Genowy doping

W 2004 roku opublikowano badanie dotyczące zmiany genu białka zwanego PPAR-delta, celem zwiększenia jego aktywności. Naukowcy odkryli, że jedna mała modyfikacja w pojedynczym białku doprowadziła u myszy do transformacji mięśni poprzez zwiększenie włókien wolnokurczliwych oraz poprawę ekonomiki energetycznej długotrwałych wysiłków. Myszy z ulepszonym białkiem mogły biec dwa razy dłuższy dystans niż zwykłe myszy, w związku z czym nazwano je myszami maratońskimi. Oczywiście, badanie miało na celu projektowanie leków dla osób, którym wyniszczające choroby uniemożliwiają ćwiczenia. Ale czy w głowie nie pojawia się od razu myśl o możliwości zastosowania tej modyfikacji w zupełnie innym celu?

Co oznacza genowy doping?

Niemal każda komórka naszego organizmu zawiera w swoim jądrze cząsteczkę DNA, w której zapisane są instrukcje na temat budowy i funkcjonowania tej komórki, ale także poszczególnych tkanek, organów i całego organizmu. Jeśli w tej instrukcji pojawi się błąd, może on objawiać się jako choroba. Dziś, biorąc pod uwagę postęp naukowy, potrafimy powiązać geny z większością chorób genetycznych. Idea ich leczenia polega na zidentyfikowaniu wadliwego lub brakującego genu i dostarczeniu do komórki terapeutycznego genu, który może kompensować uszkodzony lub zastępować brakujący gen, tym samym zmuszając organizm do produkcji brakującego białka albo do zahamowania tworzenia protein, które działają szkodliwie.

Za przykład niech posłuży erytropoetyna (EPO), hormon wytwarzany w organizmie, który zwiększa produkcję erytrocytów i dzięki temu krew jest zdolna do transportu większej ilości tlenu do mięśni. U osób z anemią EPO może być zbawiennym lekiem, natomiast dla sportowców od dawna stanowi sposób na podniesienie wydolności organizmu ponad normalnie osiągany poziom. Choć więc ideą terapii genowej jest pomoc osobom chorym, to w sporcie może oznaczać wykorzystywanie terapii do udoskonalenia czy usprawnienia organizmu sportowca. Wystarczy uświadomić sobie, że sterydy anaboliczne również wykorzystywano kiedyś w leczeniu najsłabszych, od osób niedożywionych, poprzez ofiary poparzeń i dzieci z zaburzeniami wzrostu. Tak było ze sterydem o nazwie norboleton, wynalezionym przez Gordona Hughes’a w 1961 roku, który w zamyśle miał pomagać osobom chorym i wiekowym odbudować zapasy białka w organizmie, a ostatecznie trafił do ośrodka dla sportowców, gdzie pod nazwą “the Clear” podawano go zawodnikom, takim jak na przykład biegaczka, złota medalistka olimpijska, Marion Jones. 

Aktualnie udało się zidentyfikować około 200 polimorfizmów genetycznych, które mogą mieć ścisły związek z wysiłkiem fizycznym. To właśnie geny wpływają bowiem na naszą wydolność, wytrzymałość, odporność na ból, a więc w dużej mierze determinują zdolności sportowe. Z tego powodu już w 2003 roku doping genowy znalazł się na liście Światowej Agencji Antydopingowej (WADA). Został on zdefiniowany jako: „nieterapeutyczne wykorzystanie komórek, genów, elementów genetycznych lub modulacja ekspresji genów, mających zdolność do poprawy wyników sportowych”, a obecnie oznacza on “użycie kwasów nukleinowych lub analogów kwasu nukleinowego, które mogą wpływać na sekwencje genomu i/lub ekspresję genów za pomocą dowolnego mechanizmu. Obejmuje to między innymi edytowanie, wyciszanie i transfer genów, oraz użycie komórek prawidłowych lub zmodyfikowanych genetycznie”. 

