ДНК приобрела знакомую многим спиралевидную форму благодаря молекулам азотистых оснований, соединенных водородными связями. Чаще всего эти основания следуют строгим правилам спаривания, но иногда они нарушаются, и тогда происходит мутация в ДНК. Обычно такие мутации безвредны, но иногда приводят к генетическим заболеваниям.

В ходе исследования ученые обнаружили, что некоторые из этих изменений могут происходить в результате квантового туннельного эффекта, сообщает New Atlas. Он заключается в том, что частицы могут иногда проходить сквозь барьер, на преодоление которого у них не должно хватать энергии. К примеру, если шар лежит с одной стороны холма, то для того, чтобы попасть на другую сторону, ему нужно достаточно энергии, чтобы вкатиться на вершину и скатиться вниз. Но в квантовой физике такой шар может внезапно пройти сквозь холм и оказаться с другой стороны почти мгновенно.

В случае мутаций ДНК квантовое туннелирование происходит с частицами протонов внутри атомов водорода. Они могут прыгать с одной стороны связи на другую, и если это происходит до того, как две нити ДНК разделяются в процессе репликации, протоны оказываются не с той стороны. Так возникает риск мутаций.

О том, что такое может происходить в ДНК, впервые заговорили несколько десятков лет назад, но механизм был неизвестен. Считалось, что биологическая среда слишком теплая и сложная для квантового туннелирования. Но как выяснили ученые из Университета Суррея, тепло не только не мешает, но даже способствует туннельному эффекту.

С помощью процесса открытых квантовых систем они смоделировали динамику процесса и показали, что протоны прыгают вперед-назад чаще, чем кажется. То есть, перенос протонов в ходе квантового туннелирования играет более важную роль в генетических мутациях, чем предполагалось ранее.

Недавно на примере моделей рыбок данио ученые показали, что генное редактирование может непреднамеренно изменять ДНК потомства. По мнению авторов, результаты можно интерпретировать и для человека, поэтому с применением CRISPR/Cas9 в клинической практике нужно быть особенно осторожным.