양자 선에서 제어 가능한 전자 흐름

.눈 내린 산사

(고성=연합뉴스) 대설주의보가 내려진 영동산간에 10㎝ 안팎의 눈이 내린 7일 오전 강원 고성군 건봉사에 멋진 설경이 연출되고 있다. 2019.2.7 [고성군 제공] momo@yna.co.kr

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나훈아 - 첫눈

.양자 선에서 제어 가능한 전자 흐름

2019 년 2 월 6 일, 프린스턴 대학 양자 선에서 제어 가능한 전자 흐름 반대 방향의 전자 궤도를 가진 영역들 사이의 경계에서 전자가 흐를 수있는 예상되는 차선의 개략도. 신용 : Princeton University의 Ali Yazdani 연구 그룹.

Princeton 연구원은 Nature에 발표 된 새로운 연구에 따르면, 자기장이있는 상태에서 제어 가능한 "양자 전선"을 만드는 새로운 방법을 시연했다 . 연구진 은 높은 자기장을받는 비스무스 결정 표면의 두 양자 상태 사이에 형성되는 전자 전도 채널을 감지했다 . 이 두 상태는 다른 방향으로 타원 궤도를 따라 움직이는 전자로 구성됩니다. 연구팀은 놀랍게도이 채널의 전류 흐름을 켜고 끌 수 있기 때문에 이러한 채널을 새로운 유형의 제어 가능한 전선으로 만들 수 있음을 발견했습니다. 1909 년 물리학 교수이자 프린스턴 복합 재료 센터 소장 인 알리 야즈 다니 (Ali Yazdani)는 "이 채널들은 전자가 집합 적으로 타원 궤도를 정렬하는 서로 다른 양자 상태 사이의 경계에서 자발적으로 형성되기 때문에 주목할 만하다. 연구. "채널에서 전자 간의 상호 작용이 어떻게 수행 할 수 있는지 여부를 강하게 규정하는 것이 흥미로운 일입니다." 연구진은 순수한 비스무스로 만들어진 결정 표면의 전자 동작을 시각화하기 위해 개별 원자를 이미징하고 전자의 움직임을 물질의 표면에 매핑 할 수있는 스캐닝 터널링 현미경을 사용했다.

다른 전자 궤도 방향을 가진 영역 사이의 경계를 보여주는 스캐닝 터널링 현미경 이미지. 신용 : Princeton University의 Ali Yazdani 연구 그룹

이 계측기를 사용하여 팀은 냉장고 자석보다 수천 배 더 큰 자기장이있을 때 전자의 움직임을 직접 이미지화했습니다. 큰 자기장의 적용은 전기장 의 방향에 평행 한 전자의 더 일반적인 흐름 대신에 전자가 타원형 궤도 를 움직이게 합니다. 연구진은 전자가 궤도의 방향을 갑자기 전환시키는 결정의 두 영역 사이에서 계곡의 극성을 띤 벽이라고 부르는 경계에서 전도 채널을 형성한다는 것을 발견했다. 실험을 수행 한 물리학과의 대학원생 인 Mallika Randeria는 "우리는 자기장의 정확한 값에 따라 전자가 흐를 수있는 2 차선 및 4 차선 채널이 있음을 발견했다 . " 그녀와 동료들은 전자가 4- 레인 채널에서 움직이게 될 때 방해 받음을 관찰했으나 두 차선 채널에만 국한되어있을 때는 방해받지 않고 흐를 수있었습니다. 이러한 행동을 이해하려고 노력하면서 연구자들은 양자 역학의 법칙이 다중 채널 양자 와이어 에서 전자들 사이의 반발력을 결정하는 새로운 규칙을 밝혀냈다 . 더 많은 수의 차선이 더 나은 전도성을 제안하는 것처럼 보이지만, 전자 간의 반발은 직각으로 반대 방향으로 차선을 전환하고, 방향을 바꾸고, 달라 붙는 결과를 가져와 단열 작용을 일으 킵니다. 채널 수가 적을수록 전자는 차선을 변경할 수있는 옵션이 없으며 서로를 "통과"해야하는 경우에도 전류를 전송해야합니다. 이러한 1 차원 채널에서만 가능한 양자 현상입니다. 비슷한 보호 전도는 프린스턴의 F. Duncan Haldane, Sherman Fairchild 대학의 물리학 교수에게 수여 된 2016 년 노벨상의 주제였던 이른바 토폴로지 상태의 경계를 따라 발생합니다. 이론적 설명 새로운 발견에 대한 후 프린스턴 대학 대학원생이었고, 지금은 동료 옥스포드 대학에서 물리학 교수, 프린스턴의 시바 지 손티 장군의 교수 팀, 싯다 르트 나라 얀 Parameswaran의 두 멤버에 의해 수행 초기 작업을 기반으로 물리학 자 및 공동 작업자로 구성됩니다. "우리가 사용했던 이론 아이디어 중 일부는 잠시 동안 사용되었지만 실제 실험을 설명하기 위해 이들이 어떻게 어울리는지 여전히 궁금해하고 있습니다. 실제로 발생하는 실제 스릴이 있습니다."라고 Parameswaran은 말했습니다. "이것은 실험과 이론이 함께 작동하는 방식의 완벽한 예입니다. 새로운 실험 데이터가 없으면 우리 이론을 다시 검토하지 않았으며 새로운 이론 없이는 실험을 이해하기 어려울 것입니다."

