Несмотря на растущие доказательства, квантовая биология остается маргинальной областью в биологии. Многие биологи выражают скептицизм, а некоторые даже предупреждают о возможных карьерных последствиях для тех, кто решится заниматься исследованиями в этой области.
Это сопротивление напоминает давний предвзятый подход, восходящий к началу развития квантовой механики (КМ), которая обнаружила, что как свет, так и материя "квантованы" — то есть не являются непрерывными — и имеют свойства, определяемые вероятностными волновыми функциями.
Хотя КМ изначально была предложена как возможное влияние на биологические процессы учеными, которые ее открыли, эта идея была отвергнута биологами, которые утверждали, что "теплая и влажная" среда живых организмов несовместима с квантовыми явлениями. Однако это старомодное представление было полностью опровергнуто.
Спустя десятилетия начала формироваться область квантовой биологии, начиная с ранних исследований того, как фотоны взаимодействуют с клетками глаза, обеспечивая зрение. Последующее развитие атомного оружия стимулировало исследования квантовых эффектов ионизирующего излучения на клетки. С тех пор квантовая биология расширилась, охватывая широкий спектр биологических систем и процессов, включая фотосинтез и ферментативные реакции.
Несмотря на убедительные доказательства роли КМ в биологических процессах, скептицизм в биологическом сообществе сохраняется. Это сопротивление может отчасти быть связано с неправильным использованием квантовых концепций в массовой культуре, где их часто изображают как магические или мистические. Однако, так же как научная фантастика не мешала научному прогрессу, эти заблуждения не должны препятствовать исследованию квантовой биологии. К сожалению, они продолжают это делать.
Туннелирование электронов через ферритин
Одним из недооцененных квантово-биологических явлений является туннелирование электронов, связанное с ферритином — белком, запасавшим железо.
Туннелирование — это "загадочная" способность частицы, такой как электрон или протон, перемещаться через барьер, обычно через незанятое пространство. Хотя имеются доказательства туннелирования электронов и протонов, связанных с белками и ферментативными реакциями, туннелирование должно быть выведено из других данных и не может быть непосредственно наблюдаемо. В масштабе атомов и молекул эти данные обычно связаны со структурой конкретных молекул, атомами, из которых они состоят, и взаимодействием этих молекул и атомов.
Туннелирование электронов, связанное с ферритином, отличается от других типов молекулярного туннелирования электронов тем, что ферритин способен сохранять электроны в течение длительного времени, как крошечная перезаряжаемая батарея.
Уникальная структура ферритина — самособирающаяся белковая оболочка, содержащая железо — способствует преобразованию растворимого железа в нерастворимые наночастицы оксида железа, часто называемые СПИОНами (суперпарамагнитными оксидами железа). Эта структура показана ниже:
Эксперименты показали, что эта структура позволяет электронам храниться в ядре в течение нескольких часов при определенных условиях, что означает, что белковая оболочка способна предотвращать выведение электронов из ядра в этих условиях.
Но могут ли электроны туннелировать внутрь и наружу ядра? Обширные исследования физиков, химиков и электротехников показали, что они могут, по крайней мере, при определенных условиях, например, в воздухе или воде при комнатной температуре.
Большинство биологов знакомы с функцией ферритина по хранению железа, но могут не знать о доказательствах, показывающих, что ферритин может сохранять электроны в течение часов и что электроны могут туннелировать внутрь и наружу его ядра при определенных условиях. В результате существует немного тестов, демонстрирующих, происходит ли туннелирование электронов в условиях, существующих в клетках и тканях.
Тем не менее, тесты, которые я заказал в лаборатории EAG в Силиконовой долине, коммерческой лаборатории с обширным соответствующим опытом, предоставили первые доказательства туннелирования электронов через ферритин в биологических тканях.
Учитывая, что туннелирование электронов было использовано человеком в полупроводниковых устройствах на протяжении десятилетий, вполне вероятно, что клетки развили использование этого механизма в ферритине на протяжении более миллиарда лет.
Уникальные электрические свойства ферритина могли изначально служить ранним одноклеточным организмам в качестве "буфера" электронов. Железо и свободные радикалы, включая реактивные формы кислорода (РФО), были ранними стрессорами окружающей среды для одноклеточных организмов. Сохраняя железо и буферизуя электроны, ферритин мог потенциально предлагать двойной защитный механизм против этих угроз.
Научные исследования предоставили доказательства того, что ферритин ведет себя как антиоксидант, который является веществом, нейтрализующим РФО в клетках, и что антиоксиданты, такие как витамин С, могут дарить электроны ферритину. Ферритин также чрезмерно экспрессируется иммунной системой в ответ на воспаление — состояние, сопровождающееся РФО.
Хотя косвенные доказательства предполагают, что электроны, хранящиеся в ферритине, могут нейтрализовать РФО, отсутствие финансирования препятствует проведению целенаправленных исследований, таких как определение того, способствует ли этой функции туннелирование электронов. К сожалению, сложности с обеспечением финансирования исследований в области квантовой биологии часто отпугивают ученых от исследования этого многообещающего направления.
Ранее были выявлены ряд биологических процессов, которые, по-видимому, используют туннелирование электронов, связанное с ферритином. Хотя, вероятно, существует еще больше, которые еще не были идентифицированы, туннелирование электронов в ферритине может быть фактором по крайней мере для таких заболеваний, как рак, рассеянный склероз, фибрилляция предсердий, макулярная дегенерация и болезнь Паркинсона, а возможно, и других заболеваний и расстройств.
