비 평형 콜로이드 상 분리에 대한 보편적 인 설명
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Yuhki Kuramoto/Romance
.TossingBot은 객체를 잡고 지정된 빈으로 던져 넣을 수 있습니다.
2019 년 4 월 4 일, Bob Yirka, 기술 자문 TossingBot. 크레딧 : Google
컬럼비아와 프린스턴 대학의 팀과 MIT의 도움을 받아 구글의 그룹이 상자 안에있는 다른 물건들 중에서 하나의 물건을 잡고 특정 상자에 버릴 수있는 로봇을 개발했습니다. ArXiv 프리 프린트 서버에 업로드 된 자신의 논문 에서 팀은 작업의 문제점과 그것이 얼마나 잘 발생했는지 설명합니다. 연구자들은 무작위로 물체 를 잡고 어떤 정밀도로 던지기 가 얼마나 어려운지 지적합니다 . 선택된 대상의 무작위성은 던지기가 던지기 전에 중요한 결정을 내리고 대상의 무게와 모양을 고려해야한다는 것을 의미합니다. 그러면 투수는 의사 결정을 대상을 대상에서 목표로 아크로 보내는 동작으로 변환 할 수 있어야합니다. 이 새로운 노력에서 팀은 사람뿐만 아니라 로봇 팔을 만드는 도전에 착수했습니다 . 팀에 의해 설계된 로봇은 매우 단순 해 보입니다. 로봇 암 은 공장에서 자동차를 만드는 것과 매우 비슷합니다. 실제로 로봇은 팔을 물건으로 가득 찬 상자 안으로 구부린 다음 하나를 선택한 다음 별도의 상자로 나눠 상자에 넣습니다. 대상 상자로 선택한 상자에 닿았습니다. 로봇을 제작하기 위해 팀은 먼저 던져야 할 물건을 스캔하여 이해하도록 프로그래밍함으로써 학습을 도우려고했습니다. 그 후, 그것은 무작위로 대상을 선택하고 그것을 집어 들는 법을 배워야했습니다. 다음으로, 각각의 가능한 객체를 버리는 방법을 배우고, 객체를 던지기 위해 배운 것을 사용하고, 반복 할 때마다 더 많은 것을 배우는 데 깊은 학습 네트워크 를 사용해야했습니다.
https://youtu.be/-O-E1nFm6-A
일단 시스템이 설치되면 연구자는 루프를 프로그래밍하고 로봇이 로봇을 사용하지 않고 10,000 번 상자에 물건을 던지게했습니다. 프로그래머는 로봇이 모든 객체를 버렸을 때 자신의 상자로 다시 빈 상자를 비울 수있는 코드를 추가했습니다. 연구진은 테스트를 통해 시스템이 투구 할 대상을 잡는 데 약 87 %의 정확도를 나타내었고 투구 할 때 정확도는 85 %라고 밝혔다. 비교를 위해 팀은 객체 자체를 던지려고 시도했지만 로봇보다 정확도가 떨어지는 것으로 나타났습니다. 추가 탐색 MIT 팀의 집기 시스템은 다른 레벨에 있습니다.
