Физические условия, при которых в живой клетке может происходить мгновенная и безошибочная передача (телепортация) генетической информации по квантовому каналу, смоделировали совместно учёные из ДВФУ и ОИЯИ.

По словам авторов исследования, его результаты позволяют предполагать, что передача информации в биологических системах может осуществляться на основе процесса, подобного квантовой телепортации. Результаты опубликованы в журнале BioSystems.

Для того чтобы живая клетка могла синтезировать белки, «по образу» участка ДНК формируется другая молекула — матричная РНК (мРНК). Процесс переписывания информации с ДНК на РНК называется транскрипцией. При транскрипции могут происходить ошибки, а сам ДНК‑«оригинал» может повреждаться.

Такие повреждения ДНК и ошибки транскрипции, закрепляясь в виде мутаций, способны приводить к серьёзным проблемам со здоровьем: например, мутация в гене TP53 выключает белок p53, защищающий клетку от злокачественного перерождения, рассказал один из авторов работы, доцент департамента общей и экспериментальной физики Института наукоёмких технологий и передовых материалов Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) Сергей Ширмовский.

Учёные Института наукоёмких технологий и передовых материалов Дальневосточного федерального университета и Лаборатории радиационной биологии Объединённого института ядерных исследований (ОИЯИ) рассмотрели транскрипцию на примере участка гена TP53, защищающего клетки от злокачественного перерождения.

В результате исследования они теоретически предсказали, что если во время транскрипции между цепями ДНК и мРНК возникает миграция случайно индуцированного заряда, то между ними может образоваться канал связи «без химических посредников», позволяющий мгновенно и с минимальным риском ошибок передавать информацию на квантовом уровне.

Если в молекуле ДНК может реализовываться передача информации по квантовому каналу, то она становится не просто банком данных, а квантовым вычислительным устройством, способным параллельно обрабатывать информацию о метаболизме, внешних полях и повреждениях и выдавать единое решение о судьбе клетки: делиться, дифференцироваться или самоуничтожиться, рассказал Ширмовский.

«В тот момент, когда фермент РНК‑полимераза „расстёгивает“ двойную спираль ДНК, разрывая её на две половины, на одной из них, как на матрице, собирается комплементарная цепь мРНК — молекула ‑"копия”, несущая инструкцию для синтеза белка. Именно в этот момент обе цепи — исходная ДНК и новосинтезируемая мРНК — находятся в непосредственном контакте, что создаёт условия для квантового взаимодействия между ними. Результатом такого взаимодействия может быть квантовое запутывание — процесс, при котором квантовые состояния ДНК и мРНК перестают быть независимыми», — рассказал учёный.

Такая «волшебная связь», возникающая между мРНК и ДНК, не имеет прямых аналогов в макромире, но её можно проиллюстрировать, например, мысленным экспериментом с монетами.

«Представьте, что вы подбрасываете пару монет. В обычной ситуации в результате броска можно получить любую из четырёх возможных комбинаций „орла“ и „решки“, причём с равной вероятностью в 25 процентов», — объяснил Ширмовский.

По словам учёного, если бы между монетами существовала некая «волшебная связь» (аналогичная квантовой запутанности), то исход броска монет мог бы быть совершенно другим. Например, всегда выпадали бы только два «орла» или две «решки», или только «орёл» и «решка», даже если бы монеты находились на разных концах нашей галактики Млечный Путь.

Причиной такого странного для нас поведения монет было бы то, что между ними сформировалась квантовая запутанность: они перестали быть независимыми и образовали единую систему.

Квантовая запутанность для неживой материи — экспериментально доказанный эффект, за который в 2022 году Ален Аспе из Франции, Джон Клаузер из США и Антон Цайлингер из Австрии получили Нобелевскую премию по физике.

На основе этого эффекта уже работают квантовая криптография и протоколы телепортации квантовых состояний.

Квантовое запутывание в системе ДНК–мРНК и в биологических системах (живой материи) вообще пока является теоретическим предсказанием, экспериментальное подтверждение которого приведёт к принципиально новому пониманию работы биологических систем, сообщил соавтор исследования, ведущий научный сотрудник Лаборатории радиационной биологии ОИЯИ Алексей Чижов.

Для проверки этого теоретического предсказания требуются сложные эксперименты высочайшей точности, резюмировал учёный.

Читайте также: Как русские вновь разочаровали Запад