더 자세히 살펴보기 : 너무 낮은 계곡 : 전자는 '밸리 트로닉스'에 유용 할 수있는 방식으로 모여 있습니다. 추가 정보 : 양자 홀 계곡 시스템의 다중 채널 토폴로지 경계 모드 상호 작용, Nature (2019). DOI : 10.1038 / s41586-019-0913-0 , https://www.nature.com/articles/s41586-019-0913-0 저널 참조 : 자연 :에 의해 제공 프린스턴 대학

https://phys.org/news/2019-02-electron-quantum-wires.html

.깔끔하게 정리하기 : 생물학적 인 혼란이 프리 바이오 틱 한 혼란으로부터 어떻게 생겨나 는가?

2019 년 2 월 6 일 Astrobiology Magazine의 Keith Cooper에 의해 깔끔하게 정리하기 : 생물학적 인 혼란이 프리 바이오 틱 한 혼란으로부터 어떻게 생겨나 는가? RNA에 관한 기본 연구는 생명의 기원을 탐색하는 것을 돕기위한 것입니다. 크레딧 : NASA / Jenny Mottar

혼돈의 질서에 대한 이야기로서의 세계의 형성을 묘사하는 신화 창조 이야기처럼, 초기 지구는 RNA 분자와 DNA와 같은 더 복잡한 생물학적 구조가 출현 한 유기 분자가 혼란스럽고 혼란스러워졌습니다. 어떤 프리 바이오 틱 클러 터 내의 분자들이 어떻게 상호 작용하여 생명체를 형성해야 하는지를 지시하는 지침이 없었습니다. 그럼에도 불구하고 그 분자들이 무작위로 상호 작용 한 결과, 궁극적으로 생명으로 인도하기 위해 올바른 상호 작용을 할 수 없었을 것입니다. "문제는 모든 무작위 가능성 중에서 이러한 상호 작용을 지배하는 규칙이 있습니까?" 캘리포니아의 Scripps Research Institute의 유기 화학자 인 Ramanarayanan Krishnamurthy에게 묻습니다. 이러한 규칙은 선택적이며 필연적으로 삶의 구성 요소를 조합하기위한 적절한 상호 작용을 유도합니다. 이 규칙의 비밀을 잠금을 해제하고 삶의 생물학적 주문 세계로 전환 프리 바이오 틱 혼란은, 크리슈나 무르라는 분야 활용 방법 "시스템 화학을,"저널의 주제에 관한 논문 발표하는 화학 연구의 계정 이 상대적으로 새로운 탐구 인생이 비생산에서 온 방법을 이해하는 방법. 하버드 의과 대학의 노벨상 수상자이자 유전 학자 Jack Szostak은 시스템 화학을 "프리 바이오 틱 화학의 문제에 대해 생각하는 뉴스 방법 중 하나"라고 설명합니다. 시스템 화학이 어떻게 작용 하는지를 이해하기 위해서, 다른 화학 물질 B가 첨가되고 A와 반응하여 C와 D 두 가지 화학 물질을 생성하는 화학 물질 A로 가득 찬 플라스크를 생각해 보겠습니다. 어떤 공정도 100 % 효율이 없으므로 플라스크 이제는 화학 물질 A, B, C 및 D가 포함되어 있습니다. "이제 시스템이 생겼습니다."Krishnamurthy는 설명합니다. 시스템 화학은 시스템 전체를 고려하고 각 화학 물질이 다른 화학 물질과 어떻게 상호 작용하는지, 그리고 다른 조건에서 상호 작용하는 방식을 제어하는 규칙을 탐색합니다. 그러나 시스템 화학은 단지 많은 화학 물질을 함유 한 시스템을 다루는 것 이상의 의미를 지닌다고 Szostak은 말합니다. "화학 물질이나 상태가 유용 할 가능성이 높고 도움이 될 가능성이 높은 물질에 대해 생각해야한다." 그는 생물학의 뉴클레오티드 - 빌딩 블록에 존재하기 때문에 생화학 시스템에 자동으로 존재하는 인산염 의 예를 인용 하며 따라서 촉매 역할을하고 세포를 보호하는 것과 같은 삶의 이야기에서 여러 역할을 담당합니다 pH 변화. 물론, 프리 바이오 틱 클러 터의 화학적 성질을 푸는 것은 플라스크에서 네 가지 화학 물질의 상호 작용을 설명하는 것과는 거리가 멀다. 이러한 복잡한 시스템을 시뮬레이션하는 데 필요한 컴퓨팅 및 분석 능력은 불과 10 년 전이나 2 년 전이었습니다. 대신, 생명의 기원에 대한 연구의 대부분은 이전에 개별 클래스의 생체 분자에 초점을 두었습니다. 가장 유망한 것은 RNA (리보 핵산)입니다.

