살아있는 세포막에서 나노 크기의 단백질 움직임

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CHRIS SPHEERIS - Allura

 

 

.물리학 자들은 양자 섀넌 (Shannon) 이론을위한 두 번째 수준의 양자화합니다

Lisa Zyga, Phys.org N 개의 채널이 중첩되어 있으면 정보 매체가 여러 채널을 동시에 이동할 수 있습니다. 신용 : Chiribella 및 Kristjánsson. © 2019 The Royal Society, 2019 년 5 월 22 일 기능

1940 년대 후반에 시작된 Claude Shannon이 개발 한 정보 이론은 시끄러운 커뮤니케이션 채널을 통해 정보를 얼마나 빨리 보낼 수 있는지와 같은 질문을 다루고 있습니다. 정보 통신사 (예 : 광자)와 채널 (예 : 광섬유 케이블)은 모두 잘 정의되고 완벽하게 구별 가능한 고전적 시스템으로 가정합니다. 지난 20 년 동안 물리학은 개발 된 양자 의 버전 정보 이론 각각의 내부 상태되는 정보 캐리어가 양자 특성 등, 중첩을 한 번에 두 개 이상의 고전적인 상태를 차지할 년 - 능력. 그러나 전송선 은 일반적으로 여전히 고전으로 가정되므로 공간에서 메시지가 차지하는 경로는 항상 잘 정의되어 있습니다. 이제 새로운 논문에서 옥스포드 대학의 물리학 자 Giulio Chiribella와 Hlér Kristjánsson과 홍콩 대학은 정보 통신 사업자와 채널이 양자 중첩이 될 수있는 두 번째 수준의 양자화를 제안했습니다. 이 새로운 통신 패러다임 에서 정보 통신 사업자는 동시에 여러 채널을 이동할 수 있습니다. "이 연구는 우주와 시간의 정보 전파가 양자 역학적으로 다루어지는 새로운 커뮤니케이션 이론의 토대를 제공합니다 . "라고 Chiribella는 Phys.org에 말했다 . "이것은 양자 통신 네트워크와 다중 양자 서버를 통해 송신자에서 수신자로 데이터를 전송할 수있는 미래의 양자 인터넷을위한 새로운 길을 열어 준다. 서로 다른 통신 경로의 간섭을 이용하면 더 효율적으로 통신 할 수 있으며 근본적인 수준에서 여러 궤도를 따라 메시지를 전송하면 시공간적 양자 본질을 근본적으로 테스트 할 수 있습니다. " 이 채널 중첩 현상은 단일 광자가 한 번에 두 개의 슬릿을 통과하는 것으로 보이는 유명한 이중 슬릿 실험에서 볼 수 있습니다. 단 하나의 광자 가 사용 되더라도 광자 는 검출기에 간섭 패턴을 생성합니다. 간섭 패턴에 대한 가장 좋은 설명은 광자가 두 개의 다른 경로를 따라 두 개의 슬릿을 동시에 통과 한 후 웨이브처럼 자체 간섭을 받았다는 것입니다. 정보 매체가 2 개의 통신 채널을 동시에 통과 할 수있게되면, (다른 경로에서의 잡음의 간섭으로 인한) 잡음 감소 및보다 높은 채널 용량과 같은 이점을 제공 할 수있다. 이러한 장점은 광자에 대한 최근 실험에서 입증되었습니다. 새로운 논문에서 물리학 자들은 채널의 중첩을 정보의 양자 이론에 통합하는 것과 관련된 몇 가지 과제에 직면해야했습니다. 과제 중 하나는 채널을 컴포지션 방식으로 중첩하여 다른 채널과 함께 사용하면 채널의 동작을 예측할 수 있다는 것입니다. 두 번째 과제는 정보 매체 의 내부 상태의 중첩이 경로의 중첩과 명확하게 구분되어야한다는 것입니다. 그렇지 않으면 경로 자체가 메시지의 일부가되며 시스템은 기존의 양자 프레임 워크를 사용하여 설명 될 수 있습니다. 이러한 과제를 해결함으로써 물리학 자들은 양자 중첩에서 주어진 수의 채널을 사용할 때 안정적으로 전송할 수있는 정보의 양을 계산하는 데 사용할 수있는 양자 통신 모델을 공식화했습니다. 직관적으로, 물리학 자들은 특정 유형의 잡음에 대해 채널의 중첩과 함께 채널을 전환 할 수있는 기능을 사용하여 모든 잡음을 완전히 제거 할 수 있음을 보여주었습니다. 이것은 잡음이 많은 채널에서 완벽한 양자 통신을 얻을 수있는 가능성을 열어줍니다. "우리의 연구는 의사 소통 모델을 정의하고 몇 가지 증명 사례를 제공했습니다."라고 Chiribella는 말했습니다. "그러나 이것은 양자 통신 채널의 중첩으로 달성 할 수있는 것의 표면을 긁어 모았을뿐입니다. 우리는 이제 그들 사이의 상관 관계의 힘을 탐구하고 있습니다 .2 개의 궤도가 같은 지역을 방문하면 정보 통신 사업자가 경험 한 과정이 첫 번째 궤도는 두 번째 궤도에서 경험 한 과정과 상호 연관 될 수 있습니다. 이러한 상관 관계를 영리하게 활용함으로써 독립 채널의 중첩으로 수행 할 수있는 것 이상의 통신 성능을 향상시킬 수 있습니다. 이러한 상관 관계 양자 정보가 시공간에 전파되는 독특한 방식에 대한 새로운 통찰력을 얻게 될 것 "이라고 말했다.

