Trudniejszy do wykrycia niż EPO, doping genowy jest rzadziej zgłaszanym frontem w walce o czysty cykl
Historia dopingu i antydopingu to coś w rodzaju Wile E. Kojota ścigającego Road Runnera: bez względu na to, jak blisko Wile E. zbliży się do Road Runnera, ten drugi jest zawsze o krok do przodu. Wydaje się to jeszcze bardziej dotyczyć nowego, mrocznego zakątka dopingu, który może brzmieć jak scenariusz science-fiction, ale w rzeczywistości istnieje od co najmniej dwóch dekad: doping genowy (lub genetyczny).
Ale pomimo szybkiego rozwoju dopingu genowego, nowa metodologia testowania dopingu genowego może stanowić ważny punkt zwrotny przeciwko stosowaniu genów w celu poprawy wydajności.
ADOPE (Advanced Detection of Performance Enhancement) został zaprezentowany na Uniwersytecie Stirling w Szkocji na początku września i jest jednym z niewielu znanych testów przeciwko dopingowi genowemu.
Metoda została opracowana przez grupę naukowców z Uniwersytetu Technicznego w Delft w Holandii i będzie konkurować z ponad 300 innymi zespołami w konkursie Genetycznie Inżynierii Maszyn 2018; uroczystość wręczenia nagród odbędzie się w Bostonie, MA, 28 października.
Po pierwsze: czym jest doping genowy?
Doping genowy to „nadużywanie” terapii genowej w celu poprawy wydajności. Z drugiej strony terapia genowa to technika, która wykorzystuje geny, a nie leki lub operacje do leczenia lub zapobiegania chorobom.
Terapia polega na dostarczeniu zewnętrznego materiału genetycznego do komórek pacjenta. Materiał genetyczny – zawierający specyficzną ekspresję, która aktywuje białka stosowane w leczeniu choroby – jest wprowadzany do komórek za pomocą zewnętrznego wektora (zwykle wirusa).
Weźmy na przykład EPO. Erytropoetyna – białko, które stymuluje produkcję czerwonych krwinek w szpiku kostnym, a w konsekwencji zwiększa poziom hemoglobiny w organizmie i dostarczanie tlenu do tkanek – jest normalnie wydzielana przez nerki.
Zastrzyki EPO były znanym poprawą wydajności, którą rowerzyści nadużywali przez kilka lat, szczególnie w latach 90.
Dzisiaj, mimo że przypadki dodatnich EPO są nadal zgłaszane, coraz trudniej jest uciec od tej praktyki, ponieważ kontrole antydopingowe mogą obecnie dość skutecznie wykrywać zewnętrzne EPO.
Jednak alternatywa dopingu genowego, która zwiększa produkcję EPO poprzez wprowadzenie nowego materiału genetycznego do sportowca, w końcu wyglądałaby jak naturalny produkt własnej fizjologii sportowca, a nie jak zakazana substancja.
Chociaż terapia genowa jest nadal stosowana tylko w przypadku rzadkich chorób, na które nie ma lekarstwa (takich jak ciężki złożony niedobór odporności, ślepota, nowotwory i choroby neurodegeneracyjne), naukowcy przyznali, że ludzie ze świata sportu zwrócili się do nich i poprosili o stosowanie te terapie jako sposób na poprawę wyników sportowych.
WADA i doping genowy
Światowa Agencja Antydopingowa (WADA) zorganizowała pierwsze warsztaty w celu omówienia dopingu genowego i jego zagrożeń w 2002 roku, a rok później praktyka ta znalazła się na liście nielegalnych substancji i metod WADA.
Od tego czasu WADA przeznacza część swoich zasobów na wykrywanie dopingu genowego (w tym utworzenie kilku grup i paneli ekspertów ds. dopingu genowego), a w 2016 r. wdrożono rutynowe badanie dopingu genowego EPO w akredytowanym przez WADA laboratorium w Australii, Australian Sports Drug Testing Laboratory.
Jednak metodologie testowania dopingu genowego mogą być pracochłonne i wymagać szerokiej wiedzy na temat konkretnej sekwencji DNA dla rzeczywistej praktyki testowania.
Metoda zaproponowana przez ADOPE, z drugiej strony, koncentruje się na ukierunkowanym sekwencjonowaniu i łączy korzystne zasady innych metod w potencjalnie bardziej efektywny i ukierunkowany sposób.
Metodologia testowania ADOPE
Metodologia testowania ADOPE została opracowana na podstawie testów przeprowadzonych na krwi bydlęcej i jest podzielona na dwie fazy: pierwsza to faza wstępnego badania, której celem jest potencjalna krew z domieszką genów, a druga jest ukierunkowana na określone sekwencje genetyczne sprawdź, czy DNA rzeczywiście zostało domieszkowane genami, czy nie.
„Na wstępnym screenie”, wyjaśnia Jard Mattens, kierownik ds. praktyk ludzkich w zespole TU Delft, który opracował ADOPE, „doskonale rozwijamy zastosowanie tak zwanych nanocząstek złota z dekstryną do wykrywania dopingu genowego.
'Zasada opiera się na fakcie, że nanocząsteczki złota indukują stopniową, mierzalną zmianę koloru próbki, gdy zawiera ona „doping” DNA.'
