Tim peneliti menemukan bahwa atom-atom hidrogen memberikan berbagai ikatan yang menahan dua untai heliks ganda DNA bersama-sama dan dapat dapat hadir di beberapa lokasi sekaligus berkat tunneling proton. Hal ini menyebabkan atom-atom hidrogen ini kadang-kadang ditemukan pada untai DNA yang salah, yang menyebabkan mutasi.
Tunneling proton adalah lenyapnya proton secara seketika di suatu lokasi dan muncul di lokasi yang berdekatan yang terpisahkan oleh suatu penghalang yang memungkinkan. Para peneliti menentukan peran dari tunneling proton dalam mutasi spontan di dalam DNA.
Dalam cetak biru kehidupan, ‘kesalahan ejaan’ spontan dapat terjadi, yang berpotensi menyebabkan kesalahan besar. Salah satu kandidat yang mungkin untuk mutasi spontan ini adalah penerowongan mekanis kuantum atom hidrogen di dalam ikatan yang mengikat dupleks DNA bersama-sama, atau di dalam basa, tulis para peneliti.
Para peneliti dari University of Surrey mengungkapkan bahwa transfer proton di sepanjang ikatan hidrogen DNA dapat mengarah pada mutasi genetik yang berumur singkat. Tetapi mutasi yang relevan secara biologis, pada tahap selanjutnya dapat menyebabkan mutasi gen dan beresiko pada kesehatan seperti kanker.
Proton sangat besar jika dibandingkan dengan partikel-partikel subatom lainnya yang ada pada skala kuantum. Hal ini membuat tunneling proton menjadi sesuatu yang tidak umum, dibandingkan tunneling electron. Tapi itu memungkinkan dan terjadi di dalam molekul DNA, pada dasarnya ia dapat memindahkan atom ke tempat yang salah, yang menyebabkan mutasi pada kode genetik.
Para peneliti menggunakan simulasi komputer mutakhir dan teknik mekanik kuantum untuk menemukan peran terowongan proton, fenomena kuantum murni, yang bekerja dalam mutasi spontan di dalam DNA.
“Banyak yang telah lama menduga bahwa dunia kuantum — yang aneh, kontra-intuitif, dan menakjubkan — berperan dalam kehidupan seperti yang kita ketahui,” kata Dr. Marco Sacchi pemimpin penelitian dari University of Surrey.
“Meskipun gagasan bahwa sesuatu dapat hadir di dua tempat pada waktu yang sama, mungkin itu tidak masuk akal bagi kebanyakan dari kita. Ini terjadi sepanjang waktu di dunia kuantum, dan penelitian kami menegaskan bahwa quantum tunelling juga terjadi pada DNA pada suhu ruangan.”
“Masih ada jalan panjang dan menarik di depan kita untuk memahami bagaimana proses biologis bekerja pada tingkat sub-atomik, tetapi penelitian kami — dan banyak penelitian lainnya selama beberapa tahun terakhir — telah memastikan bahwa mekanika kuantum sedang berperan,” kata Louie Slocombe, Ph.D. Mahasiswa di Leverhulme Quantum Biology Doctoral Training Center dan rekan penulis studi tersebut
“Di masa depan, kami berharap untuk menyelidiki bagaimana tautomer yang dihasilkan oleh penerowongan kuantum dapat menyebar dan menghasilkan mutasi genetik.”
Biologi kuantum adalah bidang ilmu yang baru muncul, yang mencoba untuk menelaah apakah mekanika kuantum dari dunia subatomik dapat berperan pada sel. Mekanika kuantum pada dasarnya adalah bidang interdisipliner, yang menyatukan fisikawan nuklir, ahli biokimia, dan ahli biologi molekuler.
Penelitian ini telah diterbitkan di jurnal Physical Chemistry Chemical Physics.