추가 탐색 동일한 양자 채널의 경우 문제가 발생합니다. 자세한 정보 : Giulio Chiribella 및 Hlér Kristjánsson. "궤도의 중첩과 양자 섀넌 이론." 왕립 학회 (A)의 절차 . DOI : 10.1098 / rspa.2018.0903 저널 정보 : 왕립 학회 논문집 A

https://phys.org/news/2019-05-physicists-quantization-quantum-shannon-theory.html

 

 

.Supersymmetric 'Sleptons'가 존재할 수도 있습니다. 그러나 그들은 거대해야만합니다

으로 라피 Letzter 8 시간 전 기술 커다란 허들 충돌 자(이미지 : © CERN)

세계에서 가장 큰 원자 분쇄기가 암흑 물질을 잃어 버릴 수도 있습니다. 그러나 물리학 자들은 잃어버린 암흑 물질이 어떻게 보일지를 명확하게 파악하고 있습니다. 제네바에 위치한 Large Hadron Collider (LHC)의 초대형 입자 탐지기 인 ATLAS 는 2012 년에 Higgs 보손 발견을 위해 가장 잘 알려져 있습니다. 이제는 더 많은 이국적인 입자를 탐사하기 위해 움직였습니다. 이론적 인 "supersymmetric "입자 또는 파트너 입자를 우주의 모든 알려진 입자에 적용 할 수 있습니다. 만약 supersymmetry가 진짜라면, 그 입자 중 일부는 우리 우주에 퍼져있는 보이지 않는 암흑 물질을 설명 할 수 있습니다. 이제 결과 한 쌍의 에서 발표 ATLAS에 초점을 맞춘 컨퍼런스 월에 그 가상의 입자가 같이해야 할 것입니다 무엇 아직 가장 정확한 설명을 제공하고있다. 보이지 않는 사안 닫기 백업하자. [ Higgs 너머 : 우주에 숨어있을 수있는 5 개의 소란스러운 입자들 ] 암흑 물질은 우주의 대부분을 구성 할 수있는 보이지 않는 물질입니다. 아무도 볼 수는 없지만 그것이 존재한다고 의심해야 할 몇 가지 이유가 있습니다. 그러나 여기에는 가장 명백한 것이 있습니다. 은하계가 존재합니다. 우리 우주를 돌아다 보면서 연구자들은 은하계가 가시적 인 별들과 다른 일상적인 물질의 중력과 함께 묶을만큼 거대하지는 않다는 것을 알 수있었습니다. 우리가 볼 수있는 것들이 전부라면 그 은하는 떨어져 표류 할 것입니다. 그것은 보이지 않는 암흑 물질 중 일부가 은하에 쌓여 중력과 함께 유지되고 있음을 암시합니다. 그러나 알려진 입자 중 어느 것도 은하계의 우주 웹을 설명 할 수 없다. 그래서 대부분의 물리학 자들은 우리가 본 적이없는 어떤 종류의 입자 (또는 입자들)이 거기에 있다고 가정합니다. 그것은 모든 암흑 물질을 구성하고 있습니다. 실험 물리학 자들은 그들을 탐지 할 많은 탐지기를 구축했습니다. [ 물리학에서 가장 큰 18 개의 미스터리 신비 ] 이 실험은 여러 가지 방법으로 작동하지만 본질적 으로 매우 어두운 방에 많은 양 의 물건 을 넣고 조심스럽게 보는 것이 좋습니다 . 결국, 이론은 진행됩니다. 어두운 물질의 일부 ​​입자는 큰 덩어리의 물질에 부딪혀 반짝이는 원인이됩니다. 그리고 물질의 성질과 반짝임에 따라 물리학 자들은 암흑 물질 입자가 어떻게 생겼는지를 배우게됩니다. ATLAS는 지구상에서 가장 밝은 장소 중 하나에서 어두운 물질 입자를 찾는 반대의 접근법을 취하고 있습니다. LHC는 엄청나게 빠른 속도로 입자를 함께 부수는 매우 큰 기계입니다. 우주선의 수 마일 내에는 충돌에서 형성된 새로운 입자들의 지속적인 폭발이 있습니다. ATLAS 가 Higgs 보손을 발견 했을 때 , LHC에 의해 실제로 생성 된 Higgs 보손 들의 무리가 보였습니다 . 일부 이론가들은 LHC가 특정 종류의 암흑 물질 입자를 만들 수도 있다고 생각합니다. 알려진 입자의 초 대칭 파트너입니다. "supersymmetry"라는 단어 는 물리학에서 알려진 많은 입자들이 발견 하기가 훨씬 더 어렵다는 알려지지 않은 "파트너" 를 가지고 있다는 이론을 의미합니다 . 이 이론은 증명되지 않았지만 그것이 사실이라면 현재는 입자 물리학을 지배하는 많은 복잡한 방정식을 단순화 할 것 입니다. [ 사진 : 세계에서 가장 큰 Atom Smasher (LHC) ] 올바른 성질의 대칭성 입자가 우주의 누락 된 암흑 물질의 일부 ​​또는 전부를 설명 할 수도 있습니다. 그리고 그들이 LHC에서 제작되고 있다면, ATLAS는 그것을 증명할 수 있어야합니다.

