Zdumiewająca liczba mutacji genetycznych jest wynikiem anomalii w fizyce kwantowej

Występują błędy. Zwłaszcza jeśli chodzi o replikację ogromnych sekwencji DNA w naszych komórkach. To także dobra rzecz. Gdyby nie błędy w naszych genach, które nazywamy mutacjami, dobór naturalny byłby tabu, a życie umarłoby w wodzie.

Pomimo znaczenia mutacji we wszystkim, od chorób po bioróżnorodność, niewiele wiemy o fizyce tego procesu.

Odkrycia z Uniwersytetu Surrey w Wielkiej Brytanii ożywiły spekulacje, że głównym motorem chemicznej sztuczki, która automatycznie zastępuje jedną zakodowaną zasadę inną, jest natura kwantowa.

W szczególności ważną częścią procesu mutacji jest translokacja pojedynczych wodorów, które wiążą ze sobą zasady genetyczne, tworząc „szczeble” skręconej drabinkowej struktury DNA. Dzieje się to poprzez proces tunelowania, zrywania wiązań między genetycznymi podstawami guaniny i cytozyny w skalach czasowych, które pozwalają na trwałe zmiany.

Tunelowanie kwantowe jest naturalną konsekwencją niepewności właściwości cząstek w ograniczonych warunkach.

Przybliż obiekt subatomowy, taki jak proton, a jego pozycja staje się coraz bardziej rozmyta.

Obiekty w tej skali mogą teoretycznie istnieć poza graniczną barierą i wydają się „przedzierać się” przez ściany tak łatwo, jak duch poruszający się po nawiedzonym domu.

Chociaż fundamentalna zaleta rzeczywistości na poziomie kwantowym, sposób w jaki cechy cząstki są splątane z innymi cząsteczkami walczącymi z nią w ciepłym, hałaśliwym środowisku, zapewnia, że ​​nie rozprzestrzeni się łatwo po całym wszechświecie.

Tak przynajmniej od dawna zakładaliśmy.

„Biolodzy zazwyczaj oczekują, że tunelowanie będzie odgrywać ważną rolę tylko w niższych temperaturach i w stosunkowo prostych systemach” Mówi Chemik Marco Sacchi.

„Dlatego mieli tendencję do wykluczania wpływu ilościowego na DNA. Dzięki naszym badaniom wierzymy, że wykazaliśmy, że te założenia są nieprawidłowe”.

Teoretyczne modelowanie przez zespół zmiany wiązań między zasadami guaniny i cytozyną kwestionuje wiele założeń dotyczących chemii stojącej za tą powszechną formą mutacji.

Od pierwszych dni badania struktur i chemii DNA naukowcy wierzyli, że główną przyczyną mutacji jest transfer wodoru, który zakotwicza przeciwne nici DNA.

Ten ruch może zmienić bazę w oczyścić Nowa cząsteczka o takim samym kształcie jak poprzednio, ale z innym dokładnym składem pierwiastków.

Uważa się, że wodór przeskakuje przez granicę między włóknami w procesie zwanym podwójnym transferem protonów, co zaskakująco wygląda jak tunelowanie kwantowe.

Jednak niezależnie od założenia, że ​​układy biologiczne są zbyt gorące i zajęte, aby mogło zajść takie zdarzenie kwantowe, każdy podwójny transfer protonów, który zachodzi za pomocą tej metody, musi zostać znormalizowany przez enzymy edycyjne komórki.

Przyglądając się bliżej fizyce tego procesu, naukowcy wyjaśnili w typowych warunkach temperatury komórki, że efekty kwantowe powinny powodować szybki ruch protonów tam iz powrotem, powodując rozmycie zasad w ich tautomerach.

Ponieważ czas spędzony jako wyzwalacz jest efemeryczny, mechanizm transkrypcyjny, który kopiuje nić DNA, z trudem rozpozna jego istnienie.

Jeśli jednak ten proces powoduje pewien rodzaj nierównowagi między zasadami, zmieniając w jakiś sposób proporcje i kształt zasady, to jest bardzo prawdopodobne, że przesunięcie zostanie ustalone jako mutacja.

Co więcej, z matematycznego punktu widzenia, obecność tych pseudo-fantomowych kopii każdej zasady jest na tyle duża, że ​​ta konkretna klasa mutacji jest bardziej powszechna, niż nam się wydaje.

Potrzeba przyszłych eksperymentów, aby potwierdzić przewidywania poczynione w badaniu, zwłaszcza dotyczące takich rzeczy, jak szybkość skoku protonów w różnych temperaturach.

Pozostaje również do wyjaśnienia, czy efekty kwantowe odgrywają rolę w innych zmianach w parach zasad, a nawet w innych typach mutacji.

Biolodzy powoli uświadamiają sobie rolę, jaką niepewność kwantowa odgrywa w szeregu procesów biochemicznych.

Coraz wyraźniej widać, że granice wszechświata kwantowego nie są tak stałe, jak sobie wyobrażamy.

To badanie zostało opublikowane w Komunikacja przyrodnicza.