Czy terapia genowa jest bezpieczna?

Technika terapii genowej polega na dostarczeniu materiału genetycznego w formie pozwalającej na przedostanie się do jądra właściwej komórki i wprowadzenie go do genomu komórki. Można to zrobić na dwa sposoby. Pierwszy z nich  polega na pobraniu komórek z ciała pacjenta, następnie wprowadzeniu genu w laboratorium i ponownej transplantacji komórek do organizmu. Druga metoda polega na wprowadzeniu terapeutycznego genu do wybranych komórek w organizmie pacjenta przy pomocy transportera. W tym celu najczęściej używa się zmodyfikowanych wirusów, które posiadają zdolność przechodzenia przez błony komórkowe i zostawiania w komórce materiału genetycznego. Z wirusów usuwa się geny odpowiedzialne za chorobotwórczość, a dodaje sekwencję genu, który ma zostać naprawiony. I w ten sposób można dostać się do jądra komórki, dołączyć do DNA odpowiednie geny i sprawić, że komórka zacznie produkować określone białka. 

Czy terapie genowe są bezpieczne? Na razie na pewno większość z nich jest wyłączne w fazie eksperymentalnej, w dużej mierze testowane są one tylko na zwierzętach. Za dowód niech posłuży fakt, że z kilku tysięcy badań prowadzonych od wielu lat, w Unii Europejskiej dopiero w 2012 roku dopuszczono pierwszą terapię genową. Niosą one bowiem ze sobą określone ryzyko – najpoważniejsze z nich to zwiększona odpowiedź immunologiczna, kiedy organizm walczy z komórkami zawierającymi nowe geny, uznając je za obce. Najgłośniejszym przypadkiem jest śmierć Jesse’go Gelsingera, który zmarł po podaniu wirusa z terapeutycznym genem wskutek bardzo silnej reakcji immunologicznej. Dodatkowo, niektóre wirusy integrują materiał genetyczny w zupełnie przypadkowych miejscach genomu, co może sprawić, że inne geny przestaną działać, albo może doprowadzić do rozwoju nowotworu. U niektórych pacjentów leczonych na zagrażający życiu niedobór odporności, rozwinęła się białaczka. Może nastąpić również nieoczekiwana rekombinacja wirusa oraz inne, dotychczas nierozpoznane interakcje. 

Ryzyko to rośnie zwłaszcza w przypadku dopingu genowego, który jeśli jest stosowany – a co do jego stosowania nikt nie ma wątpliwości – najpewniej jest wykonywany poza kontrolą,  bez stosowania środków zabezpieczających i ochronnych, a wirusy do transferu genów wytworzone w niekontrolowanych czy nieodpowiednich warunkach laboratoryjnych mogą być skażone, np. czynnikami chemicznymi lub innymi wirusami czy toksynami, zagrażając w ten sposób zdrowiu i życiu. Dodatkowo warto zdać sobie sprawę, że terapia genowa może wywoływać trwałe skutki i nie zostanie usunięta z organizmu jak zwykły lek, z upływem czasu. Niesie to określone ryzyko, jak na przykład stały wzrost EPO może stanowić poważne zagrożenie dla zdrowia i życia, zwiększając możliwość wystąpienia zawałów serca, zakrzepicy czy udaru mózgu. 

