네이처가 2019년 주목할만한 논문 10편을 선정했다. 관련 논문에는 글로벌 어획량과 미량 영양소, 돌연변이 헌팅틴 단백질 제거, 해왕성 7번째 달 발견, 실온 근접 초전도성 구현, 정확판 편집이 가능한 유전자가위, 그린란드 빙하 메탄 방출, 부모 양측 mtDNA 확인, 달리는 4족 로봇 등이 선정됐다.

전 세계 어획량의 풍부한 미량영양소(Daniel Pauly)

물고기는 영양소 결핍 질환을 예방하는 데 도움이되는 미량 영양소(micronutrients)의 원천이다. 어획량에서 얻을 수 있는 어류 유래 영양소와 질병 유병률 사이의 43개국 관련 데이터에 따르면 일부 개발 도상국의 어획량은 인구의 주요 미량 영양소 요구를 충족시키기에 충분해야 한다(Hicks et al.). 그러나 많은 개발 도상국가에서 상당량의 현지 어획량을 수출하거나 현지에서 가공해 어분을 생산, 수출해 양식 어류 먹이로 사용한다. 전통적으로 지역 시장에 공급해 온 많은 지역 어업은 이제 어류 먹이로 공급된다. 이는 저렴하고 영양가 높은 현지 물고기를 저소득층이 이용하는 것을 제한한다.

Nature 574, 95–98 (2019).

돌연변이 헌팅틴 단백질의 선택적 제거(Huda Y. Zoghbi)

헌팅턴병은 헌팅틴(HTT) 단백질에 비정상적으로 긴 글루타민 아미노산 잔기가 늘어나서 발생한다. 세포는 자가포식(autophagy)을 통해 돌연변이 헌팅틴(mHTT)을 분해한다(Li et al). 돌연변이 폴리글루타민 트랙 및 자가포식 소체에 존재하는 단백질(LC3B) 모두에 결합하는 화합물은 삼킴(engulfment) 및 mHTT 제거(clearance) 개선을 유발할 것이라는 가설을 세웠다. 저자는 후보 화합물을 식별하기 위해 소분자 스크린을 수행, 단백질의 정상 버전에 결합하는 화합물을 배제하기 위해 대조군에 자연 HTT를 사용했다. 그들은 4종의 화합물이 3종의 헌팅턴병 모델에서 기능적 개선이 가능하다는 고무적인 증거를 발견했다. 이 치료 전략은 또한 확장된 폴리글루타민 관을 포함하는 다른 질병에 유용 할 수 있다.

Nature 575, 203–209 (2019).

해왕성 히포캠프 궤도. Credit: NASA, ESA, and A. Feild (STScI).

보이저 2호 해왕성 일곱 번째 달 발견(Anne J. Verbiscer)

1989년에 NASA 우주선 보이저2호(Voyager2)는 행성의 가장 큰 달인 트리톤(Triton) 궤도 내부 해왕성의 6개의 달을 감지했다. 일곱 번째 달 히포캠프(Hippocamp) 발견을 보고했다((Showalter et al.). 원래 S/2004 N1 및 ‘ Neptune XIV’로 지정된 이 달은 2004–05, 2009년 NASA 허블 우주망원경 촬영 이미지에서 발견된 후 2016년에 캡처된 추가 이미지에서 확인됐다. 히포캠프 너비는 불과 34km에 불과하다. 그것은 행성에서 두 번째로 큰 달인 프로테우스의 궤도 내부에서 해왕성을 공전한다.

Nature 566, 350–353 (2019).

실온 근접 초전도성(James J. Hamlin)

초전도체로 알려진 재료는 100 % 효율로 전기 에너지를 전달한다. 병원의 자기공명영상(MRI) 등 광범위한 응용 분야에서 활용된다. 그러나, 초전도 상태는 실온 섭씨 21.85도(295K)보다 훨씬 낮은 온도에서만 존재해 이러한 응용에 제한이 있었다. 드로즈보브(Drozdov et al.) 등은 지구 대기압의 백만 배 이상의 압력으로 압축될 때 수소가 풍부한 란타늄 하이브리드 화합물(lanthanum hydride compounds)이 -23.15도(250K)에서 초전도 상태가 된다는 것을 확인하는 몇 가지 주요 결과를 보고했다. 다른 풍부한 가압 수소 시스템 중 일부만이 이 엄청난 압력에서 실험 됐음을 감안할 때, 상온 초전도의 꿈이 가까운 미래에 실현 될 가능성이 가장 높다.