초 대칭 입자 찾기

그러나 문제가 있습니다. 물리학 자들은 LHC에서 만들어진 대칭성 입자가 부식되기 전에 검출기 밖으로 날아가고 있다고 점점 더 확신하고 있습니다. Live Science가 이전에보고 한 바와 같이, ATLAS가 이색적인 대칭 입자를 직접 탐지하지 못하기 때문에, 대신에 대칭 입자가 부식 후 변형되는보다 일반적인 입자를 보게됩니다. 만약 대칭 입자가 이전에 LHC에서 벗어난다면 부패, 그럼 ATLAS는 그 서명을 볼 수 없습니다. 그래서 연구자들은 창조적 인 대안을 제시했습니다. 헌팅은 LHC에서 수백만 회의 입자 충돌 통계를 사용하여 다른 것이 빠져 있다는 증거를 제공합니다. "이들의 존재는 충돌의 횡 방향 기세의 크기를 통해서만 추론 할 수있다"고 연구자들은 성명서 에서 밝혔다 . 누락 된 모멘텀을 정확하게 측정하는 것은 어려운 작업입니다. "LHC에 의해 생성 된 수많은 중첩 충돌 환경에서, 가짜와 진실을 분리하는 것이 어려울 수 있다고 연구진은 말했다. 지금까지, 그 사냥은 아무것도 나타나지 않았습니다. 그러나 그것은 유용한 정보입니다. 특정 암흑 물질 실험이 실패 할 때마다 암흑 물질이 보이지 않는 것에 대한 정보를 연구원에게 제공합니다. 물리학 자들은이 협착 과정을 "제한적인"암흑 물질이라고 부른다. [ 8 가지의 방법 당신은 실제 생활에서 아인슈타인의 상대성 이론을 볼 수 있습니다 ] 누락 된 운동량에 대한 통계적 조사를 기반으로 한 3 월 2 일자 결과는 특정 대칭성 암흑 물질 후보자 (차 이니 오, 수면기 및 초 대칭 바닥 쿼크라고 함)가 존재할 경우 ATLAS가 아직 배제하지 않은 특별한 특성을 가져야한다는 것을 보여줍니다. supersymmetry의 현재 모델이 정확하면 한 쌍의 충전기는 양성자 질량의 최소 447 배가되어야하고 한 쌍의 양말은 양성자 질량의 최소 746 배가되어야합니다. 유사하게, 현재의 모델에 기초하여, supersymmetric bottom quark은 양성자의 질량의 적어도 1,545 배가되어야 할 것이다. ATLAS는 이미 더 가벼운 충전기, 슬립톤 및 하부 쿼크를 위해 사냥을 마쳤습니다. 연구자들은 95 %가 존재하지 않는다고 확신했다. 어떤면에서, 암흑 물질에 대한 사냥은 끊임없이 실망시킬 수있는 무효 조사 결과를 산출하는 것처럼 보입니다. 그러나이 물리학 자들은 여전히 ​​낙관적이다. 이러한 결과는 성명서에서 "미래의 ATLAS 검색을 안내 할 중요한 대칭 시나리오에 대한 강력한 제약을 두어야한다"고 말했다. 결과적으로, ATLAS는 이제 암흑 물질과 초 대칭을 사냥하는 새로운 방법을 가지고 있습니다. 어둠의 물질이나 초 대칭을 발견하지 못했습니다.

https://www.space.com/dark-matter-large-hadron-collider-supersymmetry.html?utm_source=notification

 

 

.살아있는 세포막에서 나노 크기의 단백질 움직임

Thamarasee Jeewandara, Phys.org 살아있는 세포에 iSCAT 현미경 검사. a, 살아있는 세포 이미징을위한 iSCAT 현미경의 실험 배열. 세포는 Leibowitz 배지에서 유리 바닥 접시에 플레이 팅됩니다. (a) micropipette은 세포막 내 EGFR 단백질을 특이 적으로 표적으로하는 세포 배양에 EGF-GNP 프로브를 직접 전달합니다. 위에서 밝기 필드 조명 채널은 문화를 검사하는 데 도움을 주지만 iSCAT 이미징에는 필요하지 않습니다. L1-L3, 렌즈; O1, × 100 대물 렌즈; BS, 90:10 빔 스플리터; DM, 590nm 단 패스 다이크로 익 미러. iSCAT 이미징은 1-8 kW cm-2의 조사 강도로 수행되었으며 관심있는 파장에서 HeLa에 대해 실행 가능함이 알려져 있습니다. 인셋, iSCAT 신호에 기여하는 필드의 파면. (b), 라벨링 전에 HeLa 세포의 막 단면, 리플렉션을 통해 본 iSCAT. (c), 결합 EGF-GNP 프로브를 포함하는 세포 막의 iSCAT 이미지. (d)에서 추출한 PSF c. b-d의 눈금 막대는 1 μm입니다. 신용:Nature Photonics , doi : 10.1038 / s41566-019-0414-6, 2019 년 5 월 22 일 기능

세포 기능은 마이크로 초에서 분 단위의 시간 프레임 내에서 나노 미터에서 마이크로 미터의 범위에 걸쳐있는 막에있는 단백질의 복잡한 움직임에 의해 결정됩니다. 그러나 간섭 성 산란 (iSCAT) 입자 추적의 범위 내에 있지만 형광 현미경을 사용하면이 풍부한 매개 변수 또는 공간을 액세스 할 수 없습니다 . 그러나 새로운 iSCAT 기술은 단클론 및 비 표지 단백질에 매우 민감하여 비특이적 인 배경 염색을 세포 이미징에서 상당한 문제로 만든다. 최근의 연구에서, 독일의 물리학 및 생물학의 학제 간 부서의 Richard W. Taylor와 동료는이 어려움을 극복하기위한 새로운 이미지 처리 방법을 개발했습니다. 그들은이 방법을 사용하여 3 차원 (3-D)의 나노 미터 스케일 정밀도를 갖는 막 횡단 표피 성장 인자 수용체 (EGFR) 를 추적했다 . 이 기술은 마이크로 초에서 몇 분까지 이미징을 허용했습니다. 과학자들은 endocytosis 동안 원 위대 세포막에서의 확산, filopodia 에서의 수송 및 회전 운동과 같은 유비쿼터스 프로세스를 이미지화하는 방법을 사용하여 나노 스케일 운동 및 감금의 예를 제공했습니다 . 결과는 Nature Photonics에 게시되었습니다 . 형광 현미경의 꾸준한 발전으로 과학자들은 나노 미터 규모의 세포 사건을 모니터 할 수 있었지만, 진보 된 이미징 시스템으로는 여전히 많은 과제가 남아있다. 형광 현미경 검사의 문제점은 형광 광원 (염료 분자 또는 반도체 양자점)의 유한 방출 속도로 인해 발생했습니다 . 매우 짧은 시간 동안 너무 적은 양의 광자 방출이 효과적이거나 장기간의 영상을 방해합니다. 산란 기반 현미경의 핵심적인 어려움은 배경 잡음 과 낮은 신호대 잡음비 (SNR)와 경쟁하는 나노 탐침과 관련이 있습니다 . 고속 추적 실험 에서 이미징의 잠재력을 단 몇 나노 미터로 제한합니다 .

