구글이 '최고'라고 주장하면서 컴퓨팅의 비약적 발전
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.웜홀을 발견하는 방법 (있는 경우)
버팔로 대학교 샬럿 휴 예술가의 개념은 초 거대 블랙홀을 보여줍니다. 새로운 이론적 연구는 초 거대 블랙홀의 배경에서 웜홀 (추론 적 현상)을 찾는 데 사용될 수있는 방법을 간략하게 설명합니다. 크레딧 : NASA / JPL-Caltech, 2019 년 10 월 23 일
새로운 연구는 공상 과학 팬의 상상력을 오랫동안 포착 한 투기 현상을 탐지하는 방법을 설명합니다. 그러한 경로는 우주의 한 영역을 우주의 다른 시간 및 / 또는 장소, 또는 다른 우주에 연결시킬 수 있습니다. 웜홀의 존재 여부는 논쟁의 여지가 있습니다. 그러나 10 월 10 일에 Physical Review D 에 발표 된 논문 에서 물리학 자들은 이러한 다리를 탐지하는 기술을 설명합니다. 이 방법은 은하계 중심의 초 거대 블랙홀 인 것으로 생각되는 궁수 자리 A * 주변 의 벌레 구멍 을 발견하는 데 중점을 둡니다 . 웜홀에 대한 증거는 없지만 웜홀은 초 거대 블랙홀에 존재하는 것과 같은 극단적 인 중력 조건이 필요할 것으로 예상되므로 웜홀을 찾는 것이 좋습니다. 새로운 논문에서 과학자들은 궁수 자리 A *에 웜홀이 존재하면 근처의 별 들이 통로의 다른 쪽 끝에있는 별들의 중력에 영향을받을 것이라고 썼다 . 결과적으로, 궁수 자리 A * 근처의 별의 예상 궤도에서 작은 편차를 검색하여 웜홀의 존재를 감지 할 수 있습니다. Dejan Stojkovic 박사는“벌레 구멍의 양쪽에 하나씩 두 개의 별이 있다면, 우리 쪽의 별은 다른쪽에있는 별의 중력 영향을 느끼게된다. 중력 플럭스는 벌레 구멍을 통과 할 것이다. D., 버팔로 예술 과학 대학의 우주 론자이자 물리 교수. "궁수 자리 A * 주위에 별의 예상 궤도를 매핑하면 반대쪽에 별이있는 웜홀이있는 경우 해당 궤도와의 편차를 볼 수 있습니다." 스토 코비 치는 중국 양저우 대학의 첫 저자 인 De-Chang Dai 박사와 Case Western Reserve University와 함께 연구를 수행했습니다. 별 궤도 궁수 자리 A * 인 S2 자세히 살펴보기 스토이코비치 (Stojkovic)는 웜홀이 발견되면 공상 과학이 종종 상상하는 종류가되지 않을 것이라고 지적했다. "웜홀을 통과 할 수 있더라도 사람과 우주선은지나 가지 않을 것"이라고 그는 말했다. "실제로, 웜홀을 열어 두려면 부정적인 에너지 원이 필요할 것입니다. 우리는 그 방법을 모릅니다. 안정적인 거대한 웜홀을 만들려면 약간의 마법이 필요합니다." 그럼에도 불구하고, 통과 할 수 있거나없는 웜홀은 흥미로운 이론적 현상입니다. 이러한 통로가 존재한다는 실험적 증거는 없지만 이론에 따르면 가능합니다. 스토이코비치 (Stojkovic)가 설명 하듯이 웜홀은 "아인슈타인 방정식에 대한 합법적 인 해결책"입니다. Physical Review D 의 연구는 천문학 자들이 궁수 자리 A *의 궤도를 돌고있는 별인 S2의 경로에서 섭동을 찾아 과학자들이 어떻게 웜홀을 사냥 할 수 있는지에 초점을 맞추고 있습니다. 현재의 감시 기술은 아직 웜홀의 존재를 밝힐만큼 정확하지는 않지만, Stojkovic는 S2에 대한 데이터를 장기간 수집하거나 움직임을보다 정확하게 추적하는 기술을 개발하면 그러한 결정이 가능할 것이라고 말합니다. 그는 이러한 발전이 그리 멀지 않았으며, 1-2 년 안에 일어날 수 있다고 말했다. 그러나 Stojkovic는 웜홀이있는 경우 새로운 방법을 사용하여 웜홀을 탐지 할 수 있지만 웜홀이 존재한다는 것을 엄격하게 증명하지는 않습니다. "우리가 관측에 필요한 정밀도에 도달했을 때, 우리는 S2의 궤도에서 섭동을 감지하면 웜홀이 가장 가능성있는 설명이라고 말할 수있다"고 그는 말했다. "그러나 우리는 '그렇습니다. 이것은 분명히 웜홀입니다.' 이 별의 움직임을 혼란스럽게하는 다른 설명이있을 수 있습니다. " 이 논문은 통과 가능한 웜홀에 중점을두고 있지만,이 기술의 개요는 통과 가능한 또는 비 이동 가능한 웜홀의 존재를 나타낼 수 있다고 Stojkovic는 말합니다. 중력은 시공간의 곡률이기 때문에 물체가 통과 할 수 있는지 여부에 관계없이 중력의 영향이 웜홀의 양쪽에서 느껴진다 고 설명합니다.
