Российские учёные смоделировали квантовую «телепортацию» генетической информации внутри клетки

Исследователи из Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) и Объединённого института ядерных исследований (ОИЯИ) разработали модель физических условий, при которых в живой клетке возможна мгновенная и почти безошибочная передача генетической информации по квантовому каналу.

Результаты работы опубликованы в журнале BioSystems и позволяют предположить, что в биологических системах может иметь место процесс, подобный квантовой телепортации.

Для синтеза белков по участку ДНК формируется матричная РНК (мРНК) — процесс транскрипции, в ходе которого информация переписывается с ДНК на РНК. При этом нередки ошибки транскрипции, а сама ДНК может получать повреждения, которые, закрепляясь в виде мутаций, приводят к серьёзным нарушениям.

В качестве примера исследователи рассмотрели участок гена TP53 — важного регулятора, кодирующего белок p53, защищающий клетку от злокачественного перерождения; его нарушение ведёт к повышенному риску опухолей, пояснил доцент Сергей Ширмовский из ДВФУ.

В теоретической модели учёные показали: если в момент транскрипции между цепями ДНК и мРНК возникает миграция случайно индуцированного заряда, то между этими молекулами может установиться «канал связи без химических посредников». Через такой канал информация могла бы передаваться мгновенно и с минимальным риском ошибок — по сути, на квантовом уровне.

Авторы подчёркивают, что в момент работы РНК‑полимеразы, когда двойная спираль ДНК разъединяется и по одной из её цепей собирается комплементарная мРНК, обе молекулы оказываются в непосредственном контакте. Это создаёт условия для квантового взаимодействия и потенциального запутывания состояний ДНК и мРНК — явления, при котором их квантовые состояния перестают быть независимыми.

По мнению Ширмовского, если в ДНК реализуется передача информации по такому квантовому каналу, то молекула перестаёт быть просто хранилищем данных и превращается в некий квантовый вычислительный элемент, способный интегрировать сведения о метаболизме, внешних полях и повреждениях и вырабатывать единое «решение» о судьбе клетки — делиться, дифференцироваться или инициировать апоптоз.

Чтобы проиллюстрировать идею квантовой запутанности, учёный прибег к мысленному эксперименту с монетами: в обычном случае при броске пары монет возможны четыре равновероятных исхода, тогда как при наличии «волшебной связи» (аналогичной запутанности) результаты могли бы оказаться кореллированными — например, всегда выпадали бы одинаковые стороны у обеих монет, вне зависимости от расстояния между ними.

Исследование носит теоретический характер: авторы предсказывают условия и механизмы, при которых квантовые эффекты могли бы влиять на биологические процессы, и предлагают дальнейшие шаги для проверки и разработки этой концепции.

Эффект квантовой запутанности в неживой природе уже подтверждён в экспериментах — за это явление в 2022 году Нобелевскую премию по физике получили Ален Аспе, Джон Клаузер и Антон Цайлингер. На базе этого принципа сегодня работают квантовая криптография и протоколы телепортации квантовых состояний.

Возможность аналогичного запутывания в системе ДНК–мРНК и вообще в живой материи пока остаётся теоретической гипотезой; её экспериментальная верификация могла бы радикально пересмотреть наши представления о биологических механизмах, отмечает соавтор работы, ведущий научный сотрудник Лаборатории радиационной биологии ОИЯИ Алексей Чижов.

По его словам, подтверждение требует проведения чрезвычайно точных и технически сложных экспериментов — только такие исследования смогут проверить предсказанную модель и установить реальную роль квантовых эффектов в клеточных процессах.