닭고기와 계란 시나리오

세포가하기 전에 RNA가 존재한다는 생각 인 RNA 세계 이론은 역설에 직면 해있다. RNA는 단백질을 만들지 만 단백질도 RNA를 만듭니다. "생물 학자들은 근대 생물학을 가지고 있었고 파씨모를 위해 그것을 뒤집어 썼다. 그러나 그들은 단백질이나 RNA가 무엇이 먼저 왔는지에 관한 문제에 부딪혔다." Krishnamurthy는 말합니다. 콜로라도 대학교 (University of Colorado)의 Thomas Cech가 1981 년에 RNA가 그 자체 내에서 반응을 촉매 할 수 있다는 것을 발견했을 때 문제는 해결 된 것처럼 보였습니다. 밤새 RNA의 생명에 대한 중요성이 변화되었습니다. 촉매 작용을함으로써 RNA는 단백질의 형성을 포함하여 다른 생화학을 일으킬 수 있었으므로 먼저 와야했습니다. 단백질 합성을 담당하는 리보솜의 RNA 분자라는 후속 발견은 "RNA 세계"가설에 대한 더 많은 신빙성을 부여했다. 그러나 최근 Krishnamurthy가 믿는 RNA 세계는 많은 비판을 받아 왔습니다. RNA는 유기체에서 유전 정보를 전달할 수 있으며 ribonucleotides의 사슬로 구성됩니다. 하지만 잡을 거리가 있습니다. "뉴클레오타이드는 화학 혼합물로부터 생겨나는 것이 아니라 매우 정의 된 방식으로 만들어 져야한다"고 그는 말한다. "반응 순서에 대해 일정한 순서가 있어야한다. 스탠리 밀러 (Stanley Miller)의 스파크 방전 실험과 같지 않다. 시스템 화학은 RNA의 발달을 선택적인 상호 작용과 촉매 작용에 의한 일련의 사건으로 묘사합니다. 리보 뉴클레오타이드는 인산염에 연결된 리보 뉴 클레오 시드로부터 형성된다. 뉴 클레오 사이드는 pentososes 라 불리는 다섯 개의 탄소 원자를 함유 한 설탕 인 단당에 결합 된 질소 함유 화합물 인 핵 염기로 이루어져있다. 단당류의 개체군 중에는 4 개의 오탄당이 있는데, 그 중에서도 리보오스는 다른 세 개의 오목 부 대신 리보 뉴 클레오 사이드로 전환됩니다. Szostak은 시스템 화학이 RNA 세계 이론을 뒷받침 할 수있는 힘을 가지고 있거나 적어도 RNA의 기원을 설명 할 수 있다고 동의하지만 그는 과도한 양의 핵산이 어떻게 뉴클레오티드가 형성되는지 이해하고, 그. "RNA가 만들어 질 수있는 방법을 이해하는 데는 여전히 단계가 빠져 있습니다"라고 그는 말합니다. 이제 시스템 화학에 대한 도전은 각 단계가 어떻게 그리고 왜 발생 하는지를 보여주는 것입니다. Krishnamurthy는 "뉴 클레오 시드 또는 뉴클레오티드와 같은 RNA 단량체를 합성하는 것만으로 RNA의 기원을 발견했다고는 말하기 어렵습니다. "어떻게 그 단량체들을 의미있는 방식으로 모으는가? 선택 효과는 RNA 생성에서 여러 단계에서 일어날 수 있습니다. 아마도 선별 규칙은 왜 다른 리보스 (ribose)가 아닌 3 가지의 오포 로즈 (xylose, lyxose 또는 arabinose)가 RNA가 사용하는 뉴 클레오 사이드로 전환되는지를 결정합니다. 아마도 인산염이 다른 뉴 클레오 시드보다 리보 뉴 클레오 시드와 결합하는 것을 선호하는 이유를 설명 할 때 선택 효과가 발생할 수 있습니다. 또는, 형성 고리에서 다른 뉴클레오티드 보다 더 효율적으로 선택되는 리보 뉴클레오타이드 자체 일 수 있습니다 . 우리는 아직 그 답이 무엇인지 모르지만, Krishnamurthy는 시스템 화학이 발견하는 데 가장 좋은 도구라고 믿습니다.