더 탐색 벌레 구멍을 통한 여행은 가능하지만 느리다 추가 정보 : De-Chang Dai et al., 웜홀 관찰, Physical Review D (2019). DOI : 10.1103 / PhysRevD.100.083513 저널 정보 : 신체적 검토 D 버팔로 대학에서 제공
https://phys.org/news/2019-10-wormhole.html
.새로운 프로그래밍 기능을 제공하는 사전 프로그래밍된 미세 유체 시스템
에 의해 노스 웨스턴 대학 이 회로도에서 물결 선은 단일 미세 유체 채널을 통한 유체 흐름의 컴퓨터 시뮬레이션을 나타냅니다. 유체는 장애물 주위로 흐르며 여기에서 파란색 원통형 기둥으로 표시됩니다. 이 장애물 주위의 흐름은 소용돌이와 같은 반점과 같이 소용돌이를 만듭니다. 이러한 와류는 유체가 더 큰 미세 유체 네트워크 내에서 재 라우팅되고 전환 될 수 있도록 흐름에 영향을 미칩니다. 크레딧 : Northwestern University, 2019 년 10 월 23 일
미세 유체 시스템은 의학, 에너지, 전자 및 우주 탐사에 혁명을 일으킬 수있는 힘을 가지고 있습니다. 그러나 이러한 1/4 크기의 장치를 제어하는 데 필요한 외부 장비의 크기는 휴대용 착용 형 기술에서의 사용을 제한했습니다. 현재 노스 웨스턴 대학의 연구자들은 미세 유체 학을 진정한 잠재력에 가깝게 밀고 있습니다. 최근 연구에서 연구원들은 유체가 마이크로 파이프를 통해 흐르고 혼합되는 방식을 제어하는 방식으로 장치의 네트워크 구조 를 사전 프로그래밍하는 방법을 발견했습니다 . 결과? 외부 부품에 의존하지 않고 컴퓨터 칩처럼 작동하는 똑똑하게 설계된 미세 유체 시스템 을 향한 발걸음 입니다. 이번 연구의 수석 저자 인 노스 웨스턴 (Northwestern)의 Adilson Motter는“현재 미세 유체 기술은 종종 1/4 크기의 장비를 작동시키기 위해 장비로 가득 찬 데스크탑을 필요로한다. "우리는 외부 시스템이 제공하는 제어 기능을 장치의 구조에 적용했습니다." 이 연구는 Nature 저널에 오늘 (10 월 23 일) 출판되었다 . Motter는 노스 웨스턴 와인버그 예술 과학 대학의 물리학 교수 인 Charles E.와 Emma H. Morrison입니다. Motter 실험실의 대학원생 인 Daniel Case가이 논문의 첫 번째 저자입니다. 노스 웨스턴 팀은 세인트 루이스 대학교와 프랑스 노르망디 대학교의 협력자들과 함께 일했습니다. 미세 유체 시스템은 파이프 네트워크 에 의해 형성된 소형화 된 화학 실험실로, 각각은 머리카락의 폭입니다. 이 장치는 소규모 실험 수행에서 복잡한 의료 진단, 약물 전달 및 건강 모니터링 수행에 이르기까지 다양한 응용 분야에 사용할 수 있습니다. 문제는 복잡한 테스트와 실험을 수행하기 위해 이러한 작은 네트워크 내에서 여러 유체가 방향을 흐르고 혼합, 반응, 분리 및 전환해야한다는 것입니다. 각 활동에는 압력 펌프가 필요하며 각 펌프는 외부 장치에 의해 제어됩니다. 연구진은 지난 수십 년 동안 외부 장비 없이도 이러한 네트워크를 통해 유체를 자율적으로 이동 시키려고 시도했지만 실패한 경우가 많았습니다. "장치를 포장하여 우주 로버에 장착 할 수 있다고 상상해보십시오." "화성에 대한 화학 분석을 수행 할 수 있습니다. 그러나이 모든 외부 장비를 필요로하는 부담은 실제로 그 가능성을 제한합니다." Motter, Case 및 협력 업체는 최종적으로 모든 혼합 시퀀스가 사전 프로그래밍 된 미세 유체 네트워크를 설계했습니다. 설계 상 전용 장비 대신 하나의 가압력이 네트워크 내 유체를 제어합니다. 필요한 압력의 양과 압력이 적용되는 위치를 설계함으로써 연구자들은 유체 가 네트워크를 통해 어떻게 흐르는 지 미리 결정했습니다 . 팀은 또한 시스템에서 머리카락과 같은 채널 중 하나를 제거 하여 유체의 유량을 증가 시켰습니다. 사례는이를 교통 네트워크에서 도로를 제거하면 교통 흐름이 개선 될 수 있다는 유명한 수학적 관측치 인 Braess의 역설에 비유됩니다. "이러한 네트워크에는 연결된 여러 파이프의 유체 흐름이 있습니다"라고 Case는 말했습니다. "접합점에서 유체가 서로 충돌하고 이러한 충돌로 인해 비 효율성이 발생하므로 네트워크의 연결로 인해 지역화 된 혼잡 지역이 발생합니다. 이러한 연결을 생성하는 채널을 제거하면 충돌 지점도 제거됩니다."
더 탐색 화학 반응을위한 점성 유체의 혼합 향상 추가 정보 : 미세 유체 네트워크에서 Braess의 역설과 프로그램 가능한 행동, Nature (2019). DOI : 10.1038 / s41586-019-1701-6 , https://nature.com/articles/s41586-019-1701-6 저널 정보 : 자연 노스 웨스턴 대학교 제공
https://phys.org/news/2019-10-pre-programmed-microfluidic-capabilities.html
.자연에서 가장 거친 재료의 신비를 깨 뜨리다
에 의한 미시간 대학 매우 변형되고 회복 된 진주층. 이매패 류 연체 동물 P. nobilis의 내부 껍질 표면의 개략도, 조사 된 영역이 자주색 사각형으로 표시됨. b 압축 전 nacre 정제의 단면 인터페이스에 대한 HAADF STEM 개요 이미지. c 압축 전 두 태블릿 및 유기 인터페이스의 고해상도 STEM 이미지. d 정제는 40 µN 압축 하중 하에서 밀접하게 연동되었습니다. e 들여 쓰기가 취소 된 후 태블릿과 유기 인터페이스가 초기 형태를 완전히 복구했습니다. 삽입 된 부분은 정제의 변형으로 인한 유기 개재물의 이동 및 압축 하중을 제거한 후의 완전한 회복을 보여준다. 크레딧 : Nature Communications (2019). DOI : 10.1038 / s41467-019-12743-z, 2019 년 10 월 23 일
