Incorporation of chemical reaction path exploration into quantum wave-packet dynamics: Elucidation of quantum effects in nucleic acid mutations

• Project/Area Number: 24K08333
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 32010:Fundamental physical chemistry-related
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 菅野 学 東北大学, 理学研究科, 助教 (30598090)
• Project Period (FY): 2024-04-01 – 2028-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2027: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2026: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000); Fiscal Year 2025: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2024: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
• Keywords: 量子波束 / 反応経路 / トンネル効果 / 非断熱遷移 / 核酸変異

Outline of Research at the Start

核酸変異などの生体現象における原子核の量子効果（トンネル効果や非断熱遷移）に関して, 従来の説を覆す報告が相次いでいる. これらの量子ダイナミクスを理論的に記述する上で, 既存の手法は多原子分子には適用できない. 本研究では, 量子波束動力学法の1つであるガウス基底展開法と飛躍的な進歩を遂げている化学反応経路探索を融合した独自開発の新理論（SBG展開法）をさらに発展させ, この問題を解決する. 核酸変異と密接に関連する現象（核酸塩基の互変異性化やフェムト秒の超高速無輻射失活, および, OHラジカル発生から核酸損傷に至る過程）の分子論的機構を解明し, 量子生命科学や医療分野への貢献を目指す.