선택 효과

우리는 환경 조건의 결과로 화학에서 상호 작용을 일으키는 선택 규칙을 찾는다. 또는 촉매 활성, 자기 조립 및 자기 복제와 같은 창 발적 성질; 또는 심지어 화학 반응의 특성의 결과로서. 예를 들어, 시안화물은 생화학에서 비 독성 니트릴의 형태를 취하며 탄소 기반 분자와 연결되어보다 복잡한 유기 분자 를 형성 합니다. 그것은 또한 꽤 편리한 반응 물질입니다. 케톤과 케톤 알콜이라고하는 케톤과 카르 복실 산을 함유 한 두 가지 특정 유기 화합물에 시안화물을 첨가하면 일부 아미노산에 중요한 전구체 인 시아 노히 드린을 생성합니다. 그러나 물에서 시아 노히 히 드린은 가수 분해되어 분해 될 수 있지만, 물의 pH에 따라 달라 지거나 달라집니다. 에 발표 된 논문에서 유럽 저널 : 화학, Krishnamurthy, Scripps 동료 Jayasudhan Yerabolu, Georgia Institute of Technology 화학자 Charles Liotta는 keto acids로부터 형성된 시아 노히 드린에 대해 7 미만의 pH에서 가수 분해가 일어나고 keto alcohol에서 형성된 cyanohydrins에 대해 7보다 큰 pH를 발견했다. 따라서 시아 노히 드린의 장기 생존은 주위 환경의 산성도 또는 알칼리도에 따라 선택적으로 결정됩니다. 시안화 물 반응성을 포함하는 또 다른 예는 옥살산 아세테이트와 알파 케토 글루 타르 산의 분자를 포함하며, 이는 구연산 순환 (산소 호흡 수명에 의해 활용되는 일련의 에너지 방출 화학 반응)에서 역할을한다. 시안화 물의 존재 하에서, 옥살로 아세테이트는 α- 케 토글 루타 레이트 대신에 선택적으로 변형되어 히드 록시 - 숙신산 유도체를 형성한다. "옥살 아세테이트와 알파 케토 글루 타르 산염 모두를 찾을 수있는 혼합물에서, 시안화 물을 첨가함으로써 선택적으로 하나를 변형시킬 수 있지만 다른 것은 변형시킬 수 없다"고 Krishnamurthy는 말한다. 이 예는 Krishnamurthy가 이질적 이질성 (많은 분자의 시스템에서 다양한 상호 작용)에서 균질의 이질성 (RNA와 같은 생명 시스템의 중추를 형성하는 상대적으로 적은 분자 사이의 다양한 상호 작용으로부터 선택)으로의 전환으로 설명합니다. 다른 말로하면, 그것은 규칙적인 원생 생물 화학의 프리 바이오 틱 혼란으로부터의 출현이다. Krishnamurthy는 "이 솔루션은 이기종 혼합물에서 내가 균질 한 이질성으로 옮겨가는 것 같습니다. "이것은 우리 실험실이 원리의 증거로 입증하려는 것입니다." 갈 길이 멀다. Krishnamurthy는 과학자들이 이질적 인 프리 바이오 틱 클러 터 (prebiotic clutter)로부터 생명의 기원에 대한 이러한 상향식 접근법을 개발함에 따라 아기 발달 단계를 가장 잘 진행할 것을 권고한다. 유기 화합물 간의 올바른 상호 작용을 선택하는 반응과 촉매 작용을 발견함으로써, 기본 구성 블록이 어떻게 조립되었는지에 대한 이해를 구축하는 것이 목적입니다. 예를 들어, RNA가 혼돈으로부터 어떻게 나오는지. 궁극적으로 지구의 초기 환경의 복제본에있는 프리 바이오 틱 혼란의 이질적 이종성을 모두 포함하는 실험 시뮬레이션을 구축 한 다음, 반복적으로 반복적으로 실행하여 선택적인 상호 작용이 가장 일반적인지 여부와 반복 여부를 확인합니다. 생명의 기원. "생물학의 모든 기본 요소를 만드는 데 합리적인 방법을 찾아 내고 이들 구성 요소를 단순하고 원시적 인 세포로 조립할 수있을 것이라고 낙관하고 있습니다"라고 Szostak은 말합니다. "그러나 우리가이 야심적인 목표를 달성하기 전에 배워야 할 것이 많다." 화학 물질 A, B, C 및 D를 함유 한 플라스크처럼,이 선택적 반응의 최종 생성물은 원천 화학 물질과 상호 작용할 수 있습니다. 이는 깨끗하고 격리 된 RNA 세계에서 일어나지 않습니다. 실험실. 새롭고 이전에 간과 된 해결책이 발견 될 것으로 예상되며, 아기 단계가 얼마나 빨리 우리를 그들에게 데려 갈 것입니까? 더 자세히 살펴보기 : 화학자들은 지구에서 초기 생존을위한 그럴듯한 제조법을 발견합니다.

