L’impact du spin nucléaire sur les processus biologiques découvert

Les scientifiques ont longtemps cru que le spin nucléaire n’avait aucun impact sur les processus biologiques. Cependant, des recherches récentes ont montré que certains isotopes se comportent différemment en raison de leur spin nucléaire. L’équipe s’est concentrée sur les isotopes stables de l’oxygène (16O, 17O, 18O) et a découvert que le spin nucléaire affecte de manière significative la dynamique de l’oxygène dans les environnements chiraux, en particulier dans son transport.

Les conclusions, publiées dans le Actes de l’Académie nationale des sciences (PNAS)ont des implications potentielles pour la séparation contrôlée des isotopes et pourraient révolutionner la technologie de résonance magnétique nucléaire (RMN).

Le professeur Yossi Paltiel, le chercheur principal, a exprimé son enthousiasme quant à l’importance de ces découvertes. Il a déclaré : « Nos recherches démontrent que le spin nucléaire joue un rôle crucial dans les processus biologiques, suggérant que sa manipulation pourrait conduire à des applications révolutionnaires en biotechnologie et en biologie quantique. Cela pourrait potentiellement révolutionner les processus de fractionnement isotopique et ouvrir de nouvelles possibilités dans des domaines tels que la RMN. “

L’histoire en détail

Les chercheurs ont étudié le comportement “étrange” de minuscules particules dans les êtres vivants, finançant certains endroits où les effets quantiques modifient les processus biologiques. Par exemple, l’étude des effets quantiques de la navigation des oiseaux peut aider certains oiseaux à trouver leur chemin lors de longs trajets. Dans les plantes, l’utilisation efficace de la lumière solaire pour produire de l’énergie est affectée par des effets quantiques.

Cette connexion entre le petit monde des particules et les êtres vivants remonte probablement à des milliards d’années lorsque la vie a commencé et que des molécules avec une forme spéciale appelée chiralité sont apparues. La chiralité est importante car seules les molécules ayant la bonne forme peuvent faire le travail dont elles ont besoin dans les êtres vivants.

Le lien entre la mécanique quantique de la chiralité a été trouvé dans le “spin”, qui est comme une minuscule propriété magnétique. Les molécules chirales peuvent interagir différemment avec les particules en fonction de leur spin, créant ce qu’on appelle la sélectivité de spin induite par la chiralité (CISS).

Les scientifiques ont découvert que le spin affecte de minuscules particules, comme les électrons, dans les processus vivants impliquant des molécules chirales. Ils voulaient voir si le spin affecte également les particules plus grosses, comme les ions et les molécules qui fournissent la base du transport biologique. Ils ont donc fait des expériences avec des particules d’eau qui ont des spins différents. Les résultats ont montré que le spin influence le comportement de l’eau dans les cellules, entrant à des vitesses différentes et réagissant de manière unique lorsque des molécules chirales sont impliquées.

Cette étude met en évidence l’importance du spin dans les processus de la vie. Comprendre et contrôler le spin pourrait avoir un impact important sur le fonctionnement des êtres vivants. Cela pourrait également aider à améliorer l’imagerie médicale et à créer de nouvelles façons de traiter les maladies.

La recherche était un effort de collaboration entre des scientifiques de diverses institutions, dont l’Institut des sciences de la Terre et des sciences de la vie en hébreu et l’Institut Weizmann, l’étude étant dirigée par le Département de physique appliquée de l’Université hébraïque.

Financement: NMS reconnaît le soutien du ministère de l’Énergie d’Israël dans le cadre du programme de bourses d’études pour les étudiants diplômés dans les domaines de l’énergie. ML reconnaît le soutien du Conseil européen de la recherche (ERC) Starting Grant No. 801770 (ANGULON).

L’équipe comprend: Yossi Paltiel, Ofek Vardi, Yuval Kolodny, Stav Ferrera, Naama Maroudas-Sklare, Nir Yuran, Shira Yochelis. Département de physique appliquée, Université hébraïque de Jérusalem ; Nir Keren, Institut Silberman des sciences de la vie, Université hébraïque de Jérusalem ; Artem Volosniev, Areg Ghazarya, Mikhail Lemeshko, IST Autriche (Institut des sciences et technologies d’Autriche ; Amijai Saragovi, École de médecine de l’Université hébraïque ; Nir Galili, Itay Halevye, Institut des sciences Weizmann ; Hagit P. Affek, Boaz Luz, Yonaton Goldsmith, Institut des sciences de la Terre, Université hébraïque de Jérusalem.