All'origine degli occasionali errori di copiatura del DNA da parte del macchinario cellulare ci sono dei “tremiti” quantistici che interessano gli atomi che lo compongono. A scoprirlo è un gruppo di ricercatori della Duke University  che descrive il meccanismo – che è alla base sia delle mutazioni che permettono l'evoluzione delle specie sia di mutazioni nocive come quelle che provocano il cancro – in un articolo pubblicato su “Nature”.

Le macchine molecolari che copiano il DNA di una cellula sono molto veloci e accurate nell'accoppiare fra loro le basi corrette, per esempio la guanina (G) con la citosina (C) e l'adenina (A) con la timina (T). Eppure, ogni 10.000-100.000 basi copiate, commettono un errore che, se non corretto, resta per sempre nel genoma sotto forma di mutazione.

Le ragioni di questi errori apparentemente casuali non sono mai state molto chiare, anche se gli scopritori della doppia elica, Watson e Crick, avevano ipotizzato che le basi potessero cambiare temporaneamente forma o stato quel tanto che basta per ingannare il meccanismo di replicazione.  L'enzima polimerasi, che svolge questa funzione, scambia una certa base per un'altra e incorpora nei filamenti di DNA in costruzione una base sbagliata.

I normali metodi di analisi non permettono però di verificare questa ipotesi dato che le variazioni di forma avvengono a scala atomica. Isaac J. Kimsey e colleghi hanno quindi pensato di ricorrere a una tecnica di risonanza magnetica nucleare estremamente sofisticata, la cosiddetta NMR-RD (NMR relaxation dispersion), che consente di monitorare gli spostamenti di singoli atomi.

Sono così riusciti a dimostrare per la prima volta che, a seguito di fenomeni quantistici, all'interno del doppio filamento di DNA può avvenire una migrazione di atomi di idrogeno fra gli atomi di azoto e di ossigeno presenti nelle basi, proprio come avevano ipotizzato Watson e Crick.

Questa migrazione, e la distorsione della forma della base in cui avviene, è piuttosto rara perché richiede un apporto di energia dall'esterno abbastanza elevato, ed è comunque temporanea perché gli atomi di idrogeno tornano rapidamente nella loro posizione originaria, che è energeticamente più stabile. Questa oscillazione, o tremito, atomico può durare dai 50 ai 200 microsecondi, un tempo brevissimo ma sufficiente perché si verifichi un accoppiamento di basi scorretto.

Confrontando i dati da loro raccolti con  precedenti studi biologici, i ricercatori hanno poi scoperto che gli stati alternativi creati da questi “tremiti” si verificano con la stessa frequenza degli errori di copiatura della polimerasi, l'enzima che presiede alla copiatura del DNA. Questo conferma che il fenomeno studiato da Kimsey e colleghi è lo stesso che causa le mutazioni da copiature errata nelle cellule viventi.

Una migliore comprensione del modo con cui si producono i tremiti – osservano gli autori - potrebbe contribuire allo sviluppo di nuove terapie. "Sappiamo che alcuni agenti cancerogeni come la 5-bromouridina – ha detto Kimsey   - possono rendere più frequenti i tremiti. Possiamo quindi usare questa informazione per progettare farmaci che inducano le cellule tumorali o i virus a mutare fino a produrre così tanti errori da morirne."