广岛大学WPI可持续发展手性扭结超材料研究中心（WPI―SKCM2）的冈芳美特任助教与井上克也教授的研究团队，与德国阿尔伯特-路德维希-弗赖堡大学、埼玉大学、分子科学研究所组成的联合研究团队发现，对DNA与生物体内存在的黄素色素之间照射蓝光时发生的反应，会受到比市售磁疗仪更弱的弱磁场影响。此次研究揭示了此前被忽视的生物体内可能存在的DNA光磁感应机制，该研究有望加深对生物所具有的感应能力的理解，以及生活环境中的光和磁场对健康与衰老等带来的影响的理解。相关研究成果已发表在《Communications Chemistry》上。
图1.对黄素连接DNA照射蓝光时，通过电子转移反应形成由黄素（Fl）自由基与鸟嘌呤（G）自由基构成的自由基对示意图。（图片出自广岛大学新闻稿）
在自然界中，有关光受体蛋白隐花色素作为候鸟等生物的磁罗盘发挥作用、感应地磁方向的假说广受认可。其机制被推测为：当隐花色素中吸收蓝光的色素——黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）被光激发时，会与附近存在的氨基酸色氨酸（Trp）发生电子转移反应，由此产生的反应中间体——自由基对，可通过磁场引起的反应效率差异被检测到。
另一方面，此前还有报道指出，本应仅通过吸收紫外线才会发生的DNA氧化损伤，在黄素色素的介导下，也能在可见光区域（蓝光）发生。作为其推定的初期中间体，被认为是DNA碱基中最易被氧化的鸟嘌呤（G）的G自由基阳离子。此前，对于DNA的G碱基与黄素色素结合所发生的反应，弱磁场对其产生的影响几乎未受到关注。
研究表明，蛋白质隐花色素感应微弱磁场（地磁场）的机制，可能由蓝光激发电子转移反应同步形成的FAD自由基与Trp自由基构成的自旋关联自由基对所介导的。
研究团队使用连接了黄素的单链DNA及双链DNA寡聚物，通过时间分辨电子自旋共振光谱法，直接观测到蓝光激发的电子转移反应会形成由黄素（Fl）自由基与鸟嘌呤（G）自由基组成的长寿命自旋相关自由基对。通过瞬态吸收光谱法及其磁场效应（无磁场环境与有磁场环境下生成物产量变化的比例）的反应机制评估显示，与隐花色素中通过单重态前驱体生成自由基对的报告不同，黄素连接DNA寡聚物中存在通过三重态前驱体生成自由基对的情况。此次发现的黄素连接DNA寡聚物的自由基对具有微秒级寿命（满足作为中间体进行磁感应所需的时间），且在室温下也具有显著的磁场效应（与无磁场环境相比，28mT磁场环境下生成物产量增加65%），这一发现有望加深对生物磁感应机制的理解。
此次的成果有望加深对生物所具有的感应能力的理解，以及生活环境中的光和磁场对健康与衰老等带来的影响的理解。特别是此次研究人员关注的DNA的G自由基阳离子是DNA氧化损伤的初期中间体，据称与人类健康和疾病存在密切关联，因此有望应用于健康护理与抗衰老等领域。此外，与修复DNA损伤的蛋白——光裂合酶的协同反应等也备受关注。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Communications Chemistry 2025, 8, Article number: 203
论文：Direct observation of long-lived radical pair between flavin and guanine in single- and double-stranded DNA-oligomers
DOI：10.1038/s42004-025-01596-x