추가 정보 : TossingBot : 잔여 물리학을 사용하여 임의의 대상을 던지는 법 배우기, arXiv : 1903.11239 [cs.RO] arxiv.org/abs/1903.11239 프로젝트 사이트 : tossingbot.cs.princeton.edu/ 저널 정보 : arXiv
https://techxplore.com/news/2019-04-tossingbot-toss-bins.html
.작은 입자를 크게 보아라
Rachel Harken, Oak Ridge 국립 연구소 운동량 ~ 1.4 기가 전자 볼트에서 Titan (파란색)에 대한이 팀의 계산에서 앙상블 대 실험 (녹색)으로 만든 현상 학적 결정의 앙상블을 사용한 비 편광 된 Parton 분포 함수의 비교. 크레딧 : Constantia Alexandrou,2019 년 4 월 5 일, 사이 프러스 대학
20 세기로 접어 들면서 과학자들은 원자들이 더 작은 입자들로 구성된다는 것을 발견했다. 그들은 각각의 원자 내부에서 음전하를 띤 전자가 양성자 양성자와 중성자라고 불리는 중성 입자로 이루어진 핵을 도는 것을 발견했다. 이 발견으로 원자핵과 원자 입자에 대한 연구가 이루어졌습니다. 이러한 입자 의 구조에 대한 이해는 물질을 함께 묶어 놓은 힘에 대한 결정적인 통찰력을 제공하며 연구자는이 지식을 다른 과학적 문제에 적용 할 수 있습니다. 비록 전자가 상대적으로 연구하기는 쉽지만 양성자와 중성자는 더 어려운 것으로 판명되었습니다. 양성자는 의학 치료, 산란 실험 및 핵융합 에너지에 사용되지만 핵 과학자들은 지금까지 자신의 기본 구조를 정확하게 측정하기 위해 애 쓰고 있습니다. 최근 논문에서 키프로스 대학교 (Constantia Alexandrou)가 이끄는 팀은 양성자 내부의 원자 입자 중 하나의 위치를 모델링 했다. 그들은 실험을했다. 연구진은 오크 리지 리더십 컴퓨팅 시설 (OLCF)에서 27 페타 플롭 크레이 XK7 타이탄 슈퍼 컴퓨터와 격자 양자 색역학 (QCD)이라는 방법을 사용했다. 이 조합을 통해 입자 가 작은 입자 를 그리드에 매핑 하고 높은 정확도와 정밀도로 상호 작용을 계산할 수있었습니다. Alexandrou는 "이러한 계산을 수행하고 양성자에서 입자 간의 상호 작용을 정확하게 계량 할 수 있다는 것은 양성자에 대한 더 나은 이해와 격자 QCD에 대한 전반적인 이해를 얻는 데 필수적"이라고 말했다. "예를 들어, 실험에 표시되지 않은 이러한 유형의 계산에서 새로운 것을 발견하면 이론적 개념을 재평가해야 할 수도 있습니다. 물론 이것은 중요한 발견 일 것입니다." OLCF의 Titan과 같은 리더십 수준의 시스템 만이 실제 QCD 계산을 실행할 수 있다고 팀은 전했다. OLCF는 DOE의 오크 리지 국립 연구소 (Oak Ridge National Laboratory)에 위치한 미국 에너지 부 (DOE) 과학 사용자 시설 사무실입니다. "Titan은 하이브리드 아키텍처 덕분에 완벽했습니다."Alexandrou가 말했습니다. " 이런 종류의 능력 없이는 계산 을 할 수 없었을 것 입니다." 격자 QCD로부터 양성자 구조를 모델링하는 것이 어떻게 물질이 아 원자 규모에서 함께 유지되는지에 대한 중요한 정보를 제공하기 때문에이 기술은 중요합니다. QCD에 대한 깊은 이해는 연구원들이 초기 우주의 본질을 탐구하거나 현재의 이해를 넘어서는 새로운 물리학을 가리킬 수도있게합니다.
사라지는 행위
고 에너지 입자 충돌 동안, 전자가 양성자로 부수어 양성자의 기본 구성 요소를 흔들고 튀어 오릅니다. 양성자는 쿼크 (quarks)라고 불리는 3 개의 기본 입자로 구성되어 있으며, 구백의 봉지처럼 쿼크를 단단히 묶는 "강한 힘"의 운반자 역할을하는 글루온 입자로 구성됩니다. 쿼크는 "물리학 자 Richard Feynman에 의해 1969 년에 처음 언급 되었 듯이 접촉점에서 전자와 함께 움직이는 기세이다. 쿼크 (quark)가 "가방에서 떨어져 나간다 (knocked from bag)"가되면 재미있는 일이 일어납니다. 