Рак
Раковые клетки генерируют РФО и нуждаются в эффективной нейтрализации РФО для выживания. Биологическая иммунная система противодействует РФО, развертывая клетки, называемые макрофагами, которые, по-видимому, способны доставлять ферритин к клеткам, перегруженным РФО. Некоторые виды рака используют этот механизм иммунного ответа.
Хотя макрофаги обладают множеством сложных функций, их роль в транспорте ферритина хорошо известна. Многие клетки производят ферритин, но макрофаги, по-видимому, могут поставлять его клеткам, чтобы увеличить количество ферритина в клетке быстрее, чем клетка могла бы сделать это самостоятельно.
Экспериментальные данные также указывают на то, что ферритин в макрофагах может проводить электроны на большие расстояния в клетках, что могло бы позволить макрофагам также поставлять электроны в ферритин в раковых клетках для помощи в нейтрализации РФО. Чтобы окончательно подтвердить, используется ли этот механизм раком для нейтрализации РФО, необходимы целенаправленные исследования.
К сожалению, хотя такие исследования не потребовали бы больших затрат или специального оборудования, они остаются неисследованными из-за проблем с финансированием и существующих предубеждений против квантовой биологии. Если этот механизм присутствует, но не понимается, то это неполное знание может препятствовать или задерживать нахождение эффективных методов лечения и излечения рака.
Рассеянный склероз (РС)
РС — это аутоиммунное заболевание, нацеленное на миелинизированные нейроны. Миелин — это специализированный материал, который оборачивается вокруг аксонов и дендритов клетками, богатыми ферритином, называемыми олигодендроцитами (в головном мозге) и клетками Шванна (вне мозга). Он необходим для эффективной нейронной сигнализации.
Несмотря на то, что исследования, проведенные десятилетия назад, установили, что ферритин присутствует в миелине, он редко рассматривается как потенциальный актор в исследованиях миелина, что подчеркивает сложности распространения знаний в обширном научном сообществе. Электрические свойства ферритина могли бы способствовать уникальному поведению миелинизированных нейронов, известному как сальтаторная проводимость, но никакие исследования этого не проводились.
Иммунный ответ организма часто сопровождается увеличением производства и доставки ферритина, что повышает вероятность нарушения, связанного с ферритином, при РС. Дальнейшие исследования электрических свойств ферритина в миелине могли бы пролить свет на патогенез РС. Хотя такие исследования требуют специализированного оборудования, их проведение относительно просто и может привести к значительным открытиям.
Фибрилляция предсердий
Как и в случае с РС, проводимость электронов через ферритин может способствовать нарушению ритма сердца, характерному для фибрилляции предсердий (ФП).
ФП — это потенциально смертельное состояние, часто возникающее вследствие воспалительных процессов, приводящих к накоплению макрофагов. Однако показано, что макрофаги, постоянно присутствующие в сердечной ткани, способствуют электрической активности в сердце. Дополнительные макрофаги, возникающие вследствие воспаления в этих тканях, могут доставлять ферритин, нарушая электрическую цепь сердца.
Исследование роли ферритина в ФП может оказаться важным для лучшего понимания фибрилляции предсердий и нахождения эффективных методов лечения и излечения. Хотя такое исследование требует специализированного оборудования, оно относительно простое и может дать ценные знания о патогенезе ФП.
Макулярная дегенерация
Макулярная дегенерация, являющаяся ведущей причиной слепоты, включает деградацию тканей, которая связана с накоплением железа в тканях глаза. Это накопление железа связано с воспалением, что указывает на потенциальную роль макрофагов или других похожих клеток (называемых фагоцитами) в доставке ферритина и ухудшении этого состояния.
Более глубокое понимание этого механизма могло бы помочь улучшить наше понимание причин макулярной дегенерации и способов её эффективного лечения или излечения. Хотя исследование вклада ферритина в макулярную дегенерацию требует специализированного оборудования, само исследование относительно простое и имеет огромный потенциал.
Болезнь Паркинсона (БП)
В отличие от иммунопосредуемых заболеваний, обсуждаемых ранее, БП, по-видимому, включает другую роль ферритина. Хотя ферритин присутствует в более высоких концентрациях в пораженных БП клетках, точная функция остается неясной, и он может быть необходим для нормального функционирования этих клеток.
Однако предыдущие исследования сосредоточились на снижении уровня железа/ферритина, что может быть контрпродуктивным подходом, который может нарушать правильное функционирование этих клеток.
Исследование уникальных электрических свойств ферритина в этих клетках могло бы предложить новые представления о патогенезе БП. Такое исследование, хотя и требующее специализированного оборудования, относительно простое и имеет потенциал значительно продвинуть наше понимание болезни.
Заключение
Туннелирование электронов, связанное с ферритином, не обеспечит никаких магических исцелений. Однако понимание этого явления может стать важной частью сложного пазла многих из этих заболеваний и расстройств.
Хотя имеются убедительные доказательства туннелирования электронов в ферритине в лабораторных условиях, необходимы дальнейшие исследования, чтобы определить, где оно может происходить внутри живых клеток и какие функции с ним связаны. Эта статья направлена на то, чтобы пробудить интерес и побудить к исследованиям в этой потенциально революционной области биологических исследований.
