Российские физики теоретически смоделировали условия, при которых между ДНК и матричной РНК может возникать квантовая связь во время копирования генетической информации. Расчеты показывают, что такая связь потенциально способна обеспечивать передачу информации между молекулами на квантовом уровне.
Работу выполнили сотрудники Дальневосточного федерального университета и Объединенного института ядерных исследований. Исследование может стать основой для дальнейшего изучения роли квантовых эффектов в биологических системах.
Во время транскрипции клетка создает на основе участка ДНК молекулу матричной РНК — мРНК. Она впоследствии используется как инструкция для синтеза белка. В процессе транскрипции РНК-полимераза открывает небольшой участок двойной спирали ДНК и по одной из ее цепей собирает новую молекулу РНК. Поэтому исходная ДНК и создаваемая мРНК некоторое время находятся рядом.
Именно этот этап ученые рассмотрели с точки зрения квантовой физики. Для моделирования они выбрали участок гена TP53, который кодирует белок p53. Он участвует в защите клеток от опасных изменений и помогает организму реагировать на повреждение генетического материала.
Исследователи изучили возможность возникновения квантовой запутанности между ДНК и мРНК. Это состояние, при котором две системы оказываются связаны на квантовом уровне и их состояния нельзя полностью рассматривать независимо друг от друга.
Одним из рассмотренных условий стала миграция заряда внутри молекулярной системы. В модели для описания этого процесса используется понятие «дырки» — состояния, связанного с отсутствием электрона. Расчеты показали, что движение такого заряда может приводить к возникновению квантовой запутанности между ДНК и мРНК.
По сути, ученые рассматривают возможность дополнительной связи между исходной молекулой и создаваемой по ней копией. ДНК и РНК при этом не перемещаются физически. Модель описывает возможность передачи квантового состояния между двумя связанными системами, которую исследователи сравнивают с принципами квантовой телепортации.
Согласно расчетам, образование связанного состояния может происходить за очень короткое время — порядка триллионных долей секунды. Ученые также рассмотрели несколько вариантов формирования и сохранения квантовой запутанности в системе ДНК–мРНК.
Авторы отмечают, что результат пока остается теоретическим предсказанием. Ученые не утверждают, что подобный механизм уже обнаружен в живой клетке. Следующим этапом должна стать разработка экспериментов, которые позволят проверить результаты моделирования.
Работа относится к области квантовой биологии, изучающей возможную роль квантовых явлений в биологических системах. Если предложенный механизм удастся подтвердить экспериментально, ученым предстоит выяснить, может ли квантовая связь между ДНК и мРНК влиять на процессы передачи и обработки информации в клетке.
Читайте также:
В МАДИ предложили способ ускорить обучение нейросетей на квантовых компьютерах
Радиофизики в тысячу раз ускорили работу солнечно-слепого УФ-приемника
Казанские ученые разработали материал для термостойкого асфальта