관측자에게 자신을 드러내 기보다는 쿼크가 공간의 진공에서 생성 된 골동품과 즉시 짝을 지어 입자가 무색이되어 관찰 할 수 없습니다. 그러나 과학자들은 격자 QCD 계산을 사용하여 parton이 어디에 있고 어디에서 왔는지를 알 수 있습니다. Lattice QCD는 쿼크를 그리드 점에 배치하고 글루온을이 점 사이의 링크에 배치 할 수있게합니다. Monte Carlo 통계적 샘플링 방법, 고급 알고리즘 및 대형 컴퓨터를 사용하여 과학자들은 물질의 에너지가 가장 적은 상태 인 QCD 진공을 정확하게 샘플링 할 수 있습니다. 격자가 커질수록 그리드 포인트가 가까울수록 시뮬레이션이 더 정확해질 수 있기 때문에 슈퍼 컴퓨팅은 QCD를 격자 화하는 데 필수적입니다. 실험 데이터를 사용하여 과학자는 파톤이 어디 있는지 추론 할 수 있지만 대규모 컴퓨팅 성능을 요구하기 때문에 처음부터 위치를 계산하는 것이 더 어렵습니다. 이 팀은 Deutsches Elektronen-Synchrotron-Zeuthen과 Temple University의 연구원과 협력하여 격자 QCD와 메릴랜드 대학과 상하이 교통 대학교의 Xiangdong Ji가 개발 한 방법을 사용하여 기본 강한 상호 작용의 이론적 틀 - 양자가 무엇인지를 정확히 이해하는 데 도움이되는 능력. Alexandrou는 강한 양의 힘이 양성자 내에서 양자를 너무 단단히 묶어서 새로운 통찰력을 얻으려면 내부 상호 작용을 연구해야한다고 설명하면서 양성자의 성질을 연구하는 것은 어렵다. "지금까지 모든 합성 시스템이 중단되었지만, 결코 양성자를 깨뜨릴 수는 없으므로 입자를 연구해야합니다."
슈퍼 컴퓨팅으로 추진력 확보
문제의 복잡성은 연구자가 답을 얻기 위해 여러 단계를 수행해야한다는 것을 의미했습니다. 첫 번째 단계는 QCD 진공을 정확하게 시뮬레이션하는 것이 었습니다. 독일의 SuperMUC 컴퓨터를 사용하여 그룹은 Dirac 바다로 알려진 부정적인 에너지 입자로 가득 찬 진공 상태에서 글루온, 쿼크 및 안티크크크를 시뮬레이션했습니다. 전체 진공은 약 5 입방 펨토 미터 (1 펨토 미터는 10-15 미터)입니다. 비교를 위해, 하나의 펨토 미터는 소금 한 알의 폭보다 3,000 억 배 더 작습니다. 다음으로 키프로스 대학 (University of Cyprus)의 Marie Sklodowska-Curie 연구원 인 Aurora Scapellato는 전자가 에너지를 방출 할 때 양성자가 어떻게되는지를 보여주는 Titan에 대한 계산을 수행했습니다. 이 문제는 양성자가 측정되는 동안 많은 양의 운동량을 가져야한다는 사실 때문에 추가로 복잡합니다. 연구팀은 이론 및 실험 프로그램에 대한 혁신적이고 새로운 컴퓨터 영향을 통해 2 년 배정 동안 수천 회의 측정을 수행하기 위해 GPU에 대한 QCD 계산을위한 라이브러리 인 CUDA에 QUDA 또는 QCD라고하는 코드를 사용했습니다. 10 년 전, 이전 아키텍처를 사용한 계산의 수는 같은 시간 프레임 내에서 약 100 개로 제한되었습니다. Alexandrou는 "Titan으로 얼마나 많은 계산을 할 수 있는지는 놀랍습니다. "우리는 실험보다 더 정확한 시뮬레이션을 시작하기 전에 더 많은 계산이 필요하며, 궁극적 인 목표는 아직 알지 못하는 것을 찾아내는 것입니다." 팀은 더 큰 격자에 대한 시뮬레이션을 진행해 왔으며 프로젝트를 한층 더 추진력으로 이끌어 갈 것으로 기대합니다. 운동량이 많을수록 더 정확한 결과를 얻을 수 있지만, 오류를 적절하게 제어하기에 충분한 계산이 필요한 경우에만 그렇습니다. 이러한 종류의 계산을 수행하면 과학자들에게 양성자의 구조와 상호 작용에 대한 포괄적 인 그림을 얻을 수 있습니다. 이 방법은 또한 다른 입자에 적용될 수있는 가능성을 가지고있다. "결국, 이러한 계산은 실험자를 안내하는 데 유용 할 것입니다."Alexandrou가 말했다. "양성자에 대한 자세한 정보가 있다면 우리는 실험자들에게 무엇을 측정할지, 측정하지 않을지, 어디에서 볼지, 어디에서 보지 않을지 등을 말할 수 있습니다.이 과정을 통해 완전히 새로운 것을 발견 할 수도 있습니다."
