Espín nuclear: un salto cuántico en la comprensión de los procesos biológicos
Un equipo de investigación dirigido por el profesor Yossi Paltiel en la Universidad Hebrea de Jerusalem, junto a otros investigadores de HUJI, el Instituto Weizmann e IST de Austria, realizó un estudio que revela la influencia del espín nuclear en los procesos biológicos. Este descubrimiento desafía suposiciones de larga data y abre nuevas para los avances en biotecnología y biología cuántica.
Los científicos han creído durante mucho tiempo que el espín nuclear no tuvo ningún impacto en los procesos biológicos. Sin embargo, investigaciones recientes han demostrado que ciertos isótopos se comportan de manera diferente debido a su giro nuclear. El equipo se centró en isótopos estables de oxígeno (16O, 17O, 18O) y descubrió que el espín nuclear afecta significativamente la dinámica del oxígeno en entornos quirales, particularmente en su transporte.
Los hallazgos, publicados en las prestigiosas Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS), tienen implicancias para la separación controlada de isótopos y podrían revolucionar la tecnología de resonancia magnética nuclear (RMN).
El Prof. Yossi Paltiel, investigador principal, expresó su entusiasmo por la importancia de estos hallazgos. “Nuestra investigación demuestra que el espín nuclear juega un papel crucial en los procesos biológicos, lo que sugiere que su manipulación podría conducir a aplicaciones innovadoras en biotecnología y biología cuántica. Esto podría revolucionar potencialmente los procesos de fraccionamiento isotópico y desbloquear nuevas posibilidades en campos como la Resonancia Magnética”.
La historia en detalle
Los investigadores han estado estudiando el comportamiento “extraño” de partículas diminutas en los seres vivos, financiando algunos lugares donde los efectos cuánticos cambian los procesos biológicos. Por ejemplo, estudiar los efectos cuánticos de la navegación de aves puede ayudar a algunas aves a encontrar su camino en viajes largos. En las plantas, el uso eficiente de la luz solar para obtener energía se ve afectado por los efectos cuánticos.
Esta conexión entre el pequeño mundo de las partículas y los seres vivos probablemente se remonta a miles de millones de años, cuando comenzó la vida y aparecieron moléculas con una forma especial llamada quiralidad.
La quiralidad es importante porque solo las moléculas con la forma correcta pueden hacer los trabajos que necesitan en los seres vivos.
El vínculo entre la mecánica cuántica quiralidad se encontró en “spin” (espín), que es como una pequeña propiedad magnética. Las moléculas quirales pueden interactuar de manera diferente con las partículas en función de su giro, creando algo llamado selectividad de espín inducido quiral (CISS).
Los científicos han descubierto que el espín afecta a partículas diminutas, como los electrones, en procesos vivos que involucran moléculas quirales. Querían ver si el espín también afecta a partículas más grandes, como iones y moléculas que suministran la base para el transporte biológico. Entonces, hicieron experimentos con partículas de agua que tienen diferentes giros.
Los resultados mostraron que el espín influye en cómo se comporta el agua en las células, entrando a diferentes velocidades y reaccionando de una manera única cuando las moléculas quirales están involucradas.
Este estudio destaca la importancia del giro en los procesos de la vida. Comprender y controlar el giro podría tener un gran impacto en cómo funcionan los seres vivos. También podría ayudar a mejorar las imágenes médicas y crear nuevas formas de tratar enfermedades.
La investigación fue un esfuerzo de colaboración entre científicos de varias instituciones, incluido el Instituto de Ciencias de la Tierra y el Instituto de Ciencias de la Vida, ambos de la Universidad Hebrea y el Instituto Weizmann, dirigidos desde Departamento de Física Aplicada de la Universidad Hebrea.
Financiamiento: NMS reconoce el apoyo del Ministerio de Energía, Israel, como parte del programa de becas para estudiantes graduados en los campos de la energía. ML reconoce el apoyo de la subvención inicial N° 801770 (ANGULON) del Consejo Europeo de Investigación (ERC).
El equipo está formado por el Prof. Yossi Paltiel y los miembros de su laboratorio: Ofek Vardi, Yuval Kolodny, Stav Ferrera, Naama Maroudas-Sklare, Nir Yuran y Shira Yochelis, Departamento de Física Aplicada, Universidad Hebrea de Jerusalem; Nir Keren, Instituto Silberman de Ciencias de la Vida, Universidad Hebrea de Jerusalem; Artem Volosniev, Areg Ghazarya, Mikhail Lemeshko, IST Austria (Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria; Amijai Saragovi, Facultad de Medicina de la Universidad Hebrea; Nir Galili, Itay Halevye, Instituto Weizmann de Ciencias; Hagit P. Affek, Boaz Luz, Yonaton Goldsmith, Instituto de Ciencias de la Tierra, Universidad Hebrea de Jerusalem
El artículo fue publicado en PNAS. 10.1073/PNAS.2300828120
