جهش ژنتیکی تونلی شکل انقلابی در علم پزشکی ایجاد می کند

همانطور که می دانیم DNA به طور منظم، خوب یا بد، جهش  پیدا می کند و باعث تکامل و بیماری می‌شود. اکنون محققان دانشگاه ساری (Surrey) شواهدی یافته اند که نشان می‌دهد برخی از این جهش‌ها خود به خود می‌تواند توسط قلمرو ترسناک مکانیک کوانتومی ایجاد شود.

DNA شکل معروف مارپیچ دوگانه خود را از مولکول‌هایی به نام باز‌ها می‌گیرد که از طریق پیوند‌های هیدروژنی جفت می‌شوند. این پایه‌ها که با حروف A، C، T و G نشان داده می‌شوند، معمولاً از قوانین سختگیرانه‌ای در مورد نحوه پیوند آن‌ها پیروی می‌کنند - A به T و C به G پیوند می‌خورد. اما گاهی اوقات این پیوند‌های هیدروژنی را می‌توان تغییر داد، به این معنی که پایه‌ها می‌توانند جفت شوند. این اتصال اشتباه می تواند باعث ایجاد جهش‌های نقطه‌ای در DNA می‌شود که عمدتاً بی ضرر هستند، اما گاهی اوقات می‌توانند منجر به اختلالات ژنتیکی شوند.

در مطالعه جدید، محققان ساری کشف کردند که برخی از این تغییرات می‌تواند در نتیجه یک پدیده عجیب فیزیک کوانتومی به نام تونل زدن کوانتومی رخ دهد.

برای ما که در دنیای فیزیک کلاسیک زندگی می‌کنیم، مانند یک داستان علمی تخیلی به نظر می‌رسد، اما گاهی اوقات ذرات می‌توانند به طور خود به خود از موانعی عبور کنند که نباید انرژی کافی برای غلبه بر آن‌ها داشته باشند.

تصور کنید یک توپ در یک تپه قرار دارد.

"همانطور که می دانیم DNA به طور منظم، خوب یا بد، جهش  پیدا می کند و باعث تکامل و بیماری می‌شود"فیزیک کلاسیک می‌گوید که برای رساندن آن توپ به سمت دیگر تپه به مقدار مشخصی انرژی نیاز است تا آن را به سمت بالای تپه هل دهد. اما فیزیک کوانتومی می‌تواند به آن توپ (یعنی یک ذره) اجازه دهد که به‌طور ناگهانی از تپه عبور کند و تقریباً فوراً در سمت دیگر ظاهر شود. باز هم باور نکردنی به نظر می‌رسد، اما تونل زنی کوانتومی یک پدیده کاملاً مستند است که در طیف وسیعی از پدیده‌ها مانند همجوشی هسته‌ای رخ می‌دهد.

در مورد جهش‌های DNA، تیم می‌گوید ذراتی که تونل‌سازی را انجام می‌دهند، پروتون‌های درون اتم‌های هیدروژن هستند که می‌توانند از یک طرف پیوند به طرف دیگر بپرند. اگر آن‌ها این کار را درست قبل از جدا شدن دو رشته DNA به عنوان بخشی از فرآیند تکثیر سلولی انجام دهند، پروتون‌ها می‌توانند در سمت اشتباه به دام افتاده و منجر به عدم تطابق DNA و جهش بالقوه شود.

این ایده که می‌تواند در جهش DNA اتفاق بیفتد برای اولین بار ده‌ها سال پیش مطرح شد، اما این مکانیسم از آن زمان تا حد زیادی نادیده گرفته شده است. دلیلش این است که مدت‌ها تصور می‌شد که محیط زیستی بیش از حد پیچیده که بتوان تونل‌سازی کوانتومی را برایش در نظر گرفت.

اما در مطالعه جدید، محققان دریافتند که نه تنها در این محیط اتفاق می‌افتد، بلکه گرما در واقع پروتون‌ها را برای پرش فعال می‌کند.

این تیم از فرآیندی به نام سیستم‌های کوانتومی باز برای مدل‌سازی دینامیک فرآیند استفاده کرد و نشان داد که این پروتون‌ها بیشتر از آنچه قبلا تصور می‌شد به جلو و عقب می‌پرند. این نشان می‌دهد که انتقال پروتون از تونل‌سازی کوانتومی نقش مهم‌تری در جهش‌های ژنتیکی ایفا می‌کند که معمولاً به آن اعتبار داده می‌شود.

دکتر مارکو ساکی، نویسنده همکار این مطالعه گفت: زیست شناسان معمولاً انتظار دارند که تونل سازی تنها در دما‌های پایین و در سیستم‌های نسبتاً ساده نقش مهمی ایفا کند. بنابراین، آن‌ها تمایل داشتند اثرات کوانتومی در DNA را کاهش دهند. ما معتقدیم که با مطالعه خود ثابت کرده ایم که این فرضیات معتبر نیستند.

این تیم می‌گوید که اگر این مدل درست باشد، می‌تواند تأثیر گسترده‌ای بر مدل‌های فعلی جهش‌های ژنتیکی داشته باشد.

این تحقیق در مجله Nature Communications Physics منتشر شده است.

منبع: سایت نیواطلس منتشره از دانشگاه ساری