홍합과 다른 연체 동물 껍질의 내부를 감싸는 무지개로 깎은 물질 인 Nacre는 자연에서 가장 거친 물질로 알려져 있습니다. 이제 미시간 대학교가 이끄는 연구팀이 정확히 어떻게 작동하는지 밝혀 냈습니다. 진주와 마더로 알려진 나 크레 의 경도와 탄력성의 조합은 80 년 이상 과학자들을 미스터리하게 만들었습니다. 인간이 그것을 모방 할 수 있다면, 구조물, 외과 용 임플란트 및 수많은 다른 응용 분야를위한 차세대 초강력 합성 물질로 이어질 수 있습니다. "우리는 극한의 열과 압력과 같은 비 천연 환경을 사용하여 더 단단한 재료를 만들 수 있습니다. 그러나 연체 동물이 달성 한 종류의 나노 엔지니어링을 재현 할 수는 없습니다. 두 가지 접근 방식을 결합하면 화려한 차세대 재료로 이어질 수 있습니다. 이 논문은 그러한 방향으로 나아가는 단계입니다. "재료 과학 및 공학의 UM 조교수 인 Robert Hovden은 말했다. 연구원들은 수십 년 동안 nacre의 비밀의 기초를 알고있었습니다. 그것은 유기 물질 로 만들어진 "박격포"와 함께 묶인 aragonite라고 불리는 미네랄의 미세한 "브릭"으로 만들어졌습니다 . 이 벽돌과 박격포 배열은 분명히 힘을 빌려 주지만, 진주층은 재료가 제안한 것보다 훨씬 강합니다. UM 재료 과학 대학원 연구 조교 김지석과 호주 맥쿼리 대학 등의 지구 화학자들을 포함한 Hovden의 팀은 미스터리를 깨기 위해 함께 일했다. UM의 미시간 소재 특성 분석 센터 (Michigan Center for Materials Characterization)에서 연구진은 작은 압전 마이크로 인 덴서를 사용하여 전자 현미경을 사용하는 동안 일반적으로 귀족 펜 껍질로 알려진 Pinna nobilis의 껍질에 힘을가했습니다. 그들은 실시간으로 일어난 일을 보았습니다. 그들은 "브릭 (bricks)"이 실제로 수백 나노 미터 크기의다면 정제라는 것을 발견했다. 일반적으로, 이들 정제는 분리 된 상태로 유지되며, 층으로 배열되고 유기 "박격포" 의 얇은 층 에 의해 완충된다 . 그러나 껍질에 스트레스가 가해지면 "모르타르"가 막히고 정제가 함께 잠기 게되어 본질적으로 단단한 표면이됩니다. 힘이 제거되면 구조 는 힘이나 탄력성을 잃지 않고 튕겨 나옵니다. 이 탄력성은 가장 진보 된 인간이 디자인 한 재료와도 차별화됩니다. 예를 들어, 플라스틱은 충격으로 인해 튕겨 나올 수 있지만 매번 강도가 약간 떨어집니다. Nacre는 항복 강도의 최대 80 %에서 반복 충격에 대한 탄력성을 잃지 않았습니다. 또한 균열이 형성되면 nacre는 균열을 퍼 뜨리지 않고 단일 층으로 제한하여 껍질의 구조를 그대로 유지합니다. Hovden은“가장 지능적인 생물이 아닌 연체 동물이 많은 규모로 수많은 구조물을 제작하고 있다는 것은 놀라운 일이다. "이것은 탄산 칼슘의 개별 분자를 제조하여 유기 물질과 함께 접착 된 나노 층의 시트로 배열하며, 껍질의 구조까지 모든 다른 물질과 결합 된 쉘 구조에 이르기까지 다양합니다." Hovden은 인간이 홍합의 방법을 사용하여 오늘날 사용 가능한 것보다 극도로 가볍고 강한 나노 공학 복합 표면을 만들 수 있다고 생각합니다. "자연은 우리에게 수백만 년 동안 진화 된이 고도로 최적화 된 구조물을 우리에게 건네주고있다"고 그는 말했다. "우리는 이러한 것들을 생각 해낼 수있는 충분한 컴퓨터 시뮬레이션을 실행할 수 없었습니다. 그것들은 우리가 발견 할 수있는 것입니다." 이 연구는 Nature Communications에 발표되었다 .