HeLa 세포막에서 확산되는 표피 성장 인자 - 금 나노 입자 (EGFR-GNP)의 생생한 영상. 제공 : Nature Photonics , doi : 10.1038 / s41566-019-0414-6

현재 연구에서, Taylor et al. 살아있는 세포막에서 단백질을 추적하기 위해 간섭계 산란 (iSCAT) 현미경 을 사용했습니다. 이 방법은 확산과 로컬 토폴로지 사이의 역학을 이해하기 위해 프로브 - 셀 상호 작용을 시각화 할 수 있습니다. 실험 기간 동안, 과학자들은 HeLa 세포 에서 표피 성장 인자 수용체 (EGFR)를 표지하기 위해 금 나노 입자 (GNPs)를 사용했다 . EGFR은 세포 외 신호를 감지하고 반응 할 수있는 I 형 막 횡단 단백질 이며, 이의 비정상적인 신호 전달은 다양한 질병과 관련되어 있습니다. Taylor et al. 은 GNP로 표지 된 단백질이 막 지형 , 필로 포디아 (filopodia)와 같은 세포 기능의 나노 토폴로지를 매핑 한 '나노 로버 (nan-rover)'로 나타났다.clathrin 구조 . 그들은 높은 시간 해상도와 긴 시간 지점에서 3 차원에서 단백질의 하위 확산 및 나노 감금 움직임의 예를 제공했습니다. 실험에서, Taylor et al. HeLa 세포에서 EGFRs (표피 성장 인자 수용체)를 라벨링하기 위해 마이크로 피펫을 사용하여 현미경의 샘플 챔버에 상피 성장 인자 - 금 나노 입자 (EGF-GNP) 프로브를 도입하고 프로브가 EGFR을 자극했음을 확인했다. 이전 연구에서는 이미 확산 패턴에 영향을 미치지는 않았지만 프로브 크기가 합성막의 지질 확산 속도에 영향을 미칠 수 있다고 지적했습니다 . 또한, 살아있는 세포에서, 분자 군집은 50nm 이하의 입자에 대해서는 무시할 만하다 .

플라즈마 막에 확산. (a), 측면 확산 궤도 (노출 시간 17.5μs, 연대기의 색상 표 참조). (b), MSD (mean square displacement) 대 τ. 파란 곡선은 a의 MSD를 보여줍니다. 검은 곡선은 시뮬레이션 된 정상 확산 (α = 1)이며 회색 봉투는 불확실성을 나타냅니다. (c), 궤적에 대한 롤링 윈도우 (컬러 스케일)의 확산 지수. 하분 산란 영역 (α <1)은 어두운 색조로 표시됩니다. (d), αi 시간. 회색 음영은 7 ± 4 %의 평균 불확도를 나타내며 100ms (1,000 프레임) 및 τ = 250μs의 창에 대한 95 % 신뢰 구간에 해당합니다. 별표가 표시된 부분은 c의 원과 일치합니다. (e), 탄도를 따라 윈도우를 롤링하기위한 스텝 방향 Ci. (f), 시간을 통해 플롯 된 단계 방향 Ci, 음영은 불확실성을 나타냅니다. (g), 거주 시간이있는 ATOM 직업 계획 (색 눈금). 저장소 크기는 지역화 오류에 해당합니다. 루프 및 소용돌이로 표시된 확장 된 직업의 주목할만한 지역 (i) - (iii)은 지속적 나노 구조를 나타냅니다. 동봉 된 영역은 눈에 띄는 하위 확산의 치밀한 패치를 나타냅니다. 스케일 바, 100 nm. 신용:Nature Photonics , doi : 10.1038 / s41566-019-0414-6

Taylor et al. 48 nm와 20 nm에서 다양한 지름의 GNPs를 비교함으로써 현재 연구에서이 두 가지 구체적인 경우를 입증했다. 그 후 과학자들은 형광 및 생화학 적 연구를 수행하여 자유롭게 사용할 수있는 EGF와 마찬가지로 EGF가 코팅 된 GNP가 EGFR 신호 전달을 활성화 시켰음을 보여 주며 이는 표지가 생물학적 기능을 방해하지 않는다는 것을 나타냅니다. 분자 이미징과 관련된 배경 잡음을 극복하기 위해 과학자들은 명확성을 위해 각 프레임에서 iSCAT-point spread function (iSCAT-PSF)을 추출한 새로운 알고리즘을 구현했습니다. 기존 기술은 높은 공간적 및 시간적 해상도로 기능을 시각화 할 수 없기 때문에 세포 내 활동에 대한 많은 세부 사항이 여전히 논쟁의 여지가 있습니다. 이에 대한 대응으로, Taylor et al. 과학자들은 살아있는 HeLa 세포의 막에서 EGFR 이동의 2-D 예제를 고려하여 원형 막에서의 하위 확산을 처음으로 정량적으로 연구했습니다. 이를 위해, 그들은 운동의 전체 궤도에 대한 평균 제곱 변위 (MSD)를 계산했습니다 . Taylor et al. 계산 과정에서 확산의 본질이나 그 지리적 경관에 대한 가정을 할 필요가 없었습니다. 그들은 시간차에 걸친 두 가지 벡터 단계 사이의 방향 상관 관계의 정도를 관찰함으로써 생물학적 회절 장벽과 감금의 발생을 측정했습니다 .

filopodium에 확산. 제공 : Nature Photonics , doi : 10.1038 / s41566-019-0414-6

과학자들은 축적 된 시간적 점유지도 (ATOM)를 도입하여 공간에서 각 궤도 픽셀의 인기를 평가했습니다. 이 기법에서는 궤적의 측면을 나노 미터 크기의 빈으로 나눈 다음 각 빈에서 입자의 발생을 계산했습니다. 결과는 250 나노초 (5000 프레임)의 최소 수명 내에서 루프와 소용돌이 모양의 나노 구조 배열이 잠재적으로 전 엔도 틱 단계를 묘사 함을 나타냅니다 . 전체적으로, 모의 관측치는 단백질 확산이 세포의 하부 구조에 의해 어떻게 영향을 받는지를 보여 주었다. iSCAT 현미경 기술은 과학자들이 매우 오랜 기간 동안 효과를 기록 할 수있게 해 주었고, 그들은 3D 피사체 영상 기능과 함께 사상충 암에서 EGFR을 추적 할 수있었습니다. filopodia 생물학적 막대 형상 돌출부이다 셀룰러 길이는 최대 직경 300 내지 100 및 100 ㎛ 인 액틴 필라멘트 번들을 함유. 나노 구조물은 세포 부착 환경을 제공하면서 세포 미생물 환경에서 화학 자극 또는 반발에 대한 기계적 자극을 감지 할 수 있습니다. 유 전자에 대한 리간드 결합 및 EFGR 활성화는 EGF의 저농도에서 일어 났고, 그 다음에 액틴 필라멘트와의 연관성 및 EFGR의 세포체로의 역행 수송이 일어났다 .