추가 탐색 물리학 자들은 처음으로 양자의 압력 분포를 계산합니다. 추가 정보 : Constantia Alexandrou 외. Lattice QCD, Physical Review Letters (2018)의 Light-Cone Parton 분포 함수 . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.121.112001 저널 정보 : Physical Review Letters 에 의해 제공 오크 리지 국립 연구소
https://phys.org/news/2019-04-big-tiny-particles.html
.비 평형 콜로이드 상 분리에 대한 보편적 인 설명
에 의해 도쿄의 대학 크레딧 : CC0 공개 도메인, 2019 년 4 월 3 일
흐르는 역 동성을 지닌 액체는 종종 평형에서 멀어집니다. 이것은 액체를 포함하고있는 연성 물질 또는 살아있는 조직에서의 과정을 모델링하는 것을 특히 어렵게 만든다. 도쿄 대학 산업 과학 연구소 (IIS)의 새로운 연구는 균형이 맞지 않는 시스템의 자체 구성을 모델링하는 우아한 접근법을 제공합니다. 그러한 시스템은 자연적으로보다 안정된 상태로 스스로 조직하려고한다. 콜로이드 현탁액 - 액체 에 용해되지 않은 입자 가 균일하게 분산 되어 있으며, 일반적으로 널리 퍼져 있으며, 콜로이드가 서로 강하게 결합되면 시간이 지남에 따라 분리되는 경향이 있습니다. 이 과정을 모델링하는 데있어서 주요 어려움은 콜로이드와 액체 사이의 복잡한 동적 상호 작용입니다. 두 구성 요소는 단일 모델에서 단결하기 힘든 매우 다른 동적 특성을 가지고 있습니다. Nature Computational Materials에 실린 IIS 연구 는 fluid particle dynamics (FPD)라는 접근 방법을 통해이를 해결합니다. 고체로 취급하는 대신에, 현탁 된 콜로이드 입자는 변형되지 않는 고 점성 액체 방울로서 시뮬레이션된다. 이것은 효과적으로 콜로이드 성 현탁액을 2 성분 액상 혼합물로 만들고, 고체 - 액체 경계 조건의 복잡한 처리에 대한 필요성을 제거한다. 시뮬레이션을 검증하기 위해, 그들은 콜로이드가 더 큰 클러스터로 모이는 실제 콜로이드 현탁액 의 혼합에 대한 3 차원 현미경 연구와 비교되었습니다 . "분산 안정성을 제어하는 핵심 요소는 입자가 상호 작용하는 방식을 제어하는 인터 콜로이드 (intercolloid) 전위와 온도였습니다."라고 공동 저자 인 Michio Tateno는 말했습니다. "그것들을 신중히 선택하면, 탈 혼합의 동역학 과정이 매우 정확하게 재현됩니다." intercolloid 전위 및 온도 이외의 모델에는 조정 가능한 매개 변수가 없기 때문에 모든 종류의 비평 형 혼합물에 일반적으로 적용 할 수 있으며 기본 FPD 개념의 필수적인 정확성을 증언합니다. 그러나이 연구는 유체 역학적 상호 작용과 같은 시스템의 모든 모델에 대한 하나의 중요한 요구 사항을 확인했습니다. "콜로이드 현탁액에있는 입자는 서로 분리되어 있지만 용매에 미치는 영향을 통해 간접적으로 상호 작용합니다"라고 수석 저자 인 타지 마 (Hajime Tanaka)는 설명합니다. "이 '유체 역학 상호 작용'은 FDP 모델에 존재 합니다 . 예를 들어, 용매의 움직임을 무시한 모델에서 상 분리 동역학은 완전히 잘못되었습니다." Tateno와 Tanaka는 매개 변수가없는 FPD 예측의 단순성과 정확성이 연질 물질 과 체액 시뮬레이션에 새로운 길을 열어 주며 첨단 콜로이드 물질의 컴퓨터 지원 설계를 언젠가는 개선 할 수 있기를 희망합니다 . 추가 탐색 시뮬레이션은 단백질과 DNA의 자기 조립을 문서화합니다.