W celu opracowania i przetestowania „domieszkowanego genami DNA” – ale bez konieczności domieszkowania genami sportowców lub zwierząt – zespół TU Delft sztucznie „wzbogacił” krew bydlęcą kilkoma uzupełniającymi się sekwencjami DNA.
Celem ich testów było namierzenie i znalezienie sekwencji „domieszkowanych genami”, które dodali do krwi.
'Używamy krwi bydlęcej jako dobrego substytutu ludzkiej krwi, ponieważ zasada działa w ten sam sposób', wyjaśnia Mattens.
'W naszym teście dodaliśmy kilka typów DNA do tej krwi bydlęcej w różnych stężeniach, aby naśladować rozwój stężenia w czasie zgodnie z tym, co wcześniej modelowaliśmy dla ludzi.
'Od tego momentu nasza metoda wykrywania będzie taka sama, a DNA, które dodaliśmy do krwi bydlęcej, powinno zostać wykryte naszą metodą.'
Gdy potencjalna krew z domieszką genową zostanie zidentyfikowana z powodu zmiany jej koloru, następuje druga faza testu, ukierunkowana na określone sekwencje, które zostały dodane do krwi.
„W celu zweryfikowania tego wstępnego badania – kontynuuje Mattens – używamy unikalnego technicznie i innowacyjnego białka fuzyjnego CRISPR-Cas – transpozazy.
'To może być postrzegane jako nanomaszyna, która jest w stanie specyficznie wykryć specyficzne różnice obecne w DNA z domieszką genów.'
CRISPR lub CRISPR-Cas9 (lub edycja genów) to inna i bardziej zaawansowana technika, która pozwala genetykom, którzy używają dwóch cząsteczek – enzymu o nazwie Cas9 i kawałka RNA – w celu wywołania zmiany (mutacja) do DNA.
Ta technika została również zakazana przez WADA od początku 2018 roku jako bardziej zaawansowana technika dopingu genowego, ale w przypadku ADOPE technika CRISPR-CAS służy do znajdowania zmodyfikowanego DNA zamiast jego modyfikowania.
Specyfika ADOPE
Model testowania opracowany przez ADOPE został specjalnie opracowany i opracowany w celu wykrycia genu, który umożliwia wytwarzanie EPO w ludzkim ciele, ale ponieważ metodologia jest bardzo wszechstronna, naukowcy z TU Delft twierdzą, że może być „rozszerzony w celu wykrywania wszelkiego rodzaju dopingu genowego.'
W oparciu o cykl, w którym EPO działa w organizmie, najbardziej prawdopodobnym momentem, w którym sportowcy stosowaliby ten konkretny gen, byłby czas na długo przed zawodami – ale jednocześnie inne geny, ukierunkowane na inne białka i ulepszenia, mogą mieć znacznie szybszy efekt.
Dlatego ADOPE dąży do wprowadzenia regularnych testów antydopingowych w całym kalendarzu treningów i wyścigów.
Jednakże tak zwane „wolne od komórek DNA” będące celem testów ma być bardzo niskie w moczu (chociaż obecne również tutaj), na razie ADOPE działa tylko na próbkach krwi i jej wykrywaniu okno jest nadal ograniczone.
„Na podstawie eksperymentalnego testu przeprowadzonego na naczelnych innych niż człowiek, przeprowadzonego przez Ni i wsp. w 2011 r.”, mówi Mattens, „spodziewamy się, że okres wykrywania będzie trwał zaledwie kilka tygodni.
'Dalszy rozwój metody może sprawić, że ta sama metoda będzie działać również w przypadku moczu w przyszłości.'
Różnica między ADOPE a innymi podejściami
„Większość [innych testów dopingu genowego] opiera się na reakcjach opartych na PCR [Reakcja łańcuchowa polimerazy: technika, która tworzy kopie określonego regionu DNA in vitro], które mają wiele wad” – dodaje Mattens.
'Te reakcje są stosunkowo pracochłonne i wymagają rozległej wiedzy na temat sekwencji DNA. Co więcej, wykorzystanie tych technologii badań antydopingowych znacznie zwiększa prawdopodobieństwo uniknięcia wykrycia.'
Alternatywnie, niektóre inne praktyki testowe skupiają się na sekwencji całego genomu; czyli cały materiał genetyczny obecny w komórce lub organizmie.
Jednak wadą tego podejścia jest to, że należy wziąć pod uwagę całą sekwencję genomu, co jest czasochłonne, nieefektywne i może być również postrzegane jako naruszenie prywatności sportowców.
„Nasze podejście”, mówi Mattens, „koncentruje się na ukierunkowanym sekwencjonowaniu, które łączy korzystne zasady z obu podejść w sposób komplementarny.
'Wykorzystuje zasadę specyficzności PCR, jednak wymaga tylko jednego miejsca docelowego w transgenie (ale wymaga wielu miejsc do przeszukiwania), dzięki czemu prawdopodobieństwo uniknięcia wykrycia jest znacznie niższe.
'[ADOPE] wykorzystuje zasadę sekwencjonowania całego genomu, jednak w bardziej wydajny i ukierunkowany sposób, radykalnie zmniejszając ilość danych.
'W rezultacie uważamy, że ukierunkowane sekwencjonowanie jest znacznie lepszym podejściem i przyszłością wykrywania dopingu genowego.'
