Mecanica cuantică este știința care explică modul în care funcționează universul la o scară mai mică decât a atomilor. Un studiu recent explică modul în care aceasta poate ajuta la explicarea mutațiilor genetice care apar spontan în ADN.
Mutațiile genetice sunt modificări ale ADN-ului unui organism care pot rezulta din erori făcute în timpul diviziunii celulare, infecții virale sau expunerea la radiații și agenți cancerigeni. Acestea pot avea consecințe grave asupra sănătății în întreaga lume, provocând inclusiv malformații congenitale și cancer, însă acestea sunt cauzate de o rețea complexă de factori. Acum, într-un studiu inovator, interdisciplinar, un grup de specialiști în biologie cuantică a aplicat modelarea fizică teoretică la replicarea ADN-ului pentru a descoperi unele dintre mecanisme la nivel atomic.
În noul studiu cercetătorii demonstrează faptul că un fenomen cuantic numit tunel de protoni poate provoca mutații punctuale, permițând protonilor încărcați pozitiv din ADN să sară dintr-un loc în altul. Tunelul de proton reprezintă dispariția instantanee a unui proton dintr-un loc și apariția acestuia într-un loc din apropiere, peste o barieră. Protonii sunt de 2000 de ori mai mari decât un electron, deci au o probabilitate mult mai mică de apariție, mai ales dacă lățimea barierei de potențial este redusă.
Aceast fenomen, la rândul său, poate schimba subtil punțile de hidrogen care leagă cele două părți ale dublei helix a ADN-ului, ceea ce poate duce la erori atunci când este timpul ca ADN-ul să se multiplice.
În cazul mutațiilor genetice, echipa de cercetători a descoperit că protonii, particulele subatomice implicate în legarea ADN-ului, se îndreaptă continuu înainte și înapoi prin bariera energetică găsită între cele două părți ale helixului. Dacă fac acest lucru în clipele înainte ca helixul să se despartă de-a lungul centrului său în timpul primei etape a procesului de copiere a ADN-ului, unii dintre protoni pot fi prinși pe partea greșită.
„Mulți au bănuit de mult timp că lumea cuantică – care este ciudată, contra-intuitivă și minunată – joacă un rol în viață”, spune dr. Marco Sacchi, lider de proiect și membru de cercetare al Societății Regale la Universitatea din Surrey. „Deși ideea că ceva poate fi prezent în două locuri în același timp ar putea fi absurdă pentru mulți dintre noi, acest lucru se întâmplă tot timpul în lumea cuantică, iar studiul nostru confirmă că tunelul cuantic are loc și în ADN la temperatura camerei.”
Cu toate acestea, datorită calculelor folosite, autorii au putut modela doar porțiuni mici ale unei catene de ADN, la nivelul bazelor unice și al perechilor de baze. Acest lucru înseamnă că modelul nu include cele două laturi ale dublei helixului ADN și nici perechile situate în altă parte a firului, a remarcat Hay. Aceste structuri din apropiere ar putea avea un „efect semnificativ” asupra modului în care se desfășoară tunelul de protoni, dar pentru modelarea întregii catene de ADN ar fi fost necesară o cantitate enormă de putere de calcul, a spus el.
Louie Slocombe, doctorand la Centrul de pregătire doctorală în biologie cuantică Leverhulme și co-autor al studiului, a declarat: „Încă mai avem un drum lung și interesant pentru a înțelege cum funcționează procesele biologice la nivel subatomic, dar studiul nostru – și nenumărate altele în ultimii ani – au confirmat că mecanica cuantică este în joc. În viitor, sperăm să investigăm modul în care tautomerii produși prin tunelul cuantic se pot propaga și pot genera mutații genetice.”
Articol de Izabela Constantin