더 자세한 정보 : Michio Tateno 외, Navier-Stokes 방정식의 직접 계산에 의한 콜로이드 상 분리의 수치 예측, npj 전산 재료 (2019). DOI : 10.1038 / s41524-019-0178-z 도쿄 대학 제공
https://phys.org/news/2019-04-universal-description-non-equilibrium-colloid-phase.html
.유령의 X 선 이미지는 X 선 레이저 실험 분석에 핵심 정보를 제공 할 수 있습니다
Manuel Gnida, SLAC 국립 가속기 연구소 SLAC 연구원들은 X 선 레이저의 후속 X 선 펄스의 무작위성을 사용하여 펄스와 물질의 상호 작용을 연구하는 방법을 제안합니다. 크레딧 : Greg Stewart / SLAC 국립 가속기 연구소, 2019 년 4 월 4 일
X- 레이 자유 전자 레이저 (XFEL)는 믿을 수 없을 정도로 강력한 광선을 만들어 물질의 원자의 초고속 운동에 대한 전례없는 연구를 가능하게합니다. 이러한 특별한 광원으로 얻은 데이터를 해석하기 위해 연구자는 X 선 펄스가 물질과 어떻게 상호 작용하는지, 그리고 이러한 상호 작용이 측정에 어떻게 영향을 미치는지에 대한 확실한 이해가 필요합니다. 이제 Department of Energy의 SLAC National Accelerator Laboratory의 과학자들에 의한 컴퓨터 시뮬레이션 은 새로운 방법이 레이저 펄스 강도의 무작위 변동 을 유리하게 전환시켜 이러한 기본 상호 작용에 대한 연구를 촉진 할 수 있다고 제안합니다 . 그 비밀은 "고스트 이미징 (ghost imaging)"이라고 알려진 방법을 적용하여 이미지를 직접 기록하지 않고 어떤 물체가 재구성되는지를 재현합니다. 스탠포드 대학의 공동 연구소 인 스탠퍼드 펄스 연구소 (Stanford PULSE Institute)의 제임스 크리 안 (James Cryan) 연구원은 "XFEL 펄스의 랜덤 화를 덜어주기 위해 노력하는 대신 실험을 위해 가장 자주 추구하는 방법인데, SLAC. "우리의 결과는 그렇게함으로써 물질과의 X 선 상호 작용을 연구하는 현재의 방법과 관련된 기술적 과제를 해결할 수 있음을 보여줍니다." 연구팀은 Physical Review X에 결과를 발표했습니다 .
X 선 스파이크 활용
과학자들은 일반적으로 샘플을 통해 X 선 펄스 쌍을 보내는 펌프 - 프로브 실험을 통해 이러한 상호 작용을 관찰합니다. 펌프 펄스라고하는 첫 번째 펄스는 전자가 샘플에 어떻게 분포되어 있는지 재 배열합니다. 프로브 펄스라고하는 두 번째 펄스는 이러한 재 배열이 샘플의 전자와 원자핵의 움직임에 미치는 영향을 조사합니다. 펄스 간의 시간 지연을 변화시켜 실험을 반복함으로써 연구자는 작고 빠른 동작의 스톱 모션 영화를 만들 수 있습니다.
X 선 자유 전자 레이저로부터의 X 선 펄스의 모의 된 프로파일. 그것은 강도 (파워)가 무작위로 변동하는 좁은 스파이크로 구성됩니다. SLAC 연구자들은 시료의 구조적 변화를 유발하고 측정하는 펌프 - 프로브 실험에 이러한 스파이크 쌍을 사용하여 이전의 불쾌감을 유리하게 만들 것을 제안합니다. 이 예에서는 서로 다른 시간 지연을 갖는 3 쌍의 스파이크를 강조 표시합니다. 크레디트 : SLAC National Accelerator Laboratory
과제 중 하나는 X- 레이 레이저가 무작위 과정 에서 빛 펄스를 생성 하므로 각 펄스는 사실 펄스 사이의 강도가 무작위로 변하는 좁은 X- 선 스파이크 열입니다. "따라서 펌프 프로브 실험은 일반적으로 덜 무작위 인 잘 정의 된 짧은 펄스를 준비해야합니다."라고 SLAC의 Daniel Ratner는 말했습니다. "또한 우리는 그들 사이의 시간 지연을 매우 잘 제어해야합니다." 새로운 접근법에서 그는 "우리는 X 선 펄스가 XFEL에서 나오면 더 이상 수정하지 않고 사용할 것이라고 걱정하지 않아도된다"고 말했다. 사실,이 새로운 사고 방식에서는 단일 X 선 펄스 내의 스파이크 쌍이 펌프 및 프로브 펄스 쌍으로 간주 될 수 있으므로 연구원은 XFEL의 단일 샷으로 많은 펌프 - 프로브 측정을 수행 할 수있었습니다. 유령 스냅 샷 찍기 이 방법으로 샘플의 분자 운동 스냅 샷을 제작하려면 Ratner와 그의 동료들이 고스트 이미징 기술을 적용하려고합니다. 종래의 이미징 (왼쪽)에서는 물체에 떨어지는 빛이 검출기에 2 차원 이미지를 생성합니다.
