PERCHÈ IL DNA MUTA
Il DNA muta in continuazione in ogni essere vivente, favorendo o sfavorendo l'organismo in modo completamente imprevedibile.
Un team di fisici dell'università del Surrey, in Inghilterra, ha usato dei modelli informatici sofisticati che potrebbero rivelare una correlazione particolare con il mondo della fisica quantistica.
Le due eliche del DNA sono unite insieme dai protoni, che fanno da collante che collega le varie molecole che formano le basi.
Le basi (A, C, T e G) seguono però regole ben precise e molto rigide quando si collegano l'un l'altra: A si lega sempre a T, mentre C si collega sempre alla base G.
Questi accoppiamenti determinano la forma delle molecole.
Ciò che può cambiare in tutto questo gioco di concatenamenti è quindi la natura dei collegamenti dei protoni che, ricordiamo, singolarmente formano uno ione di idrogeno.
Se la natura di questi atomi d'idrogeno cambiasse anche solo di poco, allora questo legame tra coppie di basi si romperebbe e ciò porterebbe a una mutazione.
Il team del Surrey è riuscito, con un programma, a quantificare questo processo.
Sfoderando questo nuovo studio sulla biologia quantistica, i fisici sono riusciti a scoprire che questa modifica è più frequente di quanto ci si aspettasse.
Il protone può saltare facilmente da uno stato all'altro di energia e ritrovarsi da un'altra parte, causando quindi un potenziale errore nel collegamento tra due basi che non si erano ancora ben collegate tra loro.
L'errore a quel punto può essere replicato dalla cellula e soltanto in quel momento il DNA finisce per essere diverso da quanto inizialmente previsto.
Per capire però questo movimento complesso dei protoni, il team si è concentrato sul meccanismo fisico che li porta a compiere questo salto tra le varie parti di DNA.
L'approccio usato è chiamato "sistema quantistico aperto" per comprendere la situazione, scoprendo che avviene un effetto tunnel simile a quello che avviene quando un fantasma attraversa un muro, un effetto che si pensava non potesse avvenire in una cellula vivente.
Secondo lo studio, gli autori hanno determinato che l'ambiente cellulare renda il protone, che si comporta come un'onda, termicamente attivo e quindi incoraggiato ad attraversare la barriera.
I protoni sono infatti sempre in azione e continuamente sfruttano questo effetto tunnel passando da un filamento all'altro del DNA.
Poi, quando il DNA viene suddiviso nei due filamenti separati, alcuni di questi protoni vengono catturati dal lato sbagliato, portando a un errore.
Il Dr. Louie Slocomb, autore dei calcoli, spiega che: "I protoni nel DNA possono usare il tunnel insieme ai legami ad idrogeno nel DNA e modificare le basi che codificano le informazioni genetiche.
Le basi modificate vengono chiamate 'tautomeri' e possono sopravvivere alla suddivisione del DNA e al suo processo di replicazione, causando gli 'errori di trascrizione', o 'mutazioni'".
Al commento del dottor Slocomb si aggiungono anche quelli del dottor Al-Khalili (professore di fisica all'università del Surrey) e del dottor Marco Sacchi (professore di chimica nella stessa università), che hanno supervisionato lo studio. "Watson e Crick ipotizzarono l'esistenza e l'importanza degli effetti della meccanica quantistica sul DNA oltre 50 anni fa, tuttavia, il meccanismo è stato fortemente ignorato" afferma il primo, mentre il dottor Sacchi dice che
"i biologi tipicamente si aspetterebbero un effetto tunnel importante soltanto a basse temperature e in sistemi relativamente semplici. Pertanto, tendevano a scartare gli effetti quantistici nel DNA.
Con il nostro studio, crediamo di aver provato che queste affermazioni non reggono".
Già da qualche tempo ci si domanda degli effetti della fisica quantistica sull'essere umano, ma soprattutto quelli della meccanica quantistica che potrebbero portare a guarigioni di tumori.
La scoperta della fisica quantistica negli anni Venti del Novecento ha rivoluzionato la scienza, ma anche le nostre vite, grazie allo sviluppo di tecnologie sempre più fantascientifiche.
La fisica quantistica non è altro che una grammatica della scienza, ossia una serie di regole e principi che tutte le branche della scienza dovrebbero, almeno in linea di principio, rispettare. L'applicazione più semplice possibile della fisica quantistica è certamente la meccanica quantistica, in cui si studia il moto di poche particelle all'interno di sistemi microscopici, molto freddi, o molto ben isolati.
