Un sorprendente número de mutaciones genéticas ocurren gracias a una peculiaridad de la física cuántica

Los errores suceden. Especialmente cuando se trata de la replicación de vastas secuencias de ADN dentro de nuestras células. Es algo bueno también. Si no fuera por los errores en nuestros genes a los que nos referimos como mutaciones, la selección natural sería imposible y la vida estaría muerta en el agua.

A pesar de lo cruciales que son las mutaciones para todo, desde enfermedades hasta biodiversidad, sabemos muy poco sobre la física del proceso.

Los hallazgos de la Universidad de Surrey en el Reino Unido han reavivado las especulaciones de que un desencadenante principal detrás del juego de manos químico que cambia espontáneamente una base codificada por otra es de naturaleza cuántica.

Específicamente, una parte importante del proceso de mutación es el desplazamiento de un solo hidrógeno que une las bases genéticas para formar los ‘peldaños’ de la estructura de escalera retorcida del ADN. Esto ocurre a través del proceso de tunelización, rompiendo los enlaces entre las bases genéticas de guanina y citosina en escalas de tiempo que permiten cambios permanentes.

La tunelización cuántica es una consecuencia natural de la incertidumbre en las características de una partícula en condiciones confinadas.

Acérquese a un objeto subatómico, como un protón, y su posición se vuelve cada vez más vaga.

En teoría, los objetos de esta escala pueden existir más allá de los límites de una barrera de confinamiento, y parecen abrirse camino a través de las paredes como un “túnel” tan fácilmente como un fantasma que se mueve a través de una casa embrujada.

Aunque es una característica fundamental de la realidad a nivel cuántico, la forma en que las características de una partícula se entrelazan con otras partículas que se empujan en entornos cálidos y ruidosos asegura que no escalará fácilmente en el macro Universo.

O eso hemos asumido durante mucho tiempo.

“Los biólogos normalmente esperarían que los túneles desempeñen un papel importante solo a bajas temperaturas y en sistemas relativamente simples”. dice químico Marco Sacchi.

“Por lo tanto, tendían a descartar los efectos cuánticos en el ADN. Con nuestro estudio, creemos que hemos demostrado que estas suposiciones no se cumplen”.

El modelo teórico del equipo del cambio en los enlaces entre las bases de guanina y citosina desafía varias suposiciones que rodean la química detrás de esta forma común de mutación.

Desde los primeros días de estudio de las estructuras y la química del ADN, los científicos pensaron que una de las causas principales de la mutación es la translocación de hidrógenos que unen bases en hebras opuestas de ADN.

Este movimiento puede convertir la base en un tautómero

– una nueva molécula con la misma forma que antes pero con una configuración de elementos sutil y diferente.

Se cree que los hidrógenos saltan a través del límite entre las hebras a través de un proceso llamado transferencia de doble protón, una acción que se parece sorprendentemente a un evento de efecto túnel cuántico.

Sin embargo, aparte de la suposición de que los sistemas biológicos están demasiado calientes y ocupados para que ocurra un evento cuántico de este tipo, cualquier transferencia de doble protón que ocurra de esta manera debería ser eliminada por las enzimas de edición de la célula.

Mirando más detenidamente la física detrás del proceso, los investigadores han demostrado bajo las condiciones de temperatura de una celda típica que los efectos cuánticos deberían estar causando que los protones tarareen de un lado a otro a una velocidad alta, haciendo que las bases se difuminen en sus tautómeros.

Dado que el tiempo que pasa como tautómero es fugaz, la maquinaria de replicación que copia una hebra de ADN difícilmente reconocerá su presencia.

Sin embargo, si este proceso da como resultado algún tipo de desequilibrio entre las bases, cambiando las proporciones de una base y su tautómero de alguna manera, es muy posible que el cambio se bloquee como una mutación.

Además, matemáticamente hablando, la presencia de estas versiones fantasmales de tautómeros de cada base es lo suficientemente grande como para que esta categoría particular de mutación sea mucho más común de lo que creemos.

Se necesitarán experimentos futuros para confirmar las predicciones hechas en el estudio, especialmente en torno a cosas como las tasas de salto de protones a diferentes temperaturas.

También queda por demostrar si los efectos cuánticos juegan un papel en otros cambios de pares de bases o incluso en otros tipos de mutaciones.

Sin embargo, los biólogos se están dando cuenta lentamente del papel que juega la incertidumbre cuántica en una variedad de procesos bioquímicos.

Cada vez está más claro que los límites del universo cuántico no son tan sólidos como podríamos imaginar.

Esta investigación fue publicada en Comunicaciones de la naturaleza.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *