Prelom na hranici sci-fi: Vedci premenili živý proteín na kvantový senzor a otvorili tak úplne novú éru medicíny

Svet kvantovej mechaniky a svet biológie boli dlho považované za dva nezlučiteľné vesmíry. Kvantové počítače a senzory si vyžadujú extrémne podmienky – teploty blízke absolútnej nule, dokonalé vákuum a úplnú izoláciu od okolitého sveta, aby si zachovali svoje krehké kvantové vlastnosti. Naopak, živá bunka je teplé, chaotické a vlhké prostredie, ktoré sa zdá byť pre akékoľvek kvantové javy absolútne nepriateľské.

Táto fundamentálna bariéra bránila vedcom priamo pozorovať najjemnejšie procesy života na kvantovej úrovni. Prelomový výskum vedcov z Chicagskej univerzity však túto bariéru dramaticky prelomil. Podarilo sa im niečo, čo znie ako zo stránok vedecko-fantastického románu: premenili biologický proteín, molekulu nachádzajúcu sa v živých bunkách, na plne funkčný kvantový senzor.

V jadre tohto objavu je vytvorenie „živého“ kvantového bitu, alebo qubitu – základnej jednotky informácie v kvantovom svete. Namiesto toho, aby sa snažili postaviť zložitý stroj na štúdium života, vedci v podstate presvedčili samotný život, aby sa stal súčasťou ich stroja. Tento prístup „zvnútra von“, kde sa aktivujú prirodzené kvantové vlastnosti molekuly, ktorá je už súčasťou biologického systému, naznačuje niečo hlboké.

Možno príroda využívala kvantovú mechaniku na biologické funkcie po celý čas a my sa len teraz učíme čítať jazyk, ktorým už dávno hovorí. Skutočnosť, že biologický proteín možno premeniť na qubit, naznačuje, že jeho štruktúra je už prispôsobená na udržanie kvantových stavov. To by mohlo znamenať, že procesy ako aktivita enzýmov alebo skladanie proteínov, ktoré v súčasnosti vysvetľujeme klasickou chémiou, majú skrytú kvantovú vrstvu, ktorú sme doteraz nedokázali vidieť.

Výhody tohto prístupu sú ohromujúce. Na rozdiel od umelo vytvorených kvantových senzorov, ako sú defekty v diamantovej mriežke, tieto proteínové qubity môžu byť produkované priamo bunkami. Stačí do bunky vložiť správny gén a jej prirodzená mašinéria začne masovo vyrábať tieto neuveriteľne citlivé senzory.

To znamená, že ich možno umiestniť s dokonalou presnosťou presne tam, kde sú potrebné – priamo vo vnútri živého systému. Tento proces pripomína skôr zasadenie semienka, z ktorého vyrastú továrne, než stavbu jedinej továrne. Potenciálne by sme tak mohli vytvárať celé samoorganizujúce sa kvantové siete vo vnútri živých organizmov na monitorovanie celých tkanív alebo orgánov zvnútra.

Navyše, tieto biologické senzory majú potenciál detegovať signály, ktoré sú tisíckrát silnejšie ako tie, ktoré dokážu zachytiť súčasné technológie. To otvára dvere k bezprecedentnej úrovni citlivosti pri pozorovaní biologických procesov. V podstate sme získali nástroj, ktorý nám umožní nahliadnuť do najhlbších tajomstiev fungovania života na atomárnej úrovni.

Najrevolučnejšou aplikáciou tejto technológie je vízia „kvantovej magnetickej rezonancie v nanorozmeroch“. Predstavte si, že by sme mohli sledovať atómovú štruktúru bunkovej mašinérie, napríklad proces skladania proteínov, v reálnom čase, zatiaľ čo bunka žije a funguje. Doteraz sme na takéto pozorovania museli bunky usmrtiť a fixovať, čím sme získali len statický obraz.

S touto novou technológiou by sme mohli odhaliť prvé molekulárne príznaky choroby, ako je napríklad prvé chybné zloženie proteínu, ktoré by o roky neskôr mohlo viesť k vzniku nádoru. Hoci presnosť týchto proteínových senzorov zatiaľ nedosahuje úroveň najlepších diamantových senzorov, ich schopnosť fungovať priamo v živých systémoch predstavuje podľa vedcov „oveľa radikálnejší“ prísľub.

Tento objav by mohol zásadne zmeniť definíciu lekárskej diagnózy. Namiesto identifikácie už existujúceho ochorenia by sme mohli odhaliť štatistickú pravdepodobnosť jeho vzniku na molekulárnej úrovni, čo by umožnilo zasiahnuť skôr, ako sa prejaví. Medicína by sa tak mohla posunúť od liečby k preventívnej molekulárnej korekcii, čo otvára úplne novú éru v zdravotnej starostlivosti.

Zdroj: cbsnews.com.

^{Zdroj Foto: depositphotos.com.}