LEFT : (a) EGFR-GNP를 포함하는 filoodium의 TEM (투과 전자 현미경) 이미지. (b)는 국소화 오차가 σx, y = 2 nm 인 780,000 개의 궤도 점에서 1,000fps로 기록 된 필리포 디움 표면을 재구성 한 것이다. Inset, GNP의 크기를 고려한 직경 150nm의 원통형 표면을 묘사하는 횡단면 슬라이스. (c), 원시 동작 13 분 궤도 (왼쪽) 넷 모션에서 방향을 표시하는 화살표와 함께 팁을오고가는 여정을 나타내는 네 개의 후속 조각으로 나뉩니다. (d), 필모 디움 드리프트 보정 된 c의 ATOM 그림. (e), 마지막 80 초의 표면 보간. 최종 단계 (삼각형으로 표시)의 고리 모양 감금은 3D 피트입니다. 스케일 막대는 200 nm (a), 1 μm (x, y) 및 200 nm (z) (b), 1,000 nm (c) 및 100 nm (x, y) 및 50 nm (z) (e)입니다. 오른쪽 : (a), 48 nm GNP 탐침의 측면 궤도. 스케일 바, 100 nm. 이 감금의 더 낮은 시간 샘플링은 경계의 범위를 과소 평가했을 것입니다. (b), 궤적의 Ci (5 프레임의 타임 래그를 사용), 부분적으로 방해가되는 확산을 보여주고 중심에서보다 자유로운 확산 경향이있다. (c)는 a. (d)에서, c의 검은 삼각형의 선을 따라 3D-ATOM 그림을 잘라내면 점유가 가장 안쪽의 디스크 같은 영역을 선호한다는 것을 알 수있다. 축은 c와 d 모두에서 100 nm를 나타냅니다. (e), 시간 2D 직업의 c에서 유효 포텐셜 에너지 분포로의 변환. (f-j), a-e와 같으나 20 nm GNP 프로브의 경우. 신용: (5 프레임의 타임 래그를 사용하는) 궤도의 Ci는 부분적으로 방해가되는 확산을 나타내며 중심에서보다 자유로운 확산 경향이 있습니다. (c)는 a. (d)에서, c의 검은 삼각형의 선을 따라 3D-ATOM 그림을 잘라내면 점유가 가장 안쪽의 디스크 같은 영역을 선호한다는 것을 알 수있다. 축은 c와 d 모두에서 100 nm를 나타냅니다. (e), 시간 2D 직업의 c에서 유효 포텐셜 에너지 분포로의 변환. (f-j), a-e와 같으나 20 nm GNP 프로브의 경우. 신용: (5 프레임의 타임 래그를 사용하는) 궤도의 Ci는 부분적으로 방해가되는 확산을 나타내며 중심에서보다 자유로운 확산 경향이 있습니다. (c)는 a. (d)에서, c의 검은 삼각형의 선을 따라 3D-ATOM 그림을 잘라내면 점유가 가장 안쪽의 디스크 같은 영역을 선호한다는 것을 알 수있다. 축은 c와 d 모두에서 100 nm를 나타냅니다. (e), 시간 2D 직업의 c에서 유효 포텐셜 에너지 분포로의 변환. (f-j), a-e와 같으나 20 nm GNP 프로브의 경우. 신용: 임시 2D 직업의 c에서 유효 위치 에너지 분포로의 변환. (f-j), a-e와 같으나 20 nm GNP 프로브의 경우. 신용: 임시 2D 직업의 c에서 유효 위치 에너지 분포로의 변환. (f-j), a-e와 같으나 20 nm GNP 프로브의 경우. 신용:Nature Photonics , doi : 10.1038 / s41566-019-0414-6

과학자들은 따라서 filopodium을 따라 확산의 nanoscopic 세부 사항에 통찰력을 얻고 13 분에 걸쳐 데이터를 기록했다. 그들은 '나노 로버 (nan rover)'로서 금 나노 입자를 사용하여 필로 포디 언 (filopodium) 지형을 생성하기위한 3 차원 궤도를 분석하고 더 깊은 조사를 위해 세포 구조의 표면 토폴로지를 매핑했다. 그들은 궤적 ATOM (축적 된 시간 점유도)을 계획하고 3-D 표현이 pre-endocytic membrane invagination의 생물학적 단계와 일치한다는 것을 발견했다. iSCAT과 같은 고속 현미경 기술은 고해상도 시간 정보를 얻고 나노 입자 위치 파악 기반 이미징 동안 흐림 효과를 방지하는 데 필요합니다. 과학자들은 48nm 및 20nm GNP로 30,000fps (초당 프레임 수)의 제한된 확산을 기록하여이 기능을 시연했습니다. 그들은 3.5 초의 시간 동안 10 μs의 짧은 노출 시간을 사용하여 66,000 fps에서 단백질의 초고속 3-D 추적 실험을 수행했습니다. 빠른 iSCAT 현미경 검사법은 저농도의 EGF로 모의 할 때 HeLa 세포에서 clathrin-mediated endocytosis에 비해 endocytic event의 복잡한 특징을 밝혀내는 추가적인 증거를 제공했다 . 이러한 방식으로, Taylor et al. 새로운 기술은 나노 지형 정보를 충실하게 기록 할 수 있다고 지적했다. 결과는 새로운 통찰력을 제공하면서 48 nm에서 20 nm까지 프로브 크기 감소에 중요한 차이가없는 투과 전자 현미경 (TEM)으로 기록 된 관측과 일치했습니다 . 새로운 통찰력에는 나노 확산에서의 세부 확산, 나노 감금, 필로 디아 (filopodia) 및 클러스터 구조 (clathrin structures)의 3 차원 윤곽이 포함되었습니다. 과학자들은 현미경으로 초 고해상도 형광 현미경으로 iSCAT를 결합하고자합니다.바이러스, 기타 나노 생물학적 실체의 궤적을 이해합니다. Taylor et al. 미래 20 나노 미터 이하의 GNP를 추적하기위한 이미지 분석 방법을 발전시키고 새로운 기술과 추가 최적화가 추적을 위해 외부 레이블을 사용하지 않고 바이러스의 수명주기를 구체적으로 이해할 수 있다고 믿습니다.