고스트 이미징 (오른쪽)은 객체에 빛나는 무작위 패턴이 객체에서 오는 총 빛의 양에 미치는 영향을 분석하여 이미지를 만듭니다. 크레딧 : Greg Stewart / SLAC 국립 가속기 연구소
기존의 이미징에서 물체 위로 떨어지는 빛은 눈의 뒤쪽이나 휴대 전화의 메가 픽셀 센서 또는 고급 X- 레이 검출기 등의 검출기에 2 차원 이미지를 생성합니다. 반대로 고스트 이미징은 물체에 빛나는 무작위 패턴이 물체에서 나오는 빛의 총량에 미치는 영향을 분석하여 이미지를 만듭니다. "우리의 방법에서 무작위 패턴은 개별 XFEL 펄스의 변동하는 스파이크 구조입니다."공동 저자 인 Siqi Li, SLAC 및 스탠포드 대학원생은 전자를 사용하여 고스트 이미징을 시연 한 이전 연구의 수석 저자이자 공동 저자 인 것으로 나타났습니다. "이미지 재구성을 위해서는 우리의 시뮬레이션에서 약 10 만회의 실험을 여러 번 반복해야하며, 매번 진단 도구를 사용하여 펄스 프로파일을 측정하고 샘플이 방출하는 신호를 분석해야합니다." 컴퓨터 학습 에서 아이디어를 차용하는 계산 프로세스 에서 연구자는 이러한 데이터를 샘플에 대한 X 선 펄스 의 시각화로 전환 할 수 있습니다 . 보완 도구 지금까지 새로운 아이디어는 시뮬레이션에서만 테스트되었으며 실험용 검증을 기다리고있다. 예를 들어 SLAC의 Linac Coherent Light Source (LCAC) X- 레이 레이저, DOE Office of Science 사용자 시설이있다. 그러나 연구자들은 이미 기존의 펌프 - 프로브 실험을 보완 할 수있는 방법을 확신하고 있습니다. "미래의 테스트가 성공한다면이 방법은 XFEL 실험에서 매우 기본적인 프로세스를 보는 능력을 강화시킬 수 있습니다."라고 Ratner는 말했습니다. "또한 우리가 탐구하고 싶은 몇 가지 이점을 제공 할 것이다." 여기에는 안정성이 더 빠르고, 이미지 재구성이 빠르고, 샘플 손상이 적으며 빠르고 더 빠른 시간에 실험을 수행 할 수 있습니다. 추가 탐색 다목적 광학 레이저는 원자 규모 측정에서 혁신적인 실험을 가능하게합니다
자세한 정보 : D. Ratner et al. 펌프 - 프로브 고스트 이미징 (SASE FELs, Physical Review X , 2019). DOI : 10.1103 / PhysRevX.9.011045 저널 정보 : Physical Review X 에 의해 제공 SLAC 국립 가속기 연구소
https://phys.org/news/2019-04-ghostly-x-ray-images-key-info.html
.DNA 손상 후 게놈 풀림 : 유전자 조절 멀티 도구에는 또 다른 기능이 있습니다
2019 년 4 월 5 일, 펜실베이니아 주립 대학의 Sam Sholtis 구조 대원이 아닙니다. A) Ccr4- 비 복합체는 RNA를 생성하는 DNA 가닥을 따라 이동함에 따라 RNA 중합 효소 II (RNAPII)와 결합합니다. B) RNAPII가 DNA 손상으로 고착되면 Ccr4- Not는 유비퀴틴이라는 작은 신호 분자로 RNAPII를 표시하는 요소를 모집합니다. C) Ubiquityation은 RNAPII의 분해를 유발하여 DNA 복구 효소가 손상을 복구하고 유전자 발현을 복원 할 수있게합니다. 크레딧 : Reese Laboratory, Penn State