Nel corso dell'ultimo secolo, tutti i campi della fisica hanno dovuto essere riaggiustati per inglobare le regole imposte dalla fisica quantistica, in alcuni casi con più successo che altri. Abbiamo teorie consolidate come la Quantum Electro-Dynamics (QED) e la Quantum Chromo-dynamics (QCD) per lo studio dei sistemi atomici e nucleari, rispettivamente.
D'altro canto, le teorie quantistiche della gravità faticano ad avere successo e non sono ancora state verificate con esperimenti.
Non solo la fisica deve piegarsi ai diktat della fisica quantistica: sebbene in alcuni sistemi macroscopici, come quelli studiati dalla biologia e dalla chimica, gli effetti della fisica quantistica siano solamente secondari, ci sono continui tentativi di comprendere quali essi siano e come funzionino nel dettaglio.
Un team di ricercatori ha recentemente provato a capire il ruolo dell'effetto tunnel,
un fenomeno squisitamente quantistico, nell'ambito della biologia.
L'effetto tunnel ha già dimostrato di essere la chiave grazie alla quale il Sole riesce a produrre l'energia che rende possibile la vita sul nostro pianeta.
All'interno del DNA, sono gli atomi di idrogeno a fare da collante tra le varie porzioni della struttura a doppia elica. In certe condizioni, questi atomi di idrogeno si comportano come un'onda, ed esiste una probabilità finita che essi vadano a trovarsi in luoghi differenti da quelli usuali quando il sistema collassa da quantistico a classico.
La conseguenza di questo fenomeno è l'apparizione di mutazioni spontanee, possibilmente dannose per la salute.
La vita media di questo tipo di mutazioni è brevissima, ed ancora non è chiaro quanto grande sia effettivamente il loro impatto.
Lo studio della biologia e della vita allo stato subatomico è solamente agli inizi, ma certamente si rivelerà fondamentale per raggiungere un nuovo livello di conoscenza degli organismi biologici e della vita in generale.
FONTE: PHYS.ORG
Medicina e fisica si uniscono per combattere una delle malattie più terribili del genere umano: i tumori.
Le cellule cancerogene possono essere disintegrate esponendo il loro DNA agli elettroni rilasciati quando i raggi X colpiscono le nanoparticelle che trasportano iodio.
Per far ciò viene utilizzato un fenomeno della fisica quantistica. In questo modo la radioterapia penetra più in profondità nella cellula, permettendo l'uccisione di diversi tipi di tumori.
Quanto detto è stato annunciato nella rivista scientifica Reports da un team dell'Università di Kyoto.
La tecnica si basa sull'effetto fotoelettrico, un fenomeno noto dal 1887 che, dopo essere enunciato da Einstein nel 1905, contribuì a dare inizio all'intera rivoluzione quantistica.
"Esporre un metallo alla luce porta al rilascio di elettroni", ha dichiarato il professor Fuyuhiko Tamanoi in una dichiarazione.
"La nostra ricerca suggerisce che è possibile riprodurre questo effetto all'interno delle cellule tumorali".
I raggi X della radioterapia vengono utilizzati per produrre molecole di radicali liberi che danneggiano il DNA delle cellule cancerose.
Questi radicali liberi hanno bisogno di ossigeno per formarsi e, se i vasi sanguigni non penetrano abbastanza in profondità nel tumore, potrebbe non esserci abbastanza ossigeno per produrre l'effetto desiderato.
Per questo motivo gli scienziati di tutto il mondo stanno cercando dei metodi per "bypassare" questo bisogno di ossigeno.
Gli esperti, prima d'ora, hanno provato ad iniettare "nanoparticelle di organosilice porose" con gadolinio (un metallo) nei tessuti e in alcuni animali viventi.
Quando esposto ai raggi X, questo metallo rilascia elettroni che lacerano il DNA delle cellule cancerose, uccidendole.
Tuttavia il gadolinio è un metallo davvero raro e sicuramente non comune.
Così nel nuovo studio si afferma di aver trovato proprietà simili e migliorate nello iodio. Ovviamente questa tecnica deve ancora essere dimostrata nei topi (quindi per gli esseri umani dovremmo aspettare ancora un po'), ma nei tessuti 3D contenenti cellule tumorali 30 minuti di radiazioni sono stati sufficienti per uccidere i tumori entro tre giorni.
"Il nostro studio rappresenta un importante esempio di impiego di un fenomeno della fisica quantistica all'interno di una cellula cancerosa", ha affermato il coautore Kotaro Matsumoto.