더 탐색 재료 과학자들은 진주의 어머니가 어떻게 만들어 지는지를 배웁니다. 더 많은 정보 : Jiseok Gim et al, Nanoscale 변형 역학은 Pinna nobilis shell, Nature Communications (2019)의 진주층에서 탄력성을 나타냅니다 . DOI : 10.1038 / s41467-019-12743-z 저널 정보 : Nature Communications 에 의해 제공 미시간 대학
https://phys.org/news/2019-10-mystery-nature-toughest-material.html
.구글이 '최고'라고 주장하면서 컴퓨팅의 비약적 발전
패트릭 갈리 사진 크레디트 안에 Sycamore가 포함 된 Google의 양자 최고 극저온 온도 : Eric Lucero / Google, Inc.2019 년 10 월 23 일
과학자들은 수요일에 "가장 우위"로 알려진 세계에서 가장 빠른 슈퍼 컴퓨터보다 훨씬 뛰어난 신세대 컴퓨터 성능을 달성하는 거의 신화적인 컴퓨팅 상태를 달성했다고 주장했다. 구글의 시카 모어 (Sycamore) 머신 전문가 팀은 양자 시스템이 200 초 만에 계산을 실행했으며,이 작업은 클래식 컴퓨터를 완성하는데 10,000 년이 걸렸다 고 말했다. IBM의 경쟁 팀은 이미 그들의 주장에 대해 회의론을 표명했습니다. 그러나 검증되고 활용된다면 Google 기기는 초당 수천 조의 계산을 수행 할 수있는 세계에서 가장 강력한 슈퍼 컴퓨터조차도 2000 년대 초반 플립 폰처럼 보이게 만들 수 있습니다. 일반 컴퓨터는 심지어 가장 빠른 이진 방식으로 작동합니다. 1 또는 0에 불과한 비트로 알려진 작은 데이터 조각을 사용하여 작업을 수행합니다. 그러나 qubits라고하는 양자 컴퓨터의 데이터 조각은 동시에 1과 0이 될 수 있습니다. 중첩이라고 알려진이 속성은 여러 큐 비트로 구성된 양자 컴퓨터가 엄청난 수의 잠재적 결과를 동시에 처리 할 수 있음을 의미합니다. 이 컴퓨터는 "얽힘"이라는 현상을 포함하여 양자 역학의 가장 눈에 띄는 측면을 활용합니다. 한 쌍의 비트의 두 구성원이 멀리 떨어져 있더라도 단일 상태로 존재할 수 있습니다. 따라서 추가 큐 비트를 추가하면 처리 능력이 기하 급수적으로 향상됩니다. Nature에 발표 된 연구에서 국제 팀은 격자 패턴으로 상호 연결된 54 큐 비트로 구성된 Sycamore 양자 프로세서를 설계했습니다. 그들은 기계를 사용하여 난수 생성과 관련된 작업을 수행하여 겉보기에 임의의 그림 스풀 중 패턴을 식별했습니다. 불과 몇 밀리미터에 불과한 Sycamore는 200 초 내에이 문제를 해결했습니다. 즉, 일반 컴퓨터에서 10,000 년이 걸리는 프로세스, 즉 수억 배나 빨라집니다. 구글의 선다 피 차이 (Sundar Pichai) CEO는 컴퓨팅의 바다 변화로 그 결과를 환영했다. "과학과 기술 분야에서 일하는 사람들에게는 우리가 기다려온 '안녕하세요'순간입니다. 양자 컴퓨팅을 현실로 만들기위한 가장 의미있는 이정표"라고 블로그 게시물에 썼습니다. 구글 AI와 연구 저자 인 존 마티니 스 (John Martinis)는 동료들에게 그들의 발견에 대해“우리가 이야기를 시작할 수 있다는 사실에 흥분했다”고 말했다. "물리학은 옳았다 ... 물리학 자들은 이것이 효과가 있다고 생각하고 양자 물리학에 대한 믿음을 가졌다 ... 그리고 기술 회사들은 이제이 기술이 생각했던 것보다 훨씬 더 가깝다는 것을 알게 될 것이다." 그렇게 빠르지 않습니까? 동료 Sergio Boixo는이 발견을 "마음 부는"것으로 묘사했습니다. 그러나 양자 우위에 대한 탐구는 아직 끝나지 않았다. 저자들은 양자의 힘을 진정으로 활용하기 위해 더 나은 하드웨어와보다 정교한 모니터링 기술의 필요성을 인정합니다. 양자 컴퓨팅의 일부 즉각적인 응용 프로그램은 암호화 소프트웨어와 AI에있을 수 있지만, 계산으로 인해 더 효율적인 태양 전지판, 약물 설계, 더 똑똑하고 더 나은 재무 거래로 이어질 수 있습니다. 수요일 발표는 논쟁의 여지가 없었다. 지난달 구글 랩 논문의 유출 된 초안이 온라인에 나온 후, 자체 양자 컴퓨팅 프로그램을 운영하는 칩 제조업체 IBM은 시카 모어 컴퓨터의 업적을 과장했다고 밝혔다. 일반적인 슈퍼 컴퓨터가 Sycamore의 성능과 일치하는 데 10,000 년이 아니라 IBM 과학자들은 가장 정교한 기존 프로세서를 사용하는 데 2 년 반이 더 걸릴 것이라고 주장했습니다. " '양자 우선권'이라는 용어의 원래 의미는 양자 컴퓨터가 기존 컴퓨터로는 할 수 없었던 일을 할 수있는 지점을 설명하는 것이었기 때문에이 임계 값은 충족되지 않았습니다."라고 그들의 블로그에 썼습니다 .