세포에서의 유전자 발현 조절 조절의 거의 모든 단계에 관여하는 단백질 복합체는 이제 RNA 생산에서 잠재적 인 교통 체증을 제거하는 데 중요한 역할을하는 것으로 나타났다. DNA 주형으로부터 RNA를 생산하는 RNA 중합 효소 II (RNA polymerase II, RNAPII)는 DNA 주형의 손상 때문에 붙어있을 수 있으며 유전자 발현 및 정상적인 세포 기능을 복원하기 위해서는이 잼을 제거해야합니다. 새로운 연구 결과에 따르면 마스터 규제 컴플렉스 "Ccr4-Not"가 DNA로부터 RNA를 전사하는 동안 RNAPII와 연관되어이 작업을 수행하고 RNAPII가 고착되어 DNA가 복구되고 정상적인 세포 기능이 유지 될 때 분해되도록 표시합니다 이력서. 펜 스테이트 과학자들의 연구를 설명하는 논문은 2019 년 4 월 4 일자 Genes & Development 저널에 온라인으로 게재 됩니다. 펜실베이니아 주립 대학의 생화학 분자 생물학 교수이자 진핵 생물 유전자 조절 센터 (European Center for Eukaryotic Gene Regulation) 회원 인 Joseph C. Reese는 "정상적인 세포 기능은 때로는 '생물의 중심 도그마'에 의존한다. DNA의 유전자는 RNA로 전사되며, RNA는 단백질로 변환되어 세포의 기능을 수행한다. 이것은 고도로 조율 된 과정이며 유전자 발현 과 단백질 턴 오버 의 정확한 조절은 세포 기능을 결정한다. Ccr4-Not 복합체는 처음부터 끝까지이 과정의 거의 모든 단계에 관여하고 있으며,이 새로운 복합체는 전사 과정에서 문제가 생길 때 정상적인 세포 기능을 유지하는 데 도움이되는 추가 기능을 가지고 있음을 보여주고있다 "고 말했다. DNA에서 RNA를 전사하는 동안 RNAPII 자체는 여러 단백질 서브 유닛으로 구성된 큰 복합체 - ATCG 서열을 읽고 DNA의 가닥을 따라 이동하여 상보적인 RNA 가닥을 생성합니다. RNAPII가 UV 방사 및 기타 원인에 의해 유발 될 수있는 DNA 손상을 발견하면 막힌 차가 그 흐름을 방해하는 것과 유사하게 붙어서 후행하는 폴리 메라 이제가 유전자 전사를 완료하는 것을 막을 수 있습니다. 이 잼을 제거 할 수 없다면 같은 유전자를 전사하는 여러 RNAPII가 일종의 교통 체증에 쌓여 DNA가 고쳐지지 않고 세포 기능을 방해하는 것을 막을 수 있습니다. "붙어있는 RNAPII의 제거는 정상적인 세포 기능에 필수적인 과정이다"라고 Reese는 말했다. "이 경로의 결함은 코케인 증후군 (성장 장애, 신경 학적 발달 결함 및 자외선에 대한 민감성을 초래하는 신경 퇴행성 질환)과 같은 수많은 질병 및 인간 증후군 과 관련되어 있습니다. 연구진은 유전 적 방법과 재구성 생화학을 사용하여 세포 과정의 정제 된 구성 요소를 추가, 제거 및 정확하게 제어하여 정확히 어떻게 기능 하는지를 확인 하여 Ccr4가 Not RUAPII 유비퀴틴 (Ubiquitin)이라고 불리는 작은 신호 분자가있다. ubiquitin을 RNAPII에 부착하면 다른 세포 성분이 효소를 분해하여 잼을 제거합니다. "이전의 연구들은 Ccr4-Not가 세포가 DNA 손상에 대처하도록 돕는 것을 의미했다"고 Reese는 말했다. "Ccr4-Not 복합체의 돌연변이 체 는 게놈을 손상시키는 물질에 세포를 더 민감 하게 만든다 . 그러나 Ccr4-Not는 유전자 조절의 많은 측면에 관여되어 있기 때문에 정확한 역할이 무엇인지 지금까지는 명확하지 않았다. Ccr4는 RNAPII의 파괴 기계를 채용하지 않은 것이 놀라운 결과이며, 게놈 전체에서 교통 체증을 제거하기위한 견인 트럭 역할을한다고 제안했습니다. "
