Biología Cuántica

Un efecto cuántico estaría en el origen de las enfermedades genéticas

Los protones que viajan entre hebras de ADN superan barreras imposibles y pueden terminar en el lado equivocado

Un efecto cuántico estaría en el origen de las enfermedades genéticas
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Eduardo Martínez de la Fe

El efecto túnel estaría en el origen de las mutaciones de ADN que originan las enfermedades genéticas, según una nueva investigación que confirma la implicación de las paradojas cuánticas en los sistemas vivos.

La complejidad de cualquier forma de vida en la Tierra se basa en la precisión de la información genética, contenida en cada una de las células de un organismo.

Sin embargo, en ocasiones esta precisión se pierde y aparecen errores que pueden provocar mutaciones en el ADN, el ácido donde están almacenadas las instrucciones genéticas que rigen el desarrollo y funcionamiento de los organismos vivos.

Basta con que los enlaces de hidrógeno de este ácido nucleico cambien ligeramente para que se produzca un desajuste, conocido como mutación genética: consiste en una variación espontánea y aleatoria en la secuencia de genes que componen el ADN de un ser vivo.

Esta variación introduce cambios, bien de tipo físico, fisiológico o de otra índole, que originan las llamadas enfermedades genéticas. El síndrome de Down es un conocido ejemplo de enfermedad genética, así como también el asma y algunos tipos de cáncer.

Algo cuántico

Aunque se ha avanzado mucho en el conocimiento y tratamiento de las enfermedades genéticas, una investigación de la Universidad de Surrey en Inglaterra ha demostrado ahora, por primera vez, que la mecánica cuántica está implicada en la replicación del ADN, un fenómeno ya predicho en la década de 1950 por los genetistas James Watson y Francis Crick.

Comprobaron que las dos hebras que componen la estructura espiral del ADN se mantienen unidas entre sí por partículas subatómicas llamadas protones, los núcleos de los átomos de hidrógeno, que proporcionan el pegamento que une a las moléculas llamadas bases.

Normalmente, estas bases de ADN (llamadas A, C, T y G) siguen reglas estrictas sobre cómo se unen entre sí: A siempre se une a T y C siempre a G. Este emparejamiento estricto está determinado por la forma de las moléculas, que encajan como piezas en un rompecabezas.

Sin embargo, si la naturaleza de los enlaces de hidrógeno cambia ligeramente, la regla de emparejamiento se rompe, lo que lleva a que se enlacen las bases incorrectas y, por lo tanto, a una mutación.

Mecanismo al descubierto

Aunque Crick y Watson predijeron esta anomalía en los años 50 del siglo pasado, solo ahora un modelo computacional sofisticado ha podido cuantificar este proceso con precisión.

El modelo ha profundizado en la dinámica que llevan los protones en el ADN, donde realizan un movimiento constante de ida y vuelta muy rápido entre dos hebras del código genético.

El equipo de Surrey utilizó un enfoque llamado sistemas cuánticos abiertos para determinar los mecanismos físicos que podrían causar que los protones salten entre las hebras de ADN y descubrió que se debe a un mecanismo cuántico bien conocido, pero casi mágico, llamado efecto túnel.

Se llama túnel cuántico a una característica propia de las partículas elementales: les permite atravesar un túnel, aunque exista una pared insalvable atravesada en su interior. Tanto la fotosíntesis, como la fusión nuclear en el Sol o la electrónica actual, se basan en esta paradoja del mundo cuántico.

Un salto que sale mal

En su estudio, publicado en Communications Physics, los investigadores explican que el entorno celular provoca que los protones, que se comportan como ondas dispersas, se activen térmicamente y se muevan entre las hebras de la hélice del ADN creando túneles cuánticos.

La mutación genética ocurre porque, en ese trasiego entre hebras, el ADN se escinde en hebras separadas, momento en el que, ocasionalmente, algunos protones terminan en el lado equivocado y provocan errores en la replicación genética.

Es así como se produce la alteración de las bases que codifican la información genética, señala Louie Slocombe, autor principal del estudio e investigador del Centro de formación doctoral en biología cuántica de Surrey, en un comunicado.

Lo más sorprendente de este hallazgo es que ese trasiego de protones entre hebras implica superar una barrera energética físicamente infranqueable, a no ser que se trate de una partícula cuántica.

La vida es cuántica

Anteriormente se había pensado que ese comportamiento cuántico no podía ocurrir dentro del entorno cálido, húmedo y complejo de una célula viva.

Sin embargo, el físico austriaco Erwin Schrödinger había sugerido en su libro de 1944 ¿Qué es la vida? que la mecánica cuántica puede desempeñar un papel en los sistemas vivos, ya que se comportan de manera bastante diferente a la materia inanimada. La nueva investigación parece confirmar la teoría de Schrödinger. 

“Los biólogos normalmente esperarían que los túneles desempeñen un papel importante solo a bajas temperaturas y en sistemas relativamente simples. Por lo tanto, tendieron a descartar los efectos cuánticos en el ADN. Con nuestro estudio, creemos que hemos probado que estas suposiciones no se cumplen”, sentencia otro de los investigadores, Marco Sacchi.

El investigador español Salvador Miret, autor del libro Biología Cuántica (Catarata, CSIC, 2019), añade que la mayor dificultad de la Biología Cuántica es “comprender cómo la coherencia cuántica puede mantenerse en un medio o entorno caliente, húmedo y turbulento como el que está presente en cualquier organismo vivo”.

Referencia

An open quantum systems approach to proton tunnelling in DNA. Louie Slocombe et al. Communications Physics, Volume 5, Article number: 109 (2022).

 

 

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