추가 정보 : Ramanarayanan Krishnamurthy. 생명에 생명을 불어 넣음 : 프리 바이오 화학에서 생물 생물학으로의 전환, 화학 연구 (2017)의 설명. DOI : 10.1021 / acs.accounts.6b00470 Jayasudhan Reddy Yerabolu et al. Ambient 조건 하에서 Cyanhydrins의 Anchimeric-Assisted 자발적 가수 분해 : Cyanide-Initiated Selective Transformations, 화학에 대한 시사점 - 유럽 저널 (2017). DOI : 10.1002 / chem.201701497 저널 참조 : 화학 연구 화학 계정 - 유럽 저널 출처 :: Astrobiology Magazine

https://phys.org/news/2019-02-clutter-proto-biology-arose-prebiotic.html

.분자 Velcro는 DNA 수리를 밝게합니다

2019 년 2 월 6 일, 울릉공 대학교 분자 Velcro는 DNA 수리를 밝게합니다 Dr. Harshad Ghodke (왼쪽)와 Antoine van Oijen 교수는 박테리아 분자를 시각화하고 실험을 계획하기 위해 3D 인쇄를 사용했습니다. 학점 : 울릉공 대학교

단백질 분자에 발광 프로브를 부착하기 위해 분자 Velcro 조각을 사용하여 University of Wollongong (UOW)의 연구자들은 중요한 단백질이 세균에서 손상된 DNA를 어떻게 복구하는지에 대한 수수께끼를 풀어 항생제 내성이 발달한다. 응급 서비스 허브가 다양한 응급 대응 팀과 어떻게 조화를 이루는 것과 마찬가지로 DNA RecA 단백질은 DNA가 손상되었을 때 행동으로 도약합니다. RecA는 행동 강령에 반응하는 40 가지 이상의 다른 유전자로 SOS 경보를 울립니다. 그것은 손상의 범위와 수리가 필요한지 평가하고 피해 현장에서 수리 활동을 조정합니다. 그러나 수리 과정은 돌연변이를 일으킬 수 있다고 Molecular Horizons Research Fellow와 연구 책임자 인 Harshad Ghodke가 말했다. RecA가 오류를 발생시키지 않는 다양한 복구 메커니즘을 활성화하거나 전환하는 동안 오류를 유발하는 메커니즘을 전환하는 동시에 DNA를 복제하여 세포가 생존하도록 돕습니다. 불행히도,이 과정은 DNA 서열의 중대한 변화로 이어질 수 있습니다. Ghodke 박사는 "이러한 변화 또는 돌연변이는 더 이상 오류로 인식되지 않으며 새로운 서열은 새로운 세대의 세포에서 복제된다. 원래 형태로 되돌아 가지 않는다. 이것은 박테리아 감염 치료에 문제를 일으 킵니다. 항생제가 박테리아를 죽이기 위해 일하는 동안, RecA는 세포가 항생제 치료를 살아남도록 돕기 위해 급습하며, 살아남은 세포는 잠재적으로 항생제 저항성 돌연변이를 가지고있어 약물을 효과적으로 만들지 못하게합니다.