추가 탐색 단일 세포에서의 ferritin의 나노 스케일 자성 영상 더 자세한 정보 : Richard W. Taylor et al. 간섭계 산란 현미경 (interferometric scattering microscopy)은 살아있는 세포막에서의 마이크로 초 나노 스코픽 단백질 운동, Nature Photonics (2019)를 보여줍니다. DOI : 10.1038 / s41566-019-0414-6 Philipp Kukura et al. 단일 바이러스의 위치 및 방향에 대한 고속 나노 스코어 추적, Nature Methods (2009). DOI : 10.1038 / nmeth.1395 Jordan A. Krall et al. 높고 낮은 친화도 표피 성장 인자 수용체 - 리간드 상호 작용은 독특한 신호 전달 경로를 활성화합니다, PLoS ONE (2011). DOI : 10.1371 / journal.pone.0015945 저널 정보 : Nature Photonics , Nature Methods , PLoS ONE

https://phys.org/news/2019-05-nanoscopic-protein-motion-cell-membrane.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

 

 

.Scanning Doppler Lidar를 이용한 행성 경계층 바람의 측정

박수진 1, 제1저자 연구원

 

박수진 1, 김상우 1 세 *OrcID, 박문수 2OrcID과 송창근 3 1 서울 대학교 지구 환경 과학부 08826 2 한국 외국어 대학교 대기 과학 연구소, 용인 17035 삼 울산 국립 기술 대학교 도시 환경 공학부 울산 44919 * 서신을 처리해야하는 작성자. 접수 : 2018 년 6 월 19 일 / 개정 : 2018 년 8 월 7 일 / 수락 : 2018 년 8 월 8 일 / 게시일 : 2018 년 8 월 10 일 (이 기사는 대기 경계층 특집 원격 감지 (Remote Sensing of Atmospheric Boundary Layer )에 속한다. 전체 텍스트 | PDF [4697 KB, 2018 년 8 월 11 일 업로드 됨] | 피규어

추상

유성 경계층 (PBL)에서 바람 프로파일의 정확한 측정은 수치 기상 예측뿐만 아니라 대기 품질 모델링에서도 중요합니다. 스캐닝 도플러 광 검출 및 거리 측정 (라이더) 측정을 사용하는 두 가지 바람 검색 방법을 비교하고 동시 라디오 존데 음향으로 검증했습니다. 17 개의 라디오 존데 (radiosonde) 사운드 프로파일을 비교해 보면 사인 피팅 방법이 더 많은 수의 데이터 포인트를 검색 할 수 있다는 것을 보여 주었지만 특이 값 분해 방법은 바이어스 (0.57 ms -1 )와 평균 제곱근 오차 (1.75 ms -1)와 라디오 존데 soundings. 속도 방위각 디스플레이 스캔을 얻기 위해 방사 속도의 평균 시간 간격을 15 분으로 늘리면 소음에 대한 평균 신호 효과로 인해 라디오 존데 소리와 더 잘 일치하게됩니다. 나란히 놓인 윈드 도플러 라이더와 에어러솔 미사 산란 라이저에서 동시에 측정 한 결과 PBL 바람의 시간적 변화와 PBL 내 에어러솔의 수직 분포가 나타났다.

https://www.mdpi.com/2072-4292/10/8/1261

 

 

.저온에서의 얼음의 예기치 않은 관찰, 고압 문제에 대한 물 이론

 

 

에 의해 오크 리지 국립 연구소 오크 리지 국립 연구소 (Oak Ridge National Laboratory) 과학자들은 과냉각 상태의 물을 연구하면서 지구의 한계를 뛰어 넘어 존재하는 얼음 생각의 고밀도 결정질 단계가 예기치 않게 형성되는 경로를 발견했습니다. 자연에서보고 된 그들의 발견은 이론을 받아 들였고 다른 행성, 위성 및 우주의 다른 곳에서 발견 된 얼음에 대한 더 나은 이해로 이어질 수 있습니다. Credit : Jill Hemman / 미국 오크 리지 국립 연구소 (Oak Ridge National Laboratory), 2019 년 5 월 22 일