Attualmente sono già previsti test sugli animali e test per far legare lo iodio con il DNA.
FONTE: IFLSCIENCE
Un team di fisici dell'università del Surrey, in Inghilterra, ha usato dei modelli informatici sofisticati che potrebbero rivelare una correlazione particolare con il mondo della fisica quantistica.
Le due eliche del DNA sono unite insieme dai protoni, che fanno da collante che collega le varie molecole che formano le basi.
Le basi (A, C, T e G) seguono però regole ben precise e molto rigide quando si collegano l'un l'altra: A si lega sempre a T, mentre C si collega sempre alla base G.
Questi accoppiamenti determinano la forma delle molecole.
Ciò che può cambiare in tutto questo gioco di concatenamenti è quindi la natura dei collegamenti dei protoni che, ricordiamo, singolarmente formano uno ione di idrogeno.
Se la natura di questi atomi d'idrogeno cambiasse anche solo di poco, allora questo legame tra coppie di basi si romperebbe e ciò porterebbe a una mutazione.
Il team del Surrey è riuscito, con un programma, a quantificare questo processo.
Sfoderando questo nuovo studio sulla biologia quantistica, i fisici sono riusciti a scoprire che questa modifica è più frequente di quanto ci si aspettasse.
Il protone può saltare facilmente da uno stato all'altro di energia e ritrovarsi da un'altra parte, causando quindi un potenziale errore nel collegamento tra due basi che non si erano ancora ben collegate tra loro.
L'errore a quel punto può essere replicato dalla cellula e soltanto in quel momento il DNA finisce per essere diverso da quanto inizialmente previsto.
Per capire però questo movimento complesso dei protoni, il team si è concentrato sul meccanismo fisico che li porta a compiere questo salto tra le varie parti di DNA.
L'approccio usato è chiamato "sistema quantistico aperto" per comprendere la situazione, scoprendo che avviene un effetto tunnel simile a quello che avviene quando un fantasma attraversa un muro, un effetto che si pensava non potesse avvenire in una cellula vivente.
Secondo lo studio, gli autori hanno determinato che l'ambiente cellulare renda il protone, che si comporta come un'onda, termicamente attivo e quindi incoraggiato ad attraversare la barriera.
I protoni sono infatti sempre in azione e continuamente sfruttano questo effetto tunnel passando da un filamento all'altro del DNA.
Poi, quando il DNA viene suddiviso nei due filamenti separati, alcuni di questi protoni vengono catturati dal lato sbagliato, portando a un errore.
Il Dr. Louie Slocomb, autore dei calcoli, spiega che: "I protoni nel DNA possono usare il tunnel insieme ai legami ad idrogeno nel DNA e modificare le basi che codificano le informazioni genetiche.
Le basi modificate vengono chiamate 'tautomeri' e possono sopravvivere alla suddivisione del DNA e al suo processo di replicazione, causando gli 'errori di trascrizione', o 'mutazioni'".
Al commento del dottor Slocomb si aggiungono anche quelli del dottor Al-Khalili (professore di fisica all'università del Surrey) e del dottor Marco Sacchi (professore di chimica nella stessa università), che hanno supervisionato lo studio. "Watson e Crick ipotizzarono l'esistenza e l'importanza degli effetti della meccanica quantistica sul DNA oltre 50 anni fa, tuttavia, il meccanismo è stato fortemente ignorato" afferma il primo, mentre il dottor Sacchi dice che
"i biologi tipicamente si aspetterebbero un effetto tunnel importante soltanto a basse temperature e in sistemi relativamente semplici. Pertanto, tendevano a scartare gli effetti quantistici nel DNA.
Con il nostro studio, crediamo di aver provato che queste affermazioni non reggono".
Già da qualche tempo ci si domanda degli effetti della fisica quantistica sull'essere umano, ma soprattutto quelli della meccanica quantistica che potrebbero portare a guarigioni di tumori.
La scoperta della fisica quantistica negli anni Venti del Novecento ha rivoluzionato la scienza, ma anche le nostre vite, grazie allo sviluppo di tecnologie sempre più fantascientifiche.
La fisica quantistica non è altro che una grammatica della scienza, ossia una serie di regole e principi che tutte le branche della scienza dovrebbero, almeno in linea di principio, rispettare. L'applicazione più semplice possibile della fisica quantistica è certamente la meccanica quantistica, in cui si studia il moto di poche particelle all'interno di sistemi microscopici, molto freddi, o molto ben isolati.
