De nombreux biologistes supposent que les phénomènes quantiques bizarres jouent un rôle relativement négligeable à l’intérieur de la cellule. Une analyse théorique récente des liaisons chimiques qui maintiennent l’ADN ensemble suggère cependant que ces effets pourraient se produire beaucoup plus fréquemment qu’on ne le pensait et agir comme une source majeure de mutations génétiques.
Des chercheurs dirigés par Louie Slocombe de l’Université de Surrey en Angleterre se sont concentrés sur les “bases” moléculaires qui composent les échelons reliant les doubles brins d’ADN et la liaison hydrogène, formée avec un proton, qui maintient ensemble les deux côtés de ces échelons. Leur modèle théorique intégrait les effets quantiques qui permettent à un proton, lié à la base cytosine sur un brin, de se « tunneliser » spontanément et de se connecter à la base guanine sur l’autre.
Une telle paire de bases modifiée, connue sous le nom de tautomère, peut rapidement revenir à son arrangement d’origine. Mais si le proton ne revient pas au moment où les deux brins d’ADN se séparent – la première étape de la réplication de l’ADN – la cytosine pourrait se lier à une base différente, l’adénine, plutôt que la guanine. Cet appariement contre nature crée une mutation.
Les scientifiques savent depuis la découverte de la structure de l’ADN dans les années 1950 que les paires de bases peuvent, en théorie, produire des tautomères. Mais ils pensaient que l’effet tunnel quantique aurait peu de pertinence en tant que générateur de mutations en raison de la durée de vie extraordinairement courte de ces états physiques.
Le modèle des chercheurs rapporte dans Physique des communications, cependant, suggère que le processus quantique se produit si souvent qu’à tout moment, des centaines de milliers de tautomères peuvent être présents dans le génome d’une cellule. Ainsi, même si ces structures sont éphémères, elles sont si nombreuses à se mettre en place si fréquemment qu’elles deviennent une source potentiellement riche de mutations. Ce modèle suggère que l’instabilité de la mécanique quantique “pourrait bien jouer un rôle beaucoup plus important dans la mutation de l’ADN que ce qui a été suggéré jusqu’à présent”, écrivent les auteurs. L’équipe se demande comment des mécanismes de réparation spécifiques traitent de telles erreurs quantiques, étant donné que le nombre prévu de tautomères est des milliers de fois supérieur au nombre total de mutations dans chaque génération humaine.
Ce travail pourrait potentiellement “ouvrir la voie à l’étude de divers processus de tunnel quantique dans l’ADN et la membrane cellulaire qui pourraient avoir une importance fondamentale en biologie moléculaire”, déclare Gizem Çelebi Torabfam, scientifique au Centre de recherche et d’application en nanotechnologie de l’Université Sabancı à Istanbul, qui a étudié l’effet tunnel quantique mais n’a pas participé à ces travaux. “En outre, nous devrions envisager un transfert ultrarapide entre deux bases d’ADN dans la pathogenèse de maladies courantes.”