더 탐색 과학자들이 최근에 주장한 양자 컴퓨팅 이정표에 대해 왜 그렇게 흥분합니까? 추가 정보 : 프로그래밍 가능한 초전도 프로세서 인 Nature (2019)를 사용한 양자 우위 . DOI : 10.1038 / s41586-019-1666-5 , https://nature.com/articles/s41586-019-1666-5
https://phys.org/news/2019-10-quantum-scientists-supremacy.html
.음, 꼬리가 보인다
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
Park Soo-jin is a meteorologist. She is Lee Hyun Kyu's friend of the same age.
.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
https://scitechdaily.com/harvard-scientist-connects-the-dots-in-fin-to-limb-evolution/ https://phys.org/news/2019-09-black-hole-center-galaxy-hungrier.html https://phys.org/news/2019-09-programmable-swarmbots-flexible-biological-tools.html https://phys.org/news/2019-10-hard-ceramic-tough-steel-newly.html
.생물 학자들은 기존 분자와의 누화를 피하는 단백질을 만듭니다
매사추세츠 공과 대학 Anne Trafton MIT 연구자들은 서로 상호 작용하지 않거나 박테리아 세포에서 발견되는 자연 발생 신호 단백질과 많은 신호 단백질 쌍을 생성하는 방법을 발견했습니다. 크레딧 : Massachusetts Institute of Technology.2019 년 10 월 23 일
살아있는 세포 내에서, 많은 중요한 메시지는 단백질 간의 상호 작용을 통해 전달됩니다. 이러한 신호를 정확하게 전달하려면 각 단백질이 특정 파트너와 만 상호 작용해야하며 유사한 단백질과의 원치 않는 누화를 피해야합니다. 새로운 MIT 연구는 세포가 어떻게이 단백질들 사이의 누화를 막을 수 있는지에 대해 밝히고 있으며, 세포가 신호 전달에 사용하지 않은 수많은 단백질 상호 작용이 여전히 남아 있음을 보여줍니다. 이는 합성 생물 학자들이 세포의 기존 신호 경로를 방해하지 않으면 서 질병 진단과 같은 응용을위한 인공 회로로 작용할 수있는 새로운 단백질 쌍을 생성 할 수 있음을 의미합니다. MIT 대학원생이자 수석 저자 인 Conor McClune은“우리의 고 처리량 접근 방식을 사용하면 특정 상호 작용의 여러 직교 버전을 생성하여 해당 단백질 복합체의 여러 가지 절연 된 버전을 만들 수 있습니다”라고 말합니다. 연구. 오늘날 Nature에 등장하는 새로운 논문 에서 연구자들은 새로운 신호 단백질 쌍 을 생산하고 특정 식물 호르몬과 마주 친 후 노란색 형광을 생성하는 E. coli 세포를 공학적으로 처리하여 새로운 신호를 새로운 출력에 연결하는 방법을 시연 했다. MIT 생물학 교수 마이클 랍 (Michael Laub)은이 연구의 선임 저자이다. 다른 저자로는 최근 MIT 졸업자 인 Aurora Alvarez-Buylla와 Daniel IC Wang의 Advanced Biotechnology 교수 인 Christopher Voigt가 있습니다. 새로운 조합 이 연구에서 연구원들은 박테리아와 다른 유기체에서 발견되는 2- 성분 신호 전달이라는 신호 경로에 중점을 두었습니다. 세포가 이미 가지고있는 단백질을 신호하기 위해 유전자를 복제 한 다음 돌연변이시켜 유사한 단백질의 패밀리를 만드는 과정을 통해 다양한 2 성분 경로가 진화 해왔다. 로브 교수는“유기체가이 소수의 신호 전달 패밀리를 상당히 극적으로 확장 할 수 있다는 것은 본질적으로 유리하지만, 매우 유사한 시스템들 사이에서 누화를 일으킬 위험이있다”고 말했다. "그러면 셀에 대한 흥미로운 도전이된다. 