Az élő sejtek DNS másoló molekuláris gépei gyorsak és pontosak a megfelelő bázispárok összerakásában. A párosítást a bázisok alakjának felismerésével végzik. Mindezek ellenére minden 10.000-100.000 bázis másolásánál hibát vétenek, ami ha nem kerül kijavításra mutációként továbbörökítődik a genomban. Ha túl sok van belőlük a genom mutálódása irányíthatatlanná válik, ami végzetes lehet.

A kutatókat régóta érdekli, hogyan keletkeznek ezek a látszólag véletlenszerű hibák. Egyes elméletek szerint a DNS bázisok képesek alakot váltani, átmenetileg egy alternatív állapotba alakulva, ami megtéveszti a replikációs gépezetet, rossz bázispárokat szőve a DNS-be. Ezeket a parányi alakváltásokat azonban eddig még senkinek sem sikerült megfigyelnie.

A Nature-ben megjelent új tanulmány szerint egyfajta "kvantumrángatózás" hangolja ezeket a spontán mutációkat. Az amerikai Duke Egyetem kutatóinak sikerült megfigyelniük a DNS bázisok parányi változásait, ami gyakorlatilag egyetlen atom elmozdulását jelenti, ez azonban átmenetileg egy másik bázis alakját eredményezi. Hashim M. Al-Hashimi, a Duke biokémikusa szerint ezek a mozgások körülbelül ugyanazon a frekvencián bukkannak fel, mint amin a DNS másolórendszere a hibákat elköveti, vagyis jó eséllyel ezek okozzák a különböző kóros elváltozásokat, köztük a rák kialakulásához vezető véletlenszerű genetikai változásokat. A jelenség rendkívül ritka és csupán egyetlen milliszekundum erejéig létezik, következményei azonban igen mélyrehatók.

Mivel a DNS alakváltás atomi szintű mozgásokat jelent a molekulákban, lehetetlen volt észlelni a hagyományos módszerekkel, ezért a Duke kutatói egy úgynevezett NMR (atomi mágneses rezonancia) relaxációs szóródást alkalmaztak. A DNS-ben a G bázis a C-vel, illetve az A a T-vel kerül párba, a másolás során a hibás párok, mint a G és a T kihullnak. A kutatók mesterségesen előállítottak egy hibás G-T párt tartalmazó DNS szálat, majd az NMR technikával nyomon követték a hidrogén atomok vándorlását a G és T bázisok nitrogén és oxigén atomjai között. Normál esetben a G nem alkot jó párt a T-vel, mivel mindkettő esetében a hidrogén atomok a felszín felé mozognak, ezért ütközéseket eredményeznek.

Az eredeti feltevés szerint a bázisok kilökik a hidrogéneket az útból, így téve lehetővé a hibás kapcsolódásokat. Az NMR technika segítségével a kutatóknak először sikerült közvetlen bizonyítékokat nyerni ezekre az atomi átrendeződésekre a DNS kettős spiráljában, emellett hasonló jelenségek kialakulását bizonyították a DNS kémiai rokonában, az RNS-ben is. Ez a parányi mozgás, vagy "kvantumrángatózás" olyan hatalmas energiát igényel, hogy a hibás párok kialakulásához legalább 10.000 kísérletre van szükség. Az új alakot mindössze 50-200 mikroszekundumig tartják meg, mielőtt a hidrogén visszaugrana eredeti helyére.

A kutatók több korábbi biológiai tanulmányt is megvizsgáltak és rájöttek, hogy ezek a ritka alternatív állapotok közel ugyanolyan gyakran jelentek meg a DNS-ben, mint a polimeráz gépezet másolási hibái. A kutatás fényt derít a rákhoz hozzájáruló véletlenszerű mutációkért felelős alapvető mechanizmusra. A „kvantumrángatózás” kialakulásának alaposabb megismerése új gyógymódokhoz vezethet a rákos sejtek és a vírusok esetében. "Tudjuk, hogy bizonyos rákkeltő anyagok, mint az 5-bromouridin képes növelni ezeknek a rángásoknak a gyakoriságát" - nyilatkozott a tanulmány szerzője Isaac J. Kimsey. "Ezért ezt a tudást felhasználhatjuk, hogy a vakcinák gyorsabban indukálják a rákos sejteket vagy vírusokat, amik ezáltal annyi másolási hibát vétenek, hogy mutálódásuk megállíthatatlan lesz, és végül elpusztulnak"