摘要：根據一項新的研究，對控制人體細胞復制方式至關重要的酶，可能正是鼓勵DNA自發突變的成分，從而導致潛在的永(空)久性遺傳錯誤。
根據薩里大學的一項新研究，對控制人體細胞復制方式至關重要的酶，可能正是鼓勵DNA自發突變的成分，從而導致潛在的永(空)久性遺傳錯誤。
利用最(空)先進的量子化學計算，來自薩里大學量子生物學博士培訓中心的研究人員發現，DNA自我復制過程的部分速度比之前預測的要快100倍。這一發現為假設的理論提供了新的解釋，該理論認為量子效應不會持續足夠長的時間來受到復制過程的影響。
圖1 酶可能是鼓勵DNA自發突變的成分從而導致潛在的永(空)久性遺傳錯誤（圖源：[1]）
來自薩里大學的這項研究的合著者馬克斯·維諾肯說:
“我們一直認為量子力學在生物環境中會受到影響。然而，令人著迷的是，由于解旋酶的作用，量子隧道引起的突變更加穩定。
“雖然其他人把解旋酶描繪成量子突變的守門人，但我們的研究表明，這種酶與這些突變的形成有著深刻的聯系。"
這一著名的雙螺旋結構賦予了DNA非凡的穩定性，以及它在相反鏈上的基因字母之間的配對規則。正常情況下，A總是和T結合，G總是和C結合這是由于這些生物分子的不同結構以及堿基對之間形成的氫鍵數量的不同。形成這種化學鍵的質子(氫原子的原子核)偶爾會在它們之間轉移，形成罕見的稱為互變異構體的狀態。
當一個細胞開始自我復制時，它必須進行DNA復制。在復制過程中，第一步是分離兩條DNA鏈，使每一條DNA鏈都可以用作新DNA的模板。這種DNA鏈的分離是由一種叫做“解旋酶"的酶實現的，它會與DNA鏈中的一條結合，并將其穿過自身，從而迫使DNA分離。潛在的突變DNA堿基必須在這一過程中存活下來，才有可能造成永(空)久性的遺傳錯誤。
然而，以前認為解旋酶的作用太慢了。因此，當鏈被分離時，任何自發的點突變都能找到回到其自然和更穩定的位置的方法。這項新研究開始解釋量子力學效應可能是解開基因突變秘密的關鍵，以及它們對地球上生命的許多影響。此外，這份新報告發現，這種機械分離實際上穩定了DNA的突變形式。
圖2 用于研究鳥嘌呤-胞嘧啶正則和互變異構堿基對是如何分開的分離方案（圖源：[1]）
薩里大學的馬爾科·薩基博士領導了這項研究的計算工作，他說:
“人們對量子效應在DNA損傷和基因突變中的作用知之甚少。我們相信，只有把量子物理學和計算化學結合起來，我們才能闡明DNA錯誤起源的難以捉摸的機制。"
薩里大學量子生物學博士培訓中心的聯合主任Jim Al-Khalili教授說:
發現最令人興奮的是，這項工作匯集了物理學、化學和生物學等學科的前沿研究，來回答當今科學中最有趣的問題之一。薩里大學正在迅速成為這一領域的世界領(空)導者，令人興奮的結果正在出現。"
參考資料：
[1] Louie Slocombe, Max Winokan, Jim Al-Khalili, Marco Sacchi. Proton transfer during DNA strand separation as a source of mutagenic guanine-cytosine tautomers. Communications Chemistry, 2022; 5 (1) DOI: 10.1038/s42004-022-00760-x