Nel corso dell'ultimo secolo, tutti i campi della fisica hanno dovuto essere riaggiustati per inglobare le regole imposte dalla fisica quantistica, in alcuni casi con più successo che altri. Abbiamo teorie consolidate come la Quantum Electro-Dynamics (QED) e la Quantum Chromo-dynamics (QCD) per lo studio dei sistemi atomici e nucleari, rispettivamente.
D'altro canto, le teorie quantistiche della gravità faticano ad avere successo e non sono ancora state verificate con esperimenti.
Non solo la fisica deve piegarsi ai diktat della fisica quantistica: sebbene in alcuni sistemi macroscopici, come quelli studiati dalla biologia e dalla chimica, gli effetti della fisica quantistica siano solamente secondari, ci sono continui tentativi di comprendere quali essi siano e come funzionino nel dettaglio.
Un team di ricercatori ha recentemente provato a capire il ruolo dell'effetto tunnel,
un fenomeno squisitamente quantistico, nell'ambito della biologia.
L'effetto tunnel ha già dimostrato di essere la chiave grazie alla quale il Sole riesce a produrre l'energia che rende possibile la vita sul nostro pianeta.
All'interno del DNA, sono gli atomi di idrogeno a fare da collante tra le varie porzioni della struttura a doppia elica. In certe condizioni, questi atomi di idrogeno si comportano come un'onda, ed esiste una probabilità finita che essi vadano a trovarsi in luoghi differenti da quelli usuali quando il sistema collassa da quantistico a classico.
La conseguenza di questo fenomeno è l'apparizione di mutazioni spontanee, possibilmente dannose per la salute.
La vita media di questo tipo di mutazioni è brevissima, ed ancora non è chiaro quanto grande sia effettivamente il loro impatto.
Lo studio della biologia e della vita allo stato subatomico è solamente agli inizi, ma certamente si rivelerà fondamentale per raggiungere un nuovo livello di conoscenza degli organismi biologici e della vita in generale.
FONTE: PHYS.ORG
Medicina e fisica si uniscono per combattere una delle malattie più terribili del genere umano: i tumori.
Le cellule cancerogene possono essere disintegrate esponendo il loro DNA agli elettroni rilasciati quando i raggi X colpiscono le nanoparticelle che trasportano iodio.
Per far ciò viene utilizzato un fenomeno della fisica quantistica. In questo modo la radioterapia penetra più in profondità nella cellula, permettendo l'uccisione di diversi tipi di tumori.
Quanto detto è stato annunciato nella rivista scientifica Reports da un team dell'Università di Kyoto.
La tecnica si basa sull'effetto fotoelettrico, un fenomeno noto dal 1887 che, dopo essere enunciato da Einstein nel 1905, contribuì a dare inizio all'intera rivoluzione quantistica.
"Esporre un metallo alla luce porta al rilascio di elettroni", ha dichiarato il professor Fuyuhiko Tamanoi in una dichiarazione.
"La nostra ricerca suggerisce che è possibile riprodurre questo effetto all'interno delle cellule tumorali".
I raggi X della radioterapia vengono utilizzati per produrre molecole di radicali liberi che danneggiano il DNA delle cellule cancerose.
Questi radicali liberi hanno bisogno di ossigeno per formarsi e, se i vasi sanguigni non penetrano abbastanza in profondità nel tumore, potrebbe non esserci abbastanza ossigeno per produrre l'effetto desiderato.
Per questo motivo gli scienziati di tutto il mondo stanno cercando dei metodi per "bypassare" questo bisogno di ossigeno.
Gli esperti, prima d'ora, hanno provato ad iniettare "nanoparticelle di organosilice porose" con gadolinio (un metallo) nei tessuti e in alcuni animali viventi.
Quando esposto ai raggi X, questo metallo rilascia elettroni che lacerano il DNA delle cellule cancerose, uccidendole.
Tuttavia il gadolinio è un metallo davvero raro e sicuramente non comune.
Così nel nuovo studio si afferma di aver trovato proprietà simili e migliorate nello iodio. Ovviamente questa tecnica deve ancora essere dimostrata nei topi (quindi per gli esseri umani dovremmo aspettare ancora un po'), ma nei tessuti 3D contenenti cellule tumorali 30 minuti di radiazioni sono stati sufficienti per uccidere i tumori entro tre giorni.
"Il nostro studio rappresenta un importante esempio di impiego di un fenomeno della fisica quantistica all'interno di una cellula cancerosa", ha affermato il coautore Kotaro Matsumoto.
Attualmente sono già previsti test sugli animali e test per far legare lo iodio con il DNA.
FONTE: IFLSCIENCE
