Британские исследователи показали, что мутации ДНК могут возникать из-за квантового туннельного эффекта. Точечные мутации, вызванные таутомеризацией, оказались гораздо более распространенными, чем считалось ранее.
Команда ученых из Университета Суррея показала, что атомы водорода, связывающие две нити молекулы ДНК между собой, непрерывно туннелируют, очень быстро перемещаясь от одной нити молекулы к другой. Именно этот эффект, как считают авторы исследования, опубликованного в журнале Nature Communications Physics, и приводит к спонтанным генетическим мутациям.
Две нити двойной спирали ДНК соединены водородными связями — протоны (ядра атомов водорода) подобно клею удерживают части молекулы вместе. Обычно четыре основания ДНК (A, C, T и G) следуют строгим правилам: аденин всегда связывается с тимином, а цитозин всегда с гуанином. Такая связность поддерживается формой белков, которые соответствуют друг другу, как части пазла в мозаике, отмечают исследователи.
В своей работе ученые показали, что клеточная среда заставляет протоны, которые ведут себя как распространяющиеся волны, термически активироваться и преодолевать энергетический барьер. Исследование продемонстрировало, что протоны непрерывно и очень быстро перемещаются между двумя цепочками. В результате, когда ДНК расщепляется на отдельные нити, часть протонов оказывается не на той стороне, что приводит к ошибке, считают авторы работы.
Протоны в ДНК могут туннелировать вдоль водородных связей в ДНК и модифицировать основания, которые кодируют генетическую информацию. Модифицированные основания называются «таутомерами» и могут пережить процессы расщепления и репликации ДНК, вызывая «ошибки транскрипции» или мутации.
Луи Слокомб, профессор Учебного центра докторантуры по квантовой биологии Leverhulme Университета Суррея и соавтор исследования
Исследователи отмечают, что влияние квантовых эффектов на взаимодействие элементов ДНК было предсказано еще Криком и Уотсоном в середине прошлого века. Но до сих пор никому не удавалось подтвердить эти эффекты. Кроме того, авторы новой работы говорят, что такая модификация связей между цепями ДНК гораздо более распространена, чем считалось до сих пор. Протоны могут легко перепрыгнуть со своего обычного места на одной стороне энергетического барьера и приземлиться на другой стороне.
«Биологи обычно ожидают, что туннелирование будет играть значительную роль только при низких температурах и в относительно простых системах. Поэтому они, как правило, не принимали во внимание квантовые эффекты в ДНК. Мы считаем, что в нашем исследовании мы доказали, что эти предположения неверны», — говорит доктор Марко Сакки, соавтор исследования из Университета Суррея.
Читать далее
Посмотрите на «бесшумный» дрон с ионным двигателем нового поколения
Двигатель разгонного блока ракеты системы ГЛОНАСС взорвался на орбите Земли
Ученые предложили пересмотреть основы квантовой физики и показали, где они не работают