Uno studio innovativo ha confermato che la meccanica quantistica svolge un ruolo nei processi biologici e causa mutazioni nel DNA .
Pur avendo già quasi un secolo, la biologia quantistica è un campo scientifico ancora emergente. Esamina se il mondo subatomico della meccanica quantistica gioca un ruolo nelle cellule viventi. Si tratta di un campo interdisciplinare per natura e riunisce fisici nucleari, biochimici e biologi molecolari.
Di recente è stato pubblicato un documento di ricerca sulla rivista Physical Chemistry Chemical Physics. Un team del Leverhulme Quantum Biology Doctoral Training Center del Surrey ha usato simulazioni al computer e metodi quantomeccanici per determinare il ruolo svolto dal tunnel di protoni (un fenomeno puramente quantistico) nelle mutazioni spontanee all'interno del DNA.
Cos'è il tunneling protonico
Il tunneling protonico comporta la scomparsa spontanea di un protone da una posizione e la ricomparsa dello stesso protone nelle vicinanze.
Il team di ricerca ha scoperto che gli atomi di idrogeno, che sono molto leggeri, forniscono i legami che tengono insieme i due filamenti della doppia elica del DNA. Tali atomi possono, in determinate condizioni, comportarsi come onde sparse in grado di esistere in più posizioni contemporaneamente, grazie al tunneling protonico. Questo fa sì che questi atomi vengano trovati occasionalmente sul filamento sbagliato del DNA, portando a mutazioni.
Sebbene la durata di queste mutazioni sia breve, il team del Surrey ha rivelato che possono sopravvivere al meccanismo di replicazione del DNA nelle cellule e potrebbero avere conseguenze sulla salute.
La ricerca
Il dottor Marco Sacchi, responsabile del progetto e ricercatore della Royal Society University è molto chiaro. "Molti hanno a lungo sospettato che il mondo quantistico (che è strano, controintuitivo e meraviglioso) abbia un ruolo nella vita come la conosciamo. L'idea che qualcosa possa essere presente in due posti contemporaneamente potrebbe essere assurda. Questo però nella meccanica quantistica accade sempre. Il nostro studio conferma che accade sempre nel mondo quantistico e il nostro studio conferma che il tunneling quantistico avviene anche nel DNA a temperatura ambiente".
Louie Slocombe, coautrice dello studio, dice: "C'è ancora una strada lunga ed entusiasmante davanti a noi per capire come funzionano i processi biologici a livello subatomico. Questo nostro studio e innumerevoli altri negli ultimi anni confermano però che la meccanica quantistica ha un ruolo. In futuro, speriamo di indagare su come la meccanica quantistica generi mutazioni genetiche ".
Questo lavoro consolida la meccanica quantistica e la biologia quantistica come i campi più entusiasmanti della ricerca scientifica nel 21 ° secolo.
Riferimenti: ”Quantum and classical effects in DNA point mutations: Watson–Crick tautomerism in AT and GC base pairs” - L. Slocombe, J. S. Al-Khalilib e M. Sacchi, Physical Chemistry Chemical Physics. DOI: 10.1039/D0CP05781A