수퍼 콜드 상태의 물을 만들기 위해 고안된 실험을 통해 에너지 부의 오크 리지 국립 연구소 (Oak Ridge National Laboratory)의 과학자들은 중성자 산란을 사용하여 지구의 한계를 넘어서는 얼음 생각의 조밀하고 결정적인 단계의 예기치 않은 형성 경로를 발견했습니다. 얼음 IX, 얼음 XV 및 얼음 VIII로 알려진 이러한 특정 결정질 얼음 상을 관찰하면 과냉각 된 물 과 비정질 또는 비결 정성 얼음에 관한 이론을 받아 들일 수 있습니다. Nature 지에보고 된 연구자들의 연구 결과는 다른 행성과 위성 및 우주의 다른 곳에서 발견되는 얼음과 그 다양한 단계에 대한 기본적인 이해를 이끌어 낼 것입니다. "수소와 산소는 우주에서 가장 풍부한 원소 중 하나이며, 가장 단순한 분자 화합물 인 H2O가 일반적입니다."라고 ORNL 중성자 산란 과학자이자 수석 저자 인 Chris Tulk는 말했습니다. "실제로, 대중적인 이론은 지구의 물의 대부분이 얼음의 혜성들과의 충돌을 통해 여기에 왔다고 제안합니다." 지구상의 물 분자는 섭씨 0도에 도달하면 더 낮은 에너지 상태에 들어가 육각형 결정 격자에 정착합니다. 이 얼어 붙은 형태는 아이스 아이로 표시되며, 가정용 냉동고 또는 스케이트장에서 볼 수있는 가장 일반적인 물 단계입니다. 얼음 IX, 얼음 XV 및 얼음 VIII는 초저온 및 매우 높은 압력, 즉 지구에서 자연적으로 발생하지 않는 조건에서 분자가 안정한 결정 구조로 재구성 될 때 실현되는 적어도 17 회의 얼음 단계 중 3 가지입니다. "얼음이 단계적으로 변화함에 따라 저온 및 고압을 제외하고는 가스에서 액체로 고체에서 물로 이동하는 것과 유사합니다. 다양한 형태의 고체 사이의 얼음 변환입니다."라고 Tulk는 말했습니다. 각각의 알려진 얼음상은 분자가 평형에 도달하고 물 분자가 규칙적인 3 차원 패턴을 나타내고 안정된 구조의 압력 - 온도 범위 내에서 독특한 결정 구조를 특징으로합니다. 처음에 캐나다의 국립 연구위원회 (National Research Council)와 로스 앤젤레스 캘리포니아 대학 (University of California)의 무크 (Tulk) 연구팀은 더 높은 압력에서 재결정 할 때 결정질 구조가없는 무정형 얼음의 구조적 특성을 탐구하고있었습니다. 비정질 얼음을 제조하기 위해 과학자들은 물을 섭씨 영하 173도까지 냉각되고 약 10,000 기압 또는 제곱 인치당 147,000 파운드로 가압되는 고압 장치로 물을 동결시킵니다 (자동차 타이어는 평방 인치당 약 32 파운드로 부풀어 올라갑니다). "이러한 형태의 무정형 얼음은 액체 물과 관련이 있다고 생각되며, 그 연구가이 연구의 본래 목적 이었음을 이해하고 있습니다."라고 Tulk는 말했습니다. ORNL의 Spallation Neutron Source에서 팀은 중성자 산란 분석에 필요한 수소 핵에 추가 중성자가있는 중수소가있는 3 밀리미터의 구체 또는 약 절반 방울을 동결 시켰습니다. 그런 다음 그들은 Spallation Neutrons and Pressure 또는 SNAP 회절 계를 -173도까지 프로그래밍했습니다.이 장비는 각 하이킹 사이에 중성자 산란 데이터를 수집하면서 평방 인치당 411,000 파운드 (약 28,000 기압)까지 몇 시간마다 점차적으로 압력을 증가 시켰습니다. 압력에서. "비정질 얼음을 얻고 나면 무정형의 얼음이 과냉각 액체로 녹아 재결정 될 때 온도와 압력을 높이고 국부적 인 분자 배열을 관찰 할 계획입니다."라고 툴크는 말했다. 그러나 데이터를 분석 한 후에 그들은 무정형의 얼음을 만들지는 않았지만 밀도가 계속 증가하는 4 단계의 얼음을 통한 결정 변환의 연속을 알게되어 놀랐습니다. 얼음에서 얼음 IX에서 얼음 XV에서 얼음 XIII까지. 비정질 얼음의 증거는 전혀 없습니다. 캐나다의 국립 연구위원회 (National Research Council of Canada)의 공동 저자 인 데니스 클럭 (Dennis Klug)은 1984 년에 저압에서 얼음을 압축하여 비정질 화 (amorphization) 한 최초의 실험실을 발견했다. "나는 저온에서 얼음을 압축하여 항상 많은 샘플을 만들었습니다. 이전에이 압력 - 온도 경로가 이처럼 일련의 결정 형태를 낳은 것을 결코 보지 못했습니다. " Klug는 "우리 실험의 데이터가 사실이라면 무정형의 얼음은 액체 물과 관련이 없지만 두 결정 단계 사이에 방해가되는 것을 의미합니다. 이는 널리 받아 들여지는 이론에서 크게 벗어났습니다. 처음에 팀은 오염 된 시료의 결과라고 생각했습니다. SNAP에서 새롭고 조심스럽게 다루어 진 샘플을 사용한 세 번 더 실험 결과 비정질 얼음이 형성되지 않은 구조적 변형 순서를 재확인하면서 동일한 결과를 얻었다. 관건은 낮은 압력에서 데이터가 증가하고 압력이 증가하는 속도가 느 렸기 때문에 얼음 구조가 완화되어 안정된 얼음 형태가 될 수있었습니다. 이전 실험은 이완없이 얼음 IX 구조를 신속하게 통과했으며, 이로 인해 비정질 단계가 발생했습니다. 35 년 동안 과학자들은 초 냉수의 성질을 연구하고 있으며, 고체 얼음 층 안에 묻혀있는 두 번째 임계점을 찾고 있습니다. 그러나 이러한 결과는 그 존재 자체에 의문을 제기합니다. "압력에 의한 무정형의 얼음과 물 사이의 관계는 현재 의심스럽고, 두 번째 임계점은 존재하지 않을 수도 있습니다."라고 툴크가 말했다. "이 논문의 결과 는 SNS에서 수행되는 다가오는 실험에서 무정형의 얼음 상에 대한 미래 연구의 분석의 기초가 될 것"이라고 덧붙였다. 연구팀은 공동 저자 인 Chris A. Tulk와 ORNL의 Jamie J. Molaison은 "얼음이 저온에서 압축 될 때 비정질 형태의 부재"라고 제목을 붙였다. UCLA의 Adam Makhluf와 Craig E. Manning; 캐나다의 NRC의 Dennis D. Klug.

