OPINIÓN · 22 MARZO, 2021 04:39

Mecánica cuántica en nuestros genes

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Paulino Betancourt Figueroa | @p_betanco

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Cada cosa que existe en este planeta está formado por átomos. Átomos similares a los que forman las estrellas de las galaxias a miles de millones de años luz de distancia. Como cualquier otra partícula, los átomos de nuestro ADN tienen propiedades cuánticas. Es así, que investigaciones recientes han sugerido que la rareza cuántica, que a menudo asociamos con los laboratorios de física, puede tener un efecto en nuestro ADN cuando hace copias de sí mismo y además, desempeñar un papel en las mutaciones genéticas.

Cada célula de nuestro cuerpo tiene 3 mil millones de nucleótidos en cada hebra de ADN, un libro de recetas codificado para todas las proteínas, que nos hacen estructural y funcionalmente lo que somos: seres humanos. Cualquier cambio en este código de cuatro nucleótidos constituye una mutación, es decir, cambia la receta, produciendo una proteína poco útil o con una función completamente diferente, que podría ser dañina para las células que la generan y causar trastornos genéticos como fibrosis quística, distrofia muscular y una de las principales causas de muerte en la actualidad: el cáncer. Estas mutaciones pueden ser una variación en un solo nucleótido, una translocación, deleción (perdida de material genético) o inserción de un fragmento de ADN.

Pero ¿cómo se producen estas mutaciones?. El ADN está compuesto por cuatro moléculas: adenina (A), guanina (G), timina (T) y citosina (C). Estas bases se organizan entre sí de una manera determinada: A se empareja con T y C se empareja con G. Los pares son unidos por enlaces de hidrógeno para formar la estructura de doble hélice del ADN. Entonces, si A se reemplaza con G en una hebra, durante la replicación del ADN, la otra hebra tendrá una C incorporada, en lugar de T. Esto se llama mutación puntual, un cambio en un solo par de bases. Esto cambiaría el código del ADN en lugares importantes, lo que puede tener resultados perjudiciales.

Los biólogos cuánticos creen que la causa de estas mutaciones puntuales puede atribuirse al efecto túnel cuántico. Pero, ¿qué es el efecto túnel cuántico?. En nuestro mundo cotidiano (macroscópico) no importa lo fuerte que lancemos una pelota contra una pared, no la atravesará. Pero a nivel subatómico, las partículas pueden atravesar un obstáculo en lugar de trepar por encima de él, como un fantasma que atraviesa una pared. Entonces, ¿cómo puede el ADN adquirir mutaciones de esta manera?. Según el modelo de ADN, los iones de hidrógeno (protones) pueden sufrir cambios transitorios en sus posiciones. Los átomos de hidrógeno contienen solo un protón, un electrón cargado negativamente y ningún neutrón; durante la formación del ADN, estos átomos “pierden” su electrón. El túnel de protones ocurre cuando un protón desaparece espontáneamente de un lugar, pero luego reaparece en un lugar cercano, es decir, el protón puede cambiar de una base nitrogenada a otra: el protón de la citosina (C) puede saltar a la guanina (G) a través del efecto túnel cuántico.

En un reciente estudio publicado por la revista Physical Chemistry Chemical Physics, los investigadores exploraron el fenómeno cuántico llamado túnel de protones, que puede causar mutaciones puntuales al permitir que los protones en el ADN salten de un lugar a otro. El equipo de investigación descubrió que los átomos de hidrógeno, que son increíblemente ligeros y actúan como enlaces entre las dos hebras de la doble hélice del ADN, pueden en algunos escenarios funcionar como ondas dispersas, existiendo simultáneamente en más de un lugar. Esto, a su vez, puede cambiar sutilmente los puentes de hidrógeno que unen los dos lados de la doble hélice del ADN, lo que provoca errores cuando llega el momento en que el ADN haga copias de sí mismo.

En ciertos escenarios, las mutaciones puntuales también pueden ser beneficiosas. Algunos científicos han sospechado durante mucho tiempo que el mundo cuántico, que es extraño, juega un papel en el desarrollo de la vida tal como la conocemos. La idea del papel de la mecánica cuántica en la biología fue propuesta por el físico Erwin Schrödinger. Incluso antes del descubrimiento de la estructura del ADN, Schrödinger había propuesto que “la herencia de nuestros genes es demasiado perfecta para regirse por las reglas de la mecánica clásica y la mecánica cuántica debe jugar un papel en ella”.

Si bien la idea de que algo puede estar presente en dos lugares al mismo tiempo sería absurda para muchos de nosotros, esto sucede todo el tiempo en el mundo cuántico y el estudio confirma que el túnel cuántico también ocurre en el ADN. Este campo de la ciencia aún está en pañales, pero puede ayudarnos a comprender las causas de las mutaciones espontáneas. Los túneles cuánticos podrían haber jugado un papel en la evolución temprana. Esto no significa que el túnel cuántico haya creado la vida, pero sí arroja luz sobre el papel que podría desempeñar la biología cuántica, en el camino evolutivo de la vida en la Tierra.

En fin, todavía queda un largo y emocionante camino por delante para comprender cómo funcionan los procesos biológicos a nivel subatómico.

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Las opiniones expresadas en esta sección son de entera responsabilidad de sus autores.

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