EPO, IGF-1, MGF i PPAR-delta

Skoro już mowa o EPO, to jest to oczywiście pierwszy gen do naprawienia, jaki przychodzi do głowy sportowcom, ponieważ zwiększa liczbę czerwonych krwinek i ilość tlenu we krwi, potęgując tym samym dopływ tlenu do mięśni. Z ciekawostek można wspomnieć o fińskim narciarzu Eero Mäntyranta, który zmagał się z oskarżeniami o doping, aż w końcu dwadzieścia lat po zakończeniu sportowej kariery odkryto u niego naturalną genetyczną mutację, stymulującą szpik kostny do produkcji czerwonych krwinek. Jednak o EPO najgłośniej było za sprawą Lance’a Armstronga, który w trakcie leczenia choroby nowotworowej dostawał oficjalnie duże dawki leku podobnego do EPO, tłumacząc tym obecność pochodnych EPO w próbkach moczu, a ostatecznie przyznał się do stosowania nielegalnego dopingu. EPO jest bowiem dość łatwo wykrywalne w moczu, tymczasem dzięki dopingowi genetycznemu w organizmie sportowca pojawiłoby się EPO nie do odróżnienia od naturalnego. Taką metodę opracowała w 2002 roku brytyjska firma medyczna pod postacią leku Repoxygen, jako zdolnego do leczenia anemii związanej z chemioterapią stosowaną w raku nerki. W przeciwieństwie do powszechnie stosowanej syntetycznej EPO, łatwo wykrywanej w testach antydopingowych, Repoxygen miał wprowadzać do organizmu wirusy transportujące ludzki gen odpowiedzialny za syntezę EPO. W 2004 roku niemiecki trener chciał kupić Repoxygen i podawać go młodym biegaczkom. 

Inne modyfikacje genetyczne zakładają wykorzystanie insulinoodpornego czynnika wzrostu (IGF-1), mechanicznego czynnika wzrostu (MGF) i hormonu wzrostu (GF), odpowiedzialnych  za masę mięśniową i stosowanych głównie z myślą o poprawie zdrowia chorych z degeneracyjnym zanikiem mięśni. Badania wykazały również, że umożliwiają one regenerację mięśni po urazie. IGF-1 wiąże się ze wzrostem wielkości masy mięśni oraz zwiększeniem ich siły, wpływa również na metabolizm tłuszczów, węglowodanów i białek. Kiedy naukowiec H. Lee Sweeney wyhodował przy pomocy IGF-1 genetycznie zmodyfikowane supermyszy, tak umięśnione, że nazwano je myszami Schwarzeneggera, ciesząc się, że jego odkrycie będzie mogło pomóc osobom cierpiącym na zanik mięśni, odebrał mnóstwo telefonów nie tylko od zdesperowanych pacjentów, ale i sportowców gotowych wypróbować na sobie eksperymentalną terapię. Znalazł się nawet trener futbolu z liceum, który gotów był zapłacić za zmodyfikowanie całej swojej drużyny. Zarówno IGF-1, jak i MGF znajdują się na liście WADA. 

Warto również wspomnieć o miostatynie, białku odpowiedzialnym za blokowanie przyrostu mięśni. Wykazano, że supresja genu lub białka miostatyny powoduje niefizjologiczny – pod względem liczby i wielkości komórek – rozwój tkanki mięśniowej. Zrobiło się o nim głośno w 2004 roku, kiedy odkryto brak genu GDF-8 produkującego miostatynę u 6-letniego chłopca z Niemiec. Był on nad wyraz silny i bardzo umięśniony, w wieku 5 lat jego masa mięśniowa była dwukrotnie większa niż u rówieśników. Także myszy pozbawione genu miostatyny mają o 25–30% zwiększoną masę mięśniową. Dlatego blokowanie miostatyny, jako skuteczne w zwiększaniu masy mięśniowej, wydaje się być obiecujące w leczeniu dystrofii i innych chorób wyniszczających mięśnie, ale może również kusić jako lek przynoszący znacznie korzyści sportowe.

