톱10 하이라이트

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ACE2 수용체에 결합된 SARS-CoV-2 스파이크 수용체-결합 도메인의 구조 / SARS-CoV-2에 의한 수용체 인식의 구조적 기초

Nature 581 (2020년5월14일)

두 논문은 SARS-CoV-2가 세포 수용체인 ACE2에 어떻게 결합하는지를 보여주고 있다. Xinquan Wang과 그의 동료들은 2.45Å의 해상도에서 SARS-CoV-2 수용체 결합 도메인 (RBD, Receptor-binding domain)의 결정 구조를 밝혀내었다. Fang Li와 그의 동료들은 SARS-CoV RBD backbone에서 SARS-CoV-2의 수용체-결합 모티프로 구성된 키메라 스파이크 단백질(수용체 결합을 매개하는 바이러스의 일부)을 사용하여 유사한 구조를 발표하였다. 두 구조 모두 SARS-CoV-2가 SARS-CoV와 유사한 방식으로 ACE2 수용체에 결합하지만, SARS-CoV-2 및 SARS-CoV의 결합 친화도의 차이를 설명할 수 있는 특징적인 차이점이 있는 것으로 밝혀졌다.

Article doi: 10.1038/s41586-020-2180-5

Article doi: 10.1038/s41586-020-2179-y

2

파이온 헬륨 원자의 레이저 분광법

Nature 581 (2020년5월7일)

헬륨 원자의 전자 중 하나를 음전하 파이온(Pion)으로 바꾸면 무엇을 얻을 수 있을까? 파이오닉 헬륨(Pionic helium)! 이것은 다소 난해하게 들릴지 모르지만, 이러한 독특한 원자는 실험적인 호기심 그 이상이다. 기본 물리학 분야의 수많은 시급한 질문에 대한 시험대로 사용될 수 있다. Masaki Hori와 그의 동료들은 이러한 원자의 존재에 대한 명백한 분광학적 증거를 제공하고 그 특성이 어떻게 조사될 수 있는지를 보여준다.

Article doi: 10.1038/s41586-020-2240-x

News & Views doi: 10.1038/d41586-020-01250-7

3

예측 및 소급 측정에 의한 1011 원자의 스핀 압착

Nature 581 (2020년5월14일)

고정밀 계측은 불확실성을 줄이고 실험 데이터를 의미 있게 해석할 수 있게 해주지만 표준 양자 한계에 의해 제한된다. 양자화된 상태의 측정의 정확성은 특성화된 시스템의 초기와 후기를 모두 관찰함으로써 개선될 수 있다. Klaus Mølmer와 그의 동료들은 1011개의 루비듐 원자의 집합적인 스핀을 조사함으로써 표준 양자 한계를 넘어선 양자 상태의 발생을 보여주었다. 그들은 과거의 양자 상태 이론과 스핀 압착 상태의 얽힘에 기초하여 스핀 상태의 초기 및 후기 측정 결과를 얻었다. 이러한 결과는 원자 앙상블을 사용하여 다양한 물리적 현상을 고감도로 탐사하고 양자 센서의 실제 적용에 유용하게 이용될 수 있다.

Article doi: 10.1038/s41586-020-2243-7

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벤젠으로부터 사이클로헥센의 동위이성질체 및 입체이성질체 생성

Nature 581 (2020년5월21일)

유기분자 또는 약물에서 중수소(Deuterium) 결합 형성은 다양한 분야에서 매우 유용하게 이용되고 있으며, 최근 최초의 중수소화 약물(Deuterium-containing drug)이 FDA 승인을 받았다. 그러나 증수소 삽입 위치를 제어하는 것은 쉽지 않다. Walter Harman와 그의 동료들은 벤젠과 결합된 텅스텐 복합체(Tungsten complex)를 이용하여 중수소를 고리의 특정 위치에 선택적으로 결합 가능하게 함으로써 다양한 중수소화 사이클로헥센(deuterated cyclohexenes)을 생성하였다. 빌딩블록으로 사용가능한 서로 다른 위치에 중수소를 포함한 사이클로헥센의 52개의 stereoisotopomers를 발표하였으며, 치환된 벤젠에서도 이러한 반응이 가능하다는 사실을 보여주었다. [Article, 288쪽].

Article doi: 10.1038/s41586-020-2268-y

5

능동 기계 학습을 이용한 CO2 전기 촉매의 가속화된 발견

Nature 581 (2020년5월14일)

증가하는 에너지 수요 및 이산화탄소 배출량을 고려할 때, 이산화탄소를 유용한 화학 물질 및 연료로 전환하기 위해 간헐적인 재생 가능 전력의 사용이 주목 받고 있다. 구리는 고가의 생산물을 목표로 할 때 선택되는 전기 촉매이지만 비용 경쟁력이 있는 생산에 필요한 에너지 효율성과 생산성을 제공하지는 않는다. Edward Sargent와 그의 동료들은 전례 없는 효율성과 생산성으로 이산화탄소를 고가의 에틸렌으로 전환할 수 있는 최적화된 Cu-Al 전기 촉매를 계산, 기계 학습 및 시스템 최적화를 통해 확인하고, 발표하였다. 이번 연구 결과는 기존의 단일 금속 전기 촉매의 한계를 뛰어넘기 위한 다중 금속 시스템의 탐색을 가능하게하는 결합된 접근법의 가치와 강점을 보여주고 있다.

