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.

2018 год только начинается, но гипотеза мутагенеза, подтвердившаяся спустя 65 лет, вполне может претендовать на одно из важнейших открытий года. Предыдущий год был очень богат на достижения в области генетики: ученым удалось создать стабильный полусинтетический организм, объяснить устойчивость к антибиотикам и уточнить механизмы эволюции.

Источник:  hightech.fm