https://3c1703fe8d.site.internapcdn.net/newman/gfx/video/2019/molecularvel.mp4

recA-gfp / pG353C-recA 세포의 저속 영상. 세포는 488 채널에서 3 시간 동안 매 5 분마다 영상화되었다. 여분의 비 태그 된 RecA를 발현하는 플라스미드의 존재 하에서, RecA-GFP 신호는 세포에서 안정하게 유지되는 응집체의 형태로 격리된다. 세포 분열시, 세포는이 구조를 불균형 적으로 계승합니다. 비디오는 15fps로 릴레이됩니다. 신용 : Ghodke 외

지금까지 RecA가 어떻게 작동하는지 이해하고, 수리 작업을 막을 수있는 약물을 디자인하는 연구자의 어려움은 살아있는 세포 내부에서 정확히 어떤 수리 활동이 일어나는 지 아무도 알지 못했다는 것입니다. "RecA는 DNA 단일 가닥을 감싸서 필라멘트를 형성 한 다음 SOS 반응 신호를 보낸다"고 Ghodke 박사는 말했다. "일반적으로 연구자들은 RecA에 밝은 형광 태그를 붙이면 작업 할 때 이미지를 찍을 수 있습니다.하지만 태그가 붙어 있으면 RecA는 그 일을 잘하지 못하고, 라고 말했다. 태그의 형광 신호는 또한 수리 작업에 적극적으로 참여하는 RecA와 유휴 상태이거나 긴급 호출을 기다리는 셀에 저장된 RecA를 구별하기 어렵게 만듭니다. "직접 아래에있는 소방차 만 볼 수있는 도시의 공중 사진을 찍는다고 상상해보십시오. 소방서에서 활발하게 싸우고 있거나 전화를 기다리고 있는지 알 수 없습니다. 불타는 건물의 위치, 소화전에 불을 붙이면 화재 트럭이 연결될 때 켜서 인접한 건물이 불타고 있다고 결론 내릴 수 있습니다.

https://3c1703fe8d.site.internapcdn.net/newman/gfx/video/2019/1-molecularvel.mp4

세포를 t = 0에서 20 Jm-2의 UV로 조사하고 5 분마다 이미지화 하였다. 자외선 조사에 반응하여, 세포는 recA 프로모터로부터의 발현과 함께 SOS 유도 된 세포 필라멘트 화를 나타낸다. 비디오는 15fps로 릴레이됩니다. 학점 : Ghodke 외 / University of Wollongong "

우리는 RecA 필라멘트를 시각화하는 것과 비슷한 일을했습니다. 우리는 RecA 필라멘트와 자연스럽게 상호 작용하는 바이러스 단백질을 사용하여 어떻게 작동하는지 방해하지 않으며, 손상 반응에 참여할 때 RecA 필라멘트를 비추 었습니다. " 연구진은 살아있는 대장균 박테리아 세포 내 에서이 DNA 복구 과정 을 조명하는이 급진적 인 새로운 접근법을 시각화하기 위해 3 차원 인쇄로 돌아가 RecA의 물리적 모델을 만들어 모양과 형태를 볼 수있게했다. 저명한 교수 인 Antoine van Oijen 은 생물학적 과정 의 핵심 은 구조와 모양을 생각 하는 것이라고 말했다 . "우리는 이미징에서 단백질이 역동적 인 대상이라는 것을 알고 있습니다. 우리가 3-D 구조로 생각하면 변화하는 방식과 그 변화를 시각화하여 이러한 단백질이 어떻게 작용하는지 더 명확하게 이해할 수 있습니다.