추가 탐색 유전자 전사 기계는 DNA 운동을 제약하고 연구 결과를 제시한다. 저널 정보 : 유전자 & 개발 에 의해 제공 펜실베니아 주립 대학
https://phys.org/news/2019-04-unjamming-genome-dna-gene-regulatory.html
A&B, study(laboratory evolution, mainhotspot project)
B/http://www.mdpi.com/2072-4292/10/8/1261
A/https://www.nature.com/articles/s41598-018-28963-0
https://pr.ibs.re.kr/handle/8788114/5556?mode=full
https://www.nature.com/articles/s41598-018-28963-0
.초미세 입자 움직임 제어 '브라운 모터' 고안
송고시간 | 2019-04-07 12:00 , 이화여대 김준수 교수팀 "나노 디바이스 개발에 이바지 기대" 이화여대 화학나노과학과 김준수 교수(왼쪽부터), 박수현·송정은 학생 [한국연구재단 제공=연합뉴스] 이화여대 화학나노과학과 김준수 교수(왼쪽부터), 박수현·송정은 학생 [한국연구재단 제공=연합뉴스]
(대전=연합뉴스) 이재림 기자 = 한국연구재단은 이화여대 김준수 교수 연구팀이 초미세 공간의 분자 움직임을 제어할 수 있는 기술을 설계했다고 7일 밝혔다. 나노 스케일에서 분자를 원하는 곳에 선택적으로 이동하는 건 학계 난제 중 하나다. 용액 속에서 다른 용매와 충돌하면서 사실상 방향성 없이 움직이는 '브라운 운동'을 하기 때문이다. 김 교수 연구팀은 초미세 크기 입자를 DNA 위에서 일정 방향으로 향하게 하는 새로운 브라운 모터(브라운 래칫)를 고안했다.
DNA·나노입자 결합에너지 비대칭적 설계 설명도 [한국연구재단 제공=연합뉴스]
이중가닥 DNA의 염기서열에 따른 유연성 차이를 이용한 게 핵심이다. 음전하의 DNA와 양전하의 나노입자는 정전기적 인력으로 결합한다. 이때 DNA 구조가 유연할수록 나노입자와 결합하기 쉬워진다. 연구팀은 DNA 유연성이 점진적으로 증가하는 구조를 반복적으로 유도했다. 주변 이온 농도 역시 지속해서 급격히 증가·감소하도록 했다. 이론 및 계산화학 분자 모델 컴퓨터 시뮬레이션 결과 DNA와 나노입자 결합에너지의 끊임없는 변화로 나노입자가 한쪽으로 이동하는 걸 증명했다고 연구팀은 설명했다.
384개의 염기쌍을 순차적으로 합성해 반복적으로 유연성이 변화하도록 DNA 모델을 설계했다. 이온 농도가 낮을 때는 반복적으로 비대칭적인 DNA·나노입자 결합에너지를 가지고, 이온 농도가 높을 때는 대칭적인 결합에너지를 가진다. 용액 이온 농도를 주기적으로 변화해 비평형 상태를 유도하고 나노입자를 일정 방향으로 이동한다. [한국연구재단 제공=연합뉴스]
김준수 교수는 "초미세 공간에서 DNA에 결합한 나노입자를 원하는 방향으로 옮기는 나노 스케일 브라운 모터 개발 가능성을 확인했다"며 "나노 디바이스나 나노응용기술 개발에 이바지할 수 있을 것"이라고 말했다. 연구는 교육부·한국연구재단 기초연구사업 지원으로 수행했다. 성과를 담은 논문은 지난 6일 '사이언스 어드밴시스'(Science Advances)에 실렸다. walden@yna.co.kr
https://www.yna.co.kr/view/AKR20190405075900063?section=it/science
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