Квантовый эффект вызывает спонтанные мутации ДНК

Ученые из Университета Суррея показали, что генетические мутации могут возникать из-за квантового туннельного эффекта. Атомы водорода, связывающие две нити молекулы ДНК между собой, непрерывно туннелируют, очень быстро перемещаясь от одной нити молекулы к другой. Именно этот эффект 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.

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 итоге, когда ДНК расщепляется на отдельные нити, часть протонов оказывается не на той стороне, что приводит к ошибке.

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.

Влияние квантовых эффектов на взаимодействие элементов ДНК было предсказано еще 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, приземлившись на другой стороне.