정보 흐름의 충실도를 유지하는 방법과 특정 입력을 특정 출력에 어떻게 결합 하는가?" 이들 신호 전달 쌍의 대부분은 키나제 라 불리는 효소 및 이의 기질로 이루어지며, 이는 키나제에 의해 활성화된다. 박테리아는 다른 신호를 전달하는 수십 또는 수백 개의 단백질 쌍을 가질 수 있습니다. 약 10 년 전, Laub는 박테리아 키나아제와 이들의 기질 사이의 특이성이 각각의 파트너 단백질에서 단지 5 개의 아미노산에 의해 결정됨을 보여 주었다. 이로 인해 기존 경로를 방해하지 않는 가능한 모든 고유 한 조합이 모두 세포가 이미 소모되었는지 또는 거의 소모되는지에 대한 의문이 제기되었습니다. 다른 실험실의 일부 이전 연구에 따르면 서로 방해하지 않는 가능한 상호 작용 수가 부족할 수는 있지만 그 증거는 확정적이지 않았습니다. MIT 연구자들은 PhoQ와 PhoP로 알려진 기존의 대장균 신호 단백질 한 쌍으로 시작한 체계적인 접근 방식을 채택하기로 결정한 후 특이성을 결정하는 지역에 돌연변이를 도입했습니다. 이로써 10,000 쌍 이상의 단백질이 생성되었다. 연구진은 각 키나제를 테스트하여 기질을 활성화하는지 확인하고 서로 상호 작용하지만 모 단백질, 다른 신규 쌍 또는 E 에서 발견 된 다른 유형의 키나제-기질 패밀리와 상호 작용하지 않는 약 200 쌍을 확인했습니다 . 대장균 . Laub 박사는“우리가 발견 한 것은 두 단백질이 상호 작용하여 신호를 변환하고 세포 내부의 다른 어떤 것과도 대화하지 않는 작동하는 조합을 찾기가 매우 쉽다는 점이다. 그는 현재 많은 다른 조합이 자연적으로 진화하지 않았지만 세포가 특정 단백질 쌍을 사용하게 한 진화 이력을 재구성하려고 시도하고있다. 합성 회로 이 연구는 또한 다른 세포 단백질과 혼선을 일으키지 않는 단백질 쌍을 기반으로 새로운 합성 생물학 회로를 만드는 새로운 전략을 제공한다고 연구원들은 말했다. 그 가능성을 입증하기 위해, 그들은 새로운 단백질 쌍 중 하나를 취하여 키나제를 변형시켜 트랜스-제 아틴 (trans-zeatin)이라는 식물 호르몬에 의해 활성화되고, 키나제가 활성화 할 때 기질이 노랗게 빛나도록 기질을 조작했습니다. Voigt는“이것은 우리가 합성 회로를 세포에 넣는 문제 중 하나를 극복 할 수 있다는 것을 보여준다. "종간 센서 또는 회로를 이동하려고 할 때 가장 큰 문제 중 하나는 이미 존재하는 경로를 방해한다는 것입니다." 이 새로운 접근법에 대한 한 가지 가능한 응용은 다른 미생물의 존재를 감지하는 회로를 설계하는 것입니다. 이러한 회로는 전염병을 진단하는 데 도움이되는 생균제 박테리아를 만드는 데 유용 할 수 있습니다. 인간 세포에 사용하기에 적합하다면,이 접근법은 연구자들이 인간 T 세포를 프로그래밍하여 암 세포를 파괴하는 새로운 방법을 설계하는 데 도움이 될 수 있습니다. CAR-T 세포 요법으로 알려진 이러한 유형의 요법은 일부 혈액 암을 치료하도록 승인되었으며 다른 암을 위해 개발되고있다. 관련된 신호 전달 단백질이이 연구에서 사용 된 것과 다르더라도, "치료법이 우리의 조작 된 단백질 세트를 가지고 새로운 게놈 환경에 넣을 수있는 능력에 의존하고 이들이 간섭하지 않기를 희망한다는 동일한 원칙이 적용된다" 이미의 경로와 세포 , "매클 룬는 말한다.
더 탐색 폐의 종양 성장 뒤에 단백질 네트워크의 대규모 매핑 자세한 정보 : 공학 직교 신호 전달 경로는 시퀀스 공간의 희소 한 점유, Nature (2019)를 보여줍니다. DOI : 10.1038 / s41586-019-1639-8 , https://nature.com/articles/s41586-019-1639-8 저널 정보 : 자연 매사추세츠 공과 대학 제공
https://phys.org/news/2019-10-biologists-proteins-crosstalk-molecules.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
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