Article doi: 10.1038/s41586-020-2242-8

6

솔리톤 마이크로콤(Soliton microcomb)을 이용한 대규모 병렬 Coherent 레이저 범위

Nature 581 (2020년5월14일)

Lidar는 자율 주행 차량의 핵심 기술로 차량의 눈 역할을 한다. 레이저 광을 이용하여 물체를 조명 한 다음 반사 펄스를 측정하여 물체의 거리와 속도를 계산한다. 효율적인 시스템을 만들기 위해서는 태양과 기타 광원의 간섭을 차단해야한다. 이는 일반적으로 간섭 검출을 이용하는데, 반사된 광은 투과된 광과 혼합되고 반사된 광에서의 도플러 효과(Doppler shift)를 분석한다. 그러나 이 접근 방식은 Scale-up하기 어려운 것으로 확인되었다. 이번 주 호에서 Tobias Kippenberg와 그의 동료들은 광자 칩(Photonic chip)을 사용하는 솔리톤 마이크로콤(Soliton microcomb)을 기반으로하는 Lidar set-up을 발표하였다. 광원은 동일한 간격으로 주파수가 있는 넓은 스펙트럼의 sharp line을 방출하므로 시스템은 30개의 개별 채널에서 병렬 측정을 수행 할 수 있다. 연구진들은 이 시스템이 작고 방대한 평행 초고속 frame-rate coherent lidar의 기반이 될 수 있을 것이라고 발표하였다. 표지 이미지: T/K

Article doi: 10.1038/s41586-020-2239-3

7

질산과 암모니아 응축에 의한 새롭게 생성된 대기 입자의 빠른 성장

Nature 581 (2020년5월14일)

새로운 입자는 대규모의 기존에 존재하던 입자들이 없는 깨끗한 환경에서만 정상적으로 생성된다고 여겨져왔다. 그러나 도시의 대기 오염에 크게 영향을 미치는 베이징, 상하이와 같은 도심의 심각하게 오염된 대기에서도 빈번하게 생성된다는 증거들도 나오고 있다. 따라서, 어떻게 새롭게 생성된 입자들이 고농도의 에어로졸(Aerosols) 존재 하에 세정(Scavenged) 없이 성장할 수 있는지 미제로 남아있다. Neil Donahue와 그의 동료들은 입자에 질산 암모늄을 형성하는 질산과 암모니아 응축에 의해 새롭게 생성된 입자들의 빠른 응축 성장 가능성을 보여주기 위하여 CERN의 CLOUD (Cosmics Leaving OUtdoor Droplets) 챔버에서 측정을 수행하였다. 질산과 암모니아는 도시 대기에 풍부하며, 질산은 종종 새로운 입자 형성에 주로 관여하는 황산보다 1,000배 이상 풍부한 경우도 있다. 측정된 질산-염기 핵 생성 성장 속도 황산-염기 핵 생성 성장 속도보다 1~2배 빨랐다. 빠른 성장 속도로 인하여 새롭게 생성된 많은 입자들은 세정 없이도 빠르게 크기가 증가하였다. 그러나 이러한 새로운 입자 형성 현상은 겨울철이나 상부 대류권과 같은 저온 조건에서만 발생 가능한 것으로 보인다.

Article doi: 10.1038/s41586-020-2270-4

News & Views doi: 10.1038/d41586-020-01334-4

8

Behavioural modulation이 가능한 체액성 면역 반응의 뇌 조절

Nature 581 (2020년5월14일)

이 연구에서 저자들은 신경 신호 전달이 뇌에서 시작되어 비장으로 전달되고, 노르에피네프린 및 아세틸콜린의 방출을 유도하여 T 세포 의존성 B 세포 반응이 일어나는 동안 혈장 세포 형성 및 항체 생산을 촉진한다는 것을 입증하였다. 이 연구는 뇌가 오래 전부터 알려진 신경 내분비 경로와 더불어 직접적인 신경 연결을 통해 적응 면역을 조절할 수 있음을 보여준다.

Article doi: 10.1038/s41586-020-2235-7

News & Views doi: 10.1038/d41586-020-01168-0

9

양자 전기 역학의 정밀 테스트 및 HD+ 이온의 기본 상수 결정

Nature 581 (2020년5월14일)

자연의 기본 상수에 대한 정밀하고 독립적인 측정은 물리 이론을 검증하는 중요한 자료이다. 이러한 측정이 가능한 플랫폼은 삼체 시스템(Three-body system)이며, 단일체(Single-body) 및 이체(Two-body) 수량이 서로 연관되어 표준 직접 측정과 독립적으로 측정될 수 있는 이점이 있다. 수소 분자 이온은 이러한 정밀 측정을 위한 이상적인 삼체 시스템이다. 포획된 분자 이온 클러스터에 대한 회전 분광법 기술은 분자의 회전 전이의 초미세 성분의 고정밀 측정에사용된다. 전자-양자 질량비의 값과 Rydberg 상수 및 전자 질량의 곱은 이론적 QED 계산과 일치하지만 훨씬 더 높은 정밀도로 2 × 10-11의 아주 작은 불확실성에 도달한다.

Article doi: 10.1038/s41586-020-2261-5

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빅뱅 이후 1억 5천만년 전의 차갑고 거대한 회전 원반 은하

Nature 581 (2020년5월21일)

언제 그리고 어떻게 원반 은하계(Disk galaxies)가 형성되었는지는 여전히 불명확하다. 은하계 형성의 전통적인 모델에 따르면, 은하계는 'Cold mode'를 통해 가스를 유입하여 빅뱅 이후 10억 년 전에 형성될 수 있었음에도 불구하고, 더 늦게 형성되었다. Marcel Neeleman과 그의 동료들은 4.26의 적색 편이(Redshift)에서의 은하계 관찰을 발표하였다. 저자들은 은하계가 거대하게 회전하는 원반 형태임을 발견하였다.

Article doi: 10.1038/s41586-020-2276-y

News & Views doi: 10.1038/d41586-020-01418-1