도를 넘어서 전체 현탁액이 하나의 거대한 소용돌이로 회전하기 시작한다는 것을 보여주었다. 또한, DNA 농도가 더 증가하면 소용돌이는 주기적인 카이랄성(Chirality) 전환과 함께 진동 상태를 나타내며, 주기는 DNA 농도에 따라 변화될 수 있다. 저자들은 수치 모델(Numerical model)을 개발하고 능동적인 힘과 점탄성 응력 완화 간의 상호작용 측면에서 이러한 작용을 설명하였다. 본 연구는 활성 물질의 시공간적 제어를 위한 새로운 방향성을 제시하며, 저자들은 이것이 실현 가능할 뿐만 아니라, 많은 연구자들의 관심을 유발할 수 있을 것이라고 주장하였다.

Article doi: 10.1038/s41586-020-03168-6

8

식사로 인한 복통을 유발하는 식품 항원에 대한 국소 면역 반응

Nature 590 (2021년2월4일)

Guy Boeckxstaens와 연구진들은 마우스의 박테리아 장 감염이 사람의 감염 후 IBS (Irritable bowel syndrome)의 증상을 모방하는 식이성 항원(Dietary antigens)에 대한 국소 면역 반응을 일으킬 수 있음을 보여주었다. 반응은 식이성 항원 특이적인 IgE 항체의 발달과 비만 세포(Mast cell)의 활성화에 의존적이었다. 식이성 항원에 다시 노출되면 비만 세포의 탈과립화(Degranulation)와 통각 수용 뉴런(Nociceptive neurons)의 자극이 유발되어 복통이 증가하였다. 이 연구는 박테리아 감염이나 초항원(Superantigens)이 식품 항원(Food antigens)에 대한 경구 내성(Oral tolerance)을 깨뜨려 국소적인 식품 알레르기와 같은 면역 반응과 장 과민성을 유발할 수 있다는 사실을 뒷받침한다. 이 발견은 IBS, IBD (Inflammatory bowel disease) 및 음식 알레르기와 같은 식품 매개 염증성 질환의 발병과 관련하여 새로운 테스트 가능한 가설을 설계하고, 이러한 질환에 대한 치료법을 개발하는데 의미가 있을 것으로 보인다.

Article doi: 10.1038/s41586-020-03118-2

News & Views doi: 10.1038/d41586-020-03661-y

9

화학 합성을 위한 도구로써의 Bayesian 반응 최적화(Optimization)

Nature 590 (2021년2월4일)

최적화(Optimization)는 합성 화학에서 매우 중요하다. 유사 약물(Drug-like) 또는 기타 고가(High-value)의 화합물을 만드는데 도움이 되는 새로운 반응을 발견하려면 최고의 수율과 생성물 선택성을 얻는 방법을 밝혀내어야 한다. 그러나 특히 많은 변수(예: 시약, 촉매, 용매)가 있을 경우 프로세스가 복잡해질 수도 있다. 본 연구에서 Abigail Doyle과 연구진들은 Bayesian 최적화 알고리즘을 이용하면 도움이 된다고 발표하였으며, 이는 다양한 유기 반응에서 입증되었다. 저자들은 일반적인 실험실에서 통합할 수있는 소프트웨어 툴을 개발하고 온라인 게임을 벤치마킹하여 컴퓨터 기반 접근 방식이 과학자의 효율성과 일관성을 향상시킨다는 것을 보여주었다.

Article doi: 10.1038/s41586-021-03213-y

News & Views doi: 10.1038/d41586-021-00209-6

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접촉 이전(Pre-contact)의 카리브해의 유전학적 역사

Nature 590 (2021년2월4일)

약 6,000년 전 최초의 정착 이후와 유럽 항해자들과 접촉하기 전의 카리브해 인구 역사에 대해서 많은 논란의 여지가 있다. 본 연구에서 David Reich와 공동 저자들은 카리브해 전역에서 온 174명의 고대인의 전체 게놈 데이터를 생성하고 이전에 보고된 89개의 데이터 세트를 이용하여 이를 분석하여 콜럼버스 이전 시대의 인구 규모와 이동에 대한 정보를 얻었다. 연구진들은 이 지역으로의 2가지 주요 이주에 대한 증거를 찾았는데 하나는 약 3,000년 전 고대 시대 도구 사용과 관련이 있었고, 두 번째는 약 2,000년 전 고대 시대 사람들이 세라믹 시대(Ceramic-age)의 사람들로 거의 완전히 교체되었다. 이러한 이주는 중남미로 거슬러 올라간다. 연구진들은 이 기간 동안 상대적으로 작은 전체 인구 규모를 추론하고 오늘날 카리브해 사람들의 세라믹 관련 조상(고대시대와 관련되지 않음)을 확인하였다.

Article doi: 10.1038/s41586-020-03053-2