La biologia quantistica è un campo emergente della scienza, nato negli anni ’20, studia se il mondo subatomico della meccanica quantistica gioca un ruolo nelle cellule viventi. La meccanica quantistica è un campo interdisciplinare per natura, che riunisce fisici nucleari, biochimici e biologi molecolari.

In una ricerca pubblicata dalla rivista Physical Chemistry Chemical Physics, un team del Leverhulme Quantum Biology Doctoral Training Centre del Surrey ha utilizzato simulazioni al computer e metodi di meccanica quantistica all’avanguardia per determinare il ruolo del tunnelling di protoni, un fenomeno puramente quantistico, nelle mutazioni spontanee all’interno del DNA.

Il tunneling protonico comporta la scomparsa spontanea di un protone da un luogo e la riapparizione 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 e possono, in certe condizioni, comportarsi come onde diffuse che possono esistere in più luoghi contemporaneamente, grazie al tunneling protonico. Questo porta questi atomi a trovarsi occasionalmente sul filamento sbagliato del DNA, portando a mutazioni.

Anche se la vita di queste mutazioni è breve, il team della Surrey ha rivelato che possono ancora sopravvivere al meccanismo di replicazione del DNA all’interno delle cellule e potrebbero potenzialmente avere conseguenze sulla salute.

Il dottor Marco Sacchi, capo del progetto e ricercatore universitario della Royal Society presso l’Università del Surrey, ha detto: “Molti hanno a lungo sospettato che il mondo quantistico – che è strano, controintuitivo e meraviglioso – gioca un ruolo nella vita come la conosciamo. Mentre l’idea che qualcosa possa essere presente in due posti allo stesso tempo potrebbe essere assurda per molti di noi, questo accade di continuo nel mondo quantistico e il nostro studio conferma che il tunnelling quantistico avviene anche nel DNA a temperatura ambiente“.

Louie Slocombe, dottorando presso il Leverhulme Quantum Biology Doctoral Training Centre e co-autore dello studio, ha detto: “C’è ancora una lunga ed eccitante strada davanti a noi per capire come funzionano i processi biologici a livello subatomico, ma il nostro studio – e innumerevoli altri negli ultimi anni – hanno confermato che la meccanica quantistica è in gioco. In futuro, speriamo di studiare come i tautomeri prodotti dal tunnelling quantistico possano propagarsi e generare mutazioni genetiche“.

Jim Al-Khalili, co-autore dello studio e co-direttore del Leverhulme Quantum Biology Doctoral Training Centre all’Università del Surrey, ha detto: “È stato emozionante lavorare con questo gruppo di pensatori giovani, diversi e di talento – composto da un’ampia coalizione del mondo scientifico. Questo lavoro cementa la biologia quantistica come il campo di ricerca scientifica più eccitante del 21° secolo“.

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