UV 노출에 의한 DNA 손상 후 세균 세포에서 RecA 묶음의 시각화. 학점 : Ghodke 외 / University of Wollongong

" 물리적 인 구조를 통해 다른 단백질을 부착 할 수있는 인터페이스와 디자인 방법을 볼 수 있습니다. 그런 다음 정교한 이미징 도구를 사용하여 처음으로 단편 영화를 찍을 수 있으며 실제로 어떻게 작동하는지 보여줍니다." 반 오이 겐 (Oijen) 교수는 팀이 해결 한 중요한 퍼즐 조각이 항생제 내성 을 극복하는 새로운 약물 치료법을 개발할 수 있다고 말했다 . 어떤 경우에는 돌연변이 된 세포가 약물을 비활성화 시키거나 약물 분자가 찾고 있는 대상 단백질을 더 이상 갖지 않으며 가짜 세포는 파괴되지 않습니다.

Dr. Harshad Ghodke (왼쪽)와 Antoine van Oijen 교수는 박테리아 분자를 시각화하고 실험을 계획하기 위해 3D 인쇄를 사용했습니다. "항생제 내성은 엄청나게 중요한 전 지구 적 도전이며 항생제가 효과가 있기 때문에 항생제를 완전히 제거하고 싶지 않습니다. 우리가 이러한 과정을 시각화 할 수 있다면 분자와 물질의 물리적 연결을 이해할 수 있습니다. 박테리아 세포 가 내성을 갖지 못하도록 막을 수있는 신약을 개발할 가능성 이있다 "고 말했다. 이 연구는 eLife 저널에 발표되었습니다 .

추가 정보 : 단일 DNA 이미지로 유방암에 대한 단서 제공 추가 정보 : Harshad Ghodke 외. Escherichia coli DNA 손상 반응, eLife (2019) 에서의 RecA의 공간적 및 일시적 구성 . DOI : 10.7554 / eLife.42761 저널 참조 : eLife 제공 : University of Wollongong

https://phys.org/news/2019-02-molecular-velcro-illuminate-dna.html

.토양과 사람의 장에서 발견 된 새로운 항 -CRISPR 단백질

2019 년 2 월 6 일, 덴마크 기술 대학 위기 Protein Database ID 5AXW에 근거한 Staphylococcus aureus의 CRISPR 관련 단백질 Cas9 (흰색). 크레딧 : Thomas Splettstoesser (Wikipedia, CC BY-SA 4.0)

