최정모의 논문 소개

베이커 선생은 지구 정복이 꿈인가 보다. 이제 심지어 바이러스의 프로토타입을 만드는 데까지 성공! 짤막하게 초록을 번역하고 조립체가 어떻게 조립되는지 보여주는 그림 1B를 첨부한다.

스스로의 RNA 유전체를 포함할 수 있는 설계된 단백질 조립체의 진화

https://doi.org/10.1038/nature25157

초록

복잡한 생화학 환경 속에서 진화하기 위해 겪는 어려움으로는 유전자형과 표현형을 연결하는 문제와 유전 물질을 보호하는 문제가 있는데, 생체 시스템들은 핵산을 단단히 포장함으로써 이 문제들을 우아하게 풀어낸다. 가장 간단한 예로서, 바이러스는 껍질 단백질(capsid)로 자신들의 유전체를 싼다. 비록 자연에 존재하는 이러한 시스템을 변형하여 친화성(tropism)을 바꾸거나 특정 단백질 및 펩타이드를 만들게 하는 연구들이 진행되기는 했으나, 모듈성을 포기하고 효율성을 추구해 온 수십억 년의 진화로 인해 바이러스 껍질 단백질을 고친다는 것은 쉽지 않다. 바이러스에서 기인하지 않은 단백질로 만들어진 합성 시스템은, 바이러스와 연관된 안전상의 위험 및 조작의 어려움을 피하는 한편, 약물 전달 및 다른 생체의학 응용 분야에 필요한 성질을 진화시키는 '빈 서판'을 제공할 수 있다. 이 연구에서 우리는 20면체 단백질 조립체이자 내부 막이 양전하를 띠어 자신의 전체 mRNA 유전체를 포장할 수 있는 핵 껍질 단백질(nucleocapsid)을 계산으로 설계하고 합성하였다. 우리는 이 핵 껍질 단백질이 바이러스와 유사한 성질을 진화로 얻을 수 있는지 확인하기 위해 대장균을 발현 숙주로 삼아 다양한 개체군을 만들었다. 몇 세대 진화를 시키자, 유전체 포장 효율(133배 이상), 혈액 속의 안정성(주사 후 6시간 뒤에 포장된 RNA가 살아남은 비율이 3.7% 미만에서 71%로), 체내(in vivo) 순환 시간(5분 미만에서 약 4.5 시간으로)이 눈에 띄게 향상되었다. 진화의 결과로 만들어진 합성 핵 껍질 단백질은 11개의 20면체 조립체 당 하나 꼴로 전체 RNA 유전체를 포함하는데, 이 비율은 재조합 아데노 부속 바이러스(adeno-associated virus) 벡터의 최고 기록과 유사하다. 이 결과는 단백질 조립체가 바이러스와 유사한 유전체 포장 및 보호 능력을 획득할 수 있는 단순한 진화 경로가 존재함을 보여준다. 그간 약물 전달 및 백신에의 응용을 위해 더 안전하고 효율적으로 바이러스를 조작하기 위한 '하향성' 접근법에 많은 노력을 들여 왔지만, 계산을 통해 합성 나노물질을 설계하고 진화를 통해 그들을 최적화할 수 있는 기법의 개발로 이제 프로그램성과 조작성에 많은 장점이 있는, 이에 보완적인 '상향성' 접근법이 가능해졌다.

<네이처>는 오랜만이네. 언어와 진화라니, 내가 좋아하는 두 주제가 다 있다! 그런데 이걸 생물학 카테고리에 넣어야 하나;;;

/* 시작하기 전에 번역에 대해 한 마디 하자면, drift는 목적 없이 떠다닌다는 의미로 일상 용어로는 부유(浮遊) 혹은 표류로 번역되는데, 유독 진화생물학에서는 genetic drift를 "유전자 부동(浮動)"이라고 번역한다. 아마도 일본어의 영향[1]으로 보이는데, 우리말로는 움직이지 않는다는 不動과 헷갈릴 소지가 있어서 별로 바람직한 번역어는 아니라고 생각한다. 더 나은 번역은 "유전적 표류" 정도가 될 것이다. 오늘 초록에서는 "drift"라는 단어가 두 가지 용법으로 쓰이는데, "genetic drift"는 기존의 번역어를 존중하여 "유전자 부동"으로 번역했지만, "stochastic drift"는 "확률 표류"로 번역했다. */

언어 변화의 진화적 동력들을 검출하다

https://doi.org/10.1038/nature24455

초록

언어와 유전자는 모두 그 형태를 복제할 때 변이될 가능성을 안고 세대를 거쳐 전파되면서 진화한다. 유전자 빈도수가 자연 선택이 일어나지 않는 상황에서도 유전자 부동에 의해 임의로 변화한다는 이해는 진화생물학의 주요한 진보였다. 확률 표류는 언어적 형태가 화자 사이에서 복제될 때 나타나는 임의성을 고려하면 언어에서도 일어나야 한다. 이 연구에서 우리는 언어 진화에서 선택에 대한 확률 표류의 크기를 정량화하였다. 우리는 12세기에서 21세기에 만들어진 텍스트에 주석을 달아 분류한 큰 말뭉치에서 뽑아낸 시계열 데이터를 이용하여 영어의 유명한 문법적 변화 세 가지, 즉 과거형 동사의 규칙화, 우언법(迂言法) 'do'의 도입, 동사 부정법의 변천을 분석하였다. 어떤 경우에는 선택이 확률 표류를 압도하는 것으로 나왔지만 다른 경우에는 그렇지 않았다. 구체적으로, 일부 과거형 동사에 대해서는 불규칙 형태에 대한 선택을 관찰할 수 있었고, 이는 아마도 시간에 따라 운율 양식의 선호도가 변화했기 때문으로 보인다. 우리는 흔히 쓰이지 않는 단어들에 대해서는 확률 표류가 더 강력함을 보였고, 이로써 왜 흔히 쓰이지 않는 단어들이 자주 쓰이는 단어들에 비해 더 잘 대체되는지를 설명할 수 있을 것이다. 이 연구는 언어 변화의 선택 이론을 영 모형(null model)에 대해 시험하는 방법론을 제시하며, 언어 진화에 있어 그간 잘 인지되지 않던 확률성의 역할을 드러낸다.