Физики предложили модель квантового взаимодействия ДНК и мРНК в момент синтеза. Объясняем, что такое квантовая запутанность в живой клетке и почему это важно для квантовой биологии.
Ученые из Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) вместе с коллегами теоретически смоделировали условия, при которых между ДНК и матричной РНК (мРНК) может возникать квантовая связь. Исследования показали, что такое взаимодействие потенциально способно обеспечивать передачу информации между молекулами на квантовом уровне, что может расширить представления о биологических процессах, говорится на сайте Десятилетия науки и технологий в России.
ДНК можно представить как хранилище инструкций, по которым клетка производит белки. Чтобы воспользоваться этой информацией, клетка создает копию участка ДНК — мРНК. Этот процесс называется транскрипцией. Во время него специальный фермент РНК-полимераза открывает участок двойной спирали ДНК и по одной из ее цепей собирает молекулу мРНК. В этот короткий промежуток времени исходная ДНК и создаваемая по ней копия находятся в непосредственной близости друг от друга.
Именно этот момент исследователи рассмотрели с точки зрения квантовой физики. Ученые изучили, может ли между молекулами возникать квантовая запутанность — особое состояние, при котором две системы оказываются связаны на квантовом уровне, и их состояния нельзя рассматривать независимо. Для моделирования был выбран участок гена TP53, который кодирует белок p53, играющий ключевую роль в защите клеток от опасных изменений.
«Мы рассмотрели ситуацию, которая возникает непосредственно во время транскрипции, когда ДНК и новосинтезируемая мРНК находятся рядом. В этот момент между ними, согласно нашей модели, при определенных физических условиях может возникнуть квантовая запутанность. Это означает, что две молекулы на короткое время могут образовать связанную квантовую систему», — рассказал доцент Департамента общей и экспериментальной физики ДВФУ Сергей Ширмовский.
Одним из условий, рассмотренных в работе, является миграция заряда внутри молекулярной системы. Расчеты показали, что движение такого заряда, который в физике описывается понятием «дырка», может приводить к возникновению квантовой запутанности между ДНК и мРНК. Условно этот процесс можно представить как появление дополнительной связи между оригиналом и его копией. При этом исследователи подчеркивают, что речь не идет о физической телепортации молекул, а лишь о передаче квантового состояния.
По результатам моделирования, образование такого связанного состояния может происходить за очень короткое время — порядка триллионных долей секунды. Ведущий научный сотрудник Лаборатории радиационной биологии ОИЯИ Алексей Чижов отметил, что полученные результаты пока являются теоретическим предсказанием. «Мы не утверждаем, что такой механизм уже экспериментально обнаружен в живой клетке. Следующий важный этап — разработка экспериментов, которые позволят проверить полученные результаты», — отметил он.
Исследование относится к области квантовой биологии. Если предложенный механизм удастся подтвердить экспериментально, это может расширить представления о том, как в живых клетках происходит передача и обработка информации. Таким образом, работа ученых предлагает физическую модель возможного квантового механизма и формирует основу для дальнейшей экспериментальной проверки этой гипотезы.