Novo Nordisk Foundation BioSustainability (DTU)의 과학자들은 서로 다른 환경에 분산되어있는 4 개의 새로운 항 CRISPR 단백질을 발견했습니다. Cell Host & Microbe에 발표 된 이번 연구 는 일부 CRISPR 항체가 이전에 예상했던 것보다 더 널리 퍼져 있음을 시사한다. 이러한 anti-CRISPRs는 향후 CRISPR-Cas9 시스템의 활동을보다 잘 통제하는 데 사용될 수 있습니다. CRISPR 시스템은 세균 이 표적화 된 방식으로 감염 바이러스 ( 파지 )와 싸울 수있게하는 박테리아 면역 체계 입니다 . CRISPR 시스템과 특히 Cas9는 현재 프로그래밍이 가능하기 때문에 획기적인 유전자 치료법, 새로운 항생제 및 말라리아 치료법을 제공 할 잠재력을 지닌 생명 과학 산업에 널리 보급되고 있습니다. 흥미롭게도, 파지는 바이러스와 박테리아 사이의 진화론 적 경쟁에서 세균성 CRISPR 시스템을 극복하기 위해 항 CRISPR 단백질을 진화시켰다. 이 단백질은 신속하게 숙주 세균의 방어 시스템을 억제하여 박테리아를 감염에 취약하게 만듭니다. 중요한 생물학적 중요성에도 불구하고, 아주 소수의 박테리아에서만 CRISPR 단백질이 발견되었다. 현재의 항 -CRISPR 단백질은 본질적으로 풍부하지 않고 CRISPR-Cas9를 보유하고있는 박테리아를 감염시킬 수있는 파지의 DNA를 연구함으로써 확인되었다. 이 방법을 사용하면 내인성 CRISPR Cas9 시스템을 감염시키고 피할 수있는 박테리아와 파지를 배양 할 수 있어야한다. "우리는 DNA 서열 유사성보다는 항 CRISPR 기능성 활동 에 초점을 맞춘 다른 접근법을 사용했는데, 이 접근법은 반드시 배양되거나 파지에 감염 될 수없는 박테리아 에서 항 CRISPR 을 발견 할 수있게했으며 결과는 정말 흥미 롭다. "라고 Novo Nordisk Foundation for Biosustainability (DTU)의 Postdoc Ruben Vazquez Uribe는 말합니다. 대변 표본에는 anti-CRISPRs 연구팀은 4 개의 인간 배설물 시료 , 2 개의 토양 시료, 1 개의 소변 시료 및 1 개의 돼지 배설물 시료 의 총 DNA를 사용하여 항 -CRISPR 유전자를 확인했다 . DNA는 더 작은 조각으로 잘게 잘리고 박테리아 세포 내의 플라스미드에 무작위로 표현되었다. 이 세포는 항 -CRISPR 활성을 선택하기위한 유전 회로를 포함하고있다. 즉, 이것은 잠재적 인 항 -CRISPR 유전자를 가진 플라스미드를 함유 한 세포가 특정 항생제에 내성을 갖게된다는 것을 의미한다. 반대로, 플라스미드가 항 -CRISPR- 활성을 부여하지 않은 세포는 죽을 것이다. 이 시스템을 사용하여 연구원들은 항 -CRISPR 활성을 가진 DNA를 쉽게 탐지하고 선택할 수 있었고 그 원인을 추적 할 수있었습니다. 이 metagenomic 라이브러리 접근법을 사용하여 과학자들은 Cas9 활동을 우회하는 11 개의 DNA 단편을 확인할 수있었습니다. 추가적인 특성 규명은 4 개의 새로운 항 CRISPR의 활동을 확인할 수 있습니다. 계통 발생 분석 결과 대변 시료에서 확인 된 유전자 가 곤충의 내장, 바닷물 및 음식에 서식하는 박테리아 와 같이 여러 환경에서 발견되는 박테리아에 존재 함이 밝혀졌습니다 . 이것은 새로 발견 된 유전자가 생명 나무의 많은 세균성 분 지에 퍼져 있음을 보여 주며, 경우에 따라서는 이러한 유전자 중 일부가 진화 과정에서 여러 번 수평 적으로 옮겨 졌다는 증거를 보여줍니다. "우리가 발견 한 반 CRISPR이 매우 풍부하다는 사실은 생물학적 관점에서 볼 때 매우 유용하고 큰 의미가 있음을 시사한다"고 Novo Nordisk Foundation Bioscustainability Center의 과학 책임자이자 교수 인 Morten Sommer는 말한다 (DTU ). 이러한 결과는 항 -CRISPR이 이전에 제안되었던 것보다 파지와 숙주 사이의 상호 작용에 훨씬 더 큰 역할을 할 수 있음을 시사한다. 게놈 편집에 유용한 스위치 이 분야의 초기 연구는 실험실에서 게놈 편집을 수행 할 때 off-target site에서 DNA 절단과 같은 오류를 줄이기 위해 anti-CRISPR 단백질을 사용할 수 있음을 입증했습니다. "오늘날 CRISPR-Cas9를 사용하는 대부분의 연구자들은 시스템을 제어하는 데 어려움을 겪습니다. 따라서 CRISPR 시스템은 시스템을 켜고 끄고 활동을 테스트 할 수 있기를 원하기 때문에 매우 중요합니다. 이러한 새로운 단백질은 매우 유용 할 수 있습니다. "라고 Morten Sommer는 말합니다. 연구진은 실제로 네 가지 새로운 항 -CRISPR 단백질이 서로 다른 특성과 성질을 갖는 것으로 나타났다. 앞으로 더 자세히 조사하는 것이 매우 흥미로운 일이 될 것입니다.

추가 정보 탐색 : 유전자 편집을위한 anti-CRISPR 자세한 정보 : Ruben V. Uribe 외, 7 가지 세균성 Phyla, 세포 숙주 및 미생물 (2019)에 걸쳐 분포 된 Cas9 저해제의 발견 및 특성 규명 . DOI : 10.1016 / j.chom.2019.01.003 저널 참조 : 세포 숙주 및 미생물 :에 의해 제공 덴마크 기술 대학

https://phys.org/news/2019-02-anti-crispr-proteins-soil-human-gut.html