추가 탐색 과학자는 얼음이 압축 될 때의 기본적인 과정을 설명합니다. 추가 정보 : 얼음이 저온에서 압축 될 때 무정형 형태가 없음, Nature (2019). DOI : 10.1038 / s41586-019-1204-5 , https://www.nature.com/articles/s41586-019-1204-5 저널 정보 : 자연 에 의해 제공 오크 리지 국립 연구소

https://phys.org/news/2019-05-unexpected-ice-temperature-high-pressure.html

 

 

.3 차원 종양 클러스터를 구축하는 노화 종양 세포

 

논문저자 이현규1, 논문저자 고려대 이현규 Hyun-Gyu Lee1,

June Hoan Kim 2, Woong Sun 2, Sung-Gil Chi3, WonshikChoi 1,4 & Kyoung J. Lee1 ,Scientific Reports volume 8 , 문서 번호 : 10503 ( 2018 ) | 인용문 다운로드 추상 세포 노화 (영구적 인 세포주기 정지)는 생물학적 유기체에 대한 유익한 중요성이 아직 탐구되기 시작한 공통적 인 흥미로운 현상입니다. 다른 한편으로는, 노화 세포는 그들 주위의 조직 구조를 변형시킬 수있다. 무한히 증식 할 수있는 능력을 가진 종양 세포는 그 현상으로부터 자유롭지 못합니다. 여기에 우리는 유방암 식민지의 고밀도 단일 층에있는 노화 세포가 주변에있는 비 노화 세포의 집합 센터 역할을하는 놀라운 관찰을보고합니다. 결과적으로, 노화 세포는 융합 성인 2D 종양 층에서 국소화 된 3D 세포 - 클러스터를 활발히 형성한다. 놀라운 현상을 뒷받침하는 생물 리 학적 메커니즘은 주로 유사 분열 세포 반올림, 동적 및 차동 세포 부착 및 세포 주 화성을 포함한다. 이러한 몇 가지 생물 물리학 적 요소를 통합함으로써 우리는 세포 Potts 모델을 통해 실험 관측을 재현 할 수있었습니다.

 

소개

세포 노화는 증식하는 세포가 완전한 성장 억제에 들어가고 그 체적을 극적으로 팽창시키는 (일반적으로, 2 차원 기질에서 튀긴 알 의 형태로) 생물체에서 공통적 인 현상이다 . 이 세포 상태의 근원은 강하게 연구되어왔다. 그러나 그 기본 메커니즘은 명확하지 않다. 1 , 2. 중요하게 노화 세포는 노화 관련 분비 표현형 (SASPs)으로 총체적으로 분류되는 다수의 분비물을 통해 그 이웃과 상호 작용한다. 이러한 분비 표현형은 생물에 부정적인 영향을 미치는 다양한 생물학적 과정에 관여하는 것으로 알려져있다. 예를 들어, 주위의 악성 종양 세포의 성장을 자극하는 친 염증성 사이토 카인과 케모카인이 그 중 3 개 , 4 개 입니다. 노화 세포의 축적은 또한 나이 - 관련 질환과 같은 더 많은 유기체 레벨 부작용과 연관된 5. 특히 조직 개조를 촉진 할 수도 있습니다. 예를 들어, 일부 세포 노화 따라서 암세포의 침윤 촉진 소프 주변 조직 구조를 만드는 세포 외 매트릭스 저하 프로테아제를 분비 6 , 7 , 8 . 한편, 노화 세포에 대한 유익한 효과에 대해서도 최근 논의된다. SASP는 배아 패터닝 9 , 10 및 상처 치료 11에 기여하는 단백질을 포함 합니다. 그럼에도 불구하고 이러한 조직 재생 효과가 SASP에 의해 생물 물리학 적으로 조율되는 방법의 정확한 성격은 특히 조직에 대한 개별 세포의 규모에서 많이 연구되어야합니다. 이 논문에서는 단일 클론 세포주 인 MDA-MB-231 (널리 사용되는 악성 유방암 세포주)의 시험 관내 배양을 바탕으로 초기 시딩 및 이웃 노화 방지와의 상호 작용에서 신생 세포의 출현을 신중하게 분석합니다 세포. 놀랍게도, 불멸화 된 종양 세포조차도 노화를 일으키는 것으로 나타났습니다 12 . 더 흥미 진진한 것은 노화 된 MDA-MB-231 세포가 인접한 종양 세포에 대한 인력의 중심 역할을하여 처음에 2 층 (2D) 콜로니의 단층에서 3 차원 (3D ) 세포 클러스터. 우리는 전환 이 시험 관내 에서 명확한 것으로 나타남을 본다.예를 들어 노화 세포가 조직 개질에 관여 할 수있는 사례. 또한 몇 가지 필수 메커니즘만으로 통합 된 컴퓨터 모델을 통한 관찰에 대한 경험적 설명을 제공합니다. Metropolis kinetics에서 작동하는 셀룰러 Potts 모델 (CPM)은 세포 부피의 보존, 유사 분열 세포 반올림 (결과적으로 세포 - 환경 유착의 동적 강도)과 같은 생물 물리학 적 과정을 재현하는 것을 목표로하며, 세포의 주 화성 운동. 실험 결과 MDA-MB-231 세포 배양 물 (처음에는 직경 2mm의 디스크 영역에 균일하게 도금 된 합류 단일 층 (confluent mono layer),도 1a 참조, 방법에 대한 자세한 내용 참조)은 다수의 노화 세포가 전체 집단으로 무작위로 출현한다 시간이 지남에 따라 증가한다 (그림 1b ). 그들은 '튀긴 계란'형태로 쉽게 식별 할 수 있습니다 (그림 1c ). 노화 된 상태로 들어가는 세포의 몸체는 꽤 합류하는 인구 내에서도 거대한 지역을 차지하기 위해 며칠 동안 측면으로 팽창합니다 (그림 1c ). 완전히 개발 노화 세포의 점유 면적이 현저하게 다른 하나에서 다를 수 있지만, 일반적으로 1.4 × 10 종종 크고 매우 큰 수 5  μ m (2) (도. 참조 1D를) - 전형적인 비 노화 세포보다 약 3 배 더 크다. 반면에 노화 세포의 몸은 ~ 2 μ m 만큼 얇  습니다 (그림 1e 의 두 측면보기 참조 ). 신체는 f-actin의 조밀 한 네트워크에 의해 구조적으로 잘 유지됩니다 (그림 1e 의 상단 그림 참조 ). 세포가 갑자기 파열되어 대사 과정을 끝낼 때까지 끊임없는 시공간 파동이 몸 전체에 나타나며 핵쪽으로 향하게됩니다.

https://www.nature.com/articles/s41598-018-28963-0

https://www.nature.com/articles/s41598-018-28963-0.pdf