В ДНК обнаружен квантовый таймер мутаций

Делая миллиарды копий, легко совершить ошибку. Поэтому неудивительно, что при копировании 3 млрд оснований ДНК периодически возникают мутации. Однако если человеческие ошибки легко объяснить усталостью или скукой, то с генетическими искажениями все не так просто. Исследователи уверены, что они не случайны — и недавно им удалось найти подтверждение своим догадкам.

Как показало исследование, о котором пишет Science Daily, в самой структуре ДНК содержится своего рода встроенный таймер, определяющий частоту возникновения спонтанных мутаций. Некоторые нуклеотиды в процессе репликации на тысячную долю секунды меняют свою форму, из-за чего в копируемой цепи ДНК появляется неверная «буква». Такие случаи редки, но они служат основой для эволюционных изменений — и рака.

Интересно, что существование этого механизма еще в 1953 году предположили Джеймс Уотсон и Френсис Крик, первооткрыватели структуры ДНК. В своей знаменитой статье, описывающей двойную спираль, они указали, что изменение формы нуклеотидных оснований может приводить к мутациям. Однако проверить их догадку удалось только сейчас. Благодаря методу под названием ЯМР-релаксация исследователи из Университета Дьюка (США) смогли уловить мгновенные «квантовые колебания» нуклеотидов, приводящие к мутациям.

Исследовав нуклеотидные основания гуанин и тимин, авторы работы обнаружили, что периодически они претерпевают краткосрочные перестройки на атомном уровне. Было обнаружено две формы — «таутомерная» и «анионная». Таутомерные формы доминировали в нормальных условиях, а анионные — в присутствии мутагенов и стрессовых факторов. Исследователям также удалось доказать, что ошибки при копировании возникают именно в случае, когда нуклеотид находится в измененной форме.

Новые данные предоставили ученым понимание того, как именно происходят мутации. Увеличивая или уменьшая скорость их возникновения, можно будет значительно изменить восприимчивость организма к болезням. Судя по всему, квантовые механизмы играют роль и в других генетических процессах — от производства белка до восстановления ДНК — но исследователям еще только предстоит доказать это.