Nature 569, 528–531 (2019).

정확한 게놈 편집이 가능한 유전자가위(CRISPR) 툴(Randall J. Platt)

유전자 편집 도구 개발에 엄청난 진전이 있었다. 그러나 복잡하고 경쟁적인 세포 공정에 대한 툴의 의존성으로 인해 유전자 편집의 효율성과 정확성에 대한 근본적인 한계에 도달했다. 엔젤론(Anzalone et al.) 등은 게놈을 정확하게 변경할 수 있는 ‘검색 및 교체’게놈 편집에 대해 설명했다. RNA 가이드의 ‘검색’부분은 Cas9 단백질을 DNA 표적의 특정 서열로 향하게 해 두 DNA 가닥 중 하나를 자른다. 역전사 효소는 가이드의 ‘바꾸기’부분에서 서열에 상보적인 DNA를 생성하고 절단된 말단 중 하나에 설치해 원래의 DNA 서열을 대신한다. 그 후 DNA 수정을 거쳐 완전히 편집된 이중체를 생성한다. 불완전한 편집은 거의 완전에 가깝게 방지된다.

Nature 576, 149–157 (2019).

그린란드 빙하. credit:Reniruestig.

그린란드 빙하 메탄 방출(Lauren C. Andrews)

그린란드 빙하 아래의 퇴적물에는 특정 조건 하에서 온실 가스 메탄으로 전환 될 수 있는 탄소 매장량이 있다(Lamarche-Gagnon et al.). 여름철에 그린란드 빙하가 지면으로 드러나는 지점에서 녹아흐르는 물에 용해 된 메탄을 직접 측정했다. 물에는 메탄이 과포화됐다. 메탄은 다른 지구의 강에서 처럼 대기로 방출 된다. 빙하 퇴적물은 다른 연구 결과를 뒷받침하는 로컬 메탄의 근원으로 작용할 수 있다. 연구진은 그린란드 간 빙하 환경에서 발생하는 메탄의 연속 유입은 빙하의 용융수 배수 효율에 따라 다르다는 것도 제시했다. 이 연구는 지구 빙하 영역이 예상치 못한 잠재적으로 중요한 방식으로 주변 지구 시스템과 어떻게 상호 작용할 수 있는 지에 대한 예다.

Nature 565, 73–77 (2019).

부계 미토콘드리아(Thomas G. McWilliams/Anu Suomalainen)

진핵 생물 동물, 식물 및 곰팡이)의 DNA는 두 개의 세포 구획, 즉 핵과 미토콘드리아라고하는 소 기관에 저장된다. 건강한 개인의 미토콘드리아 DNA(mtDNA) 분자는 대부분 동일하다. 그러나, mtDNA 돌연변이에 의한 질환을 가진 사람들에서, 정상 및 돌연변이 mtDNA 분자는 전형적으로 단일 세포, 즉 이종 플라즈마(heteroplasmy)로 불리는 상황에 공존한다. 미토콘드리아 DNA는 모계 난자 세포에서만 유래한 것으로 생각되었지만(Luo et al.) 양 부모 미토콘드리아 상속으로 인한 mtDNA 이종 세포를 가진 세가지 사례를 식별, 이에 도전했다. 이전 연구에 따르면 세포가 자신의 미토콘드리아를 ‘먹는’과정인 미토 파지는 부계 미토콘드리아를 선택적으로 제거하는 역할을 한다. 따라서, 이러한 드문 경우의 mtDNA 전이는 미토콘드리아 회전율 결함으로 인한 것일 수 있다.

Proc. Natl Acad. Sci. USA 115, 13039–13044 (2018).

달리는 로봇(Hod Lipson)

많은 생물에게는 걷기와 잡기가 쉽지만 로봇은 걸음걸이 운동, 세밀한 손 조작 구현이 어렵다. 시뮬레이션에서 아름답게 작동하는 로봇조차도 사소한 물리적 인 장애물에 넘어 질 수 있다. 사이언스 로보틱스(Hwangbo et al.)는 로봇 소프트웨어 설계에 대한 데이터 중심 접근 방식이 로봇 운동 기술을 향상시킬 수 있다고 보고했다. 연구진은 중견 크기의 사족 시스템 에니멀(ANYmal) 로봇을 사용해 방법을 제시했다.

Sci. Robot. 4, eaau9354 (2019).

*원문 : Robots, hominins and superconductors: 10 remarkable papers from 2019