Kolejna terapia, która może skutkować zmianami fizjologicznymi na wielu poziomach w organizmie, jest terapia wykorzystująca gen lub białko HIF-1 (czynnik indukowany niedotlenieniem). Może ona poprawiać wytrzymałość sportową. Także aktywacja genu PPAR-delta (tego od maratońskich myszy), zmniejsza przyrost masy ciała, zwiększa tempo metabolizmu i wytrzymałość mięśni szkieletowych. Istnieje również lek GW1516, stosowany w niektórych badaniach klinicznych w leczeniu otyłości i cukrzycy, którego podawanie myszom przez okres pięciu tygodni zwiększyło tolerancję wysiłku o 60-70%, a długość przebytego dystansu o 48% Zarówno PPAR-delta oraz GW1516 znajdują się na liście WADA i ​​niektórzy sportowcy zostali już przyłapani na stosowaniu takiego dopingu (np. rosyjski kolarz Valery Kaykov). Na liście WADA znajduje się również AICAR,  który po 4 tygodniach podawania myszom poddanym treningowi spowodował wzrost ich szybkości i siły o 20-40%.

Czy czeka nas epoka nadludzi?

Jak widać na powyższych przykładach, od wielu lat sportowcy chcą osiągnąć przy pomocy dopingu te same efekty – wzrost siły, wytrzymałości, szybkości czy masy mięśniowej – jednak doping genowy różni się od innych tym, że wykrycie go jest szczególnie trudne. Białko wytwarzane przez obcy gen lub genetycznie zmanipulowane komórki będą strukturalnie i funkcjonalnie bardzo podobne do białek endogennych. Większość białek zwiększających siłę mięśni jest zazwyczaj wytwarzana lokalnie w mięśniu, a ich obecność może być niewykrywalna we krwi lub moczu lub wykrywana jako naturalny składnik. Zapewne dlatego pokusa stosowania genowych modyfikacji jest tak kusząca. Jedyna wiarygodna metoda wymagałaby biopsji mięśnia, ale takie podejście jest praktycznie niemożliwe do zastosowania w sporcie. Obecnie WADA pracuje więc na opracowaniem nowego podejścia do testowania, tj. nie na szukaniu samej substancji, ale na szukaniu wpływu wprowadzonej substancji na organizm. 

Nie budzi więc wątpliwości, że doping genetyczny istnieje i że sportowcy z nim eksperymentują, zwłaszcza jeśli zdamy sobie sprawę, że na dzisiaj prowadzi się około dwa tysiące badań genetycznych. Wszyscy naukowcy pracujący nad terapiami genowymi dostrzegają ten problem i wiedzą, że wiele z nich ma ogromny potencjał, aby stać się środkiem dopingującym używanym nielegalnie przez sportowców. Jak powiedział naukowiec od myszy Schwarzeneggera, H.Lee Sweeney, “dzięki temu jestem bardziej świadomy potencjalnych nadużyć tego, co robimy. Z pewnością nie projektujemy tego dla zdrowych sportowców”. Jednak nie wszyscy wyrażają te same obawy, a niektórzy nawet zadają sobie pytanie, dlaczego sportowcowi należy odmówić najnowocześniejszej technologii? Tylko dlatego, że jest sportowcem? 

Czy w przyszłości wzmocnienie genetyczne będzie również wykorzystywane nie tylko do leczenia chorób, ale także do zwiększania sprawności? Czy doczekamy się ery genetycznie ulepszonych nadludzi? 

Źródła:

• https://www.hhmi.org/news/genetically-engineered-marathon-mouse-keeps-running
• https://ciekawe.org/2016/08/20/czym-jest-doping-genowy-oraz-czy-sportowy-w-rio-moga-go-stosowac/
• https://techmove.pl/biohacking/doping-genowy-czy-da-sie-stworzyc-sportowca-idealnego/
• https://www.gazetaprawna.pl/wiadomosci/artykuly/964048,doping-genowy-w-sporcie.html
• https://rowery.org/2016/07/31/doping-genowy-prawdy-mity/
• https://www.thelancet.com/journals/lancet/article/PIIS0140-6736(05)67829-4/fulltext
• https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4203840/
• https://www.embopress.org/doi/full/10.1038/sj.embor.7400968
• http://doping.pl/gw-501516-gw1516-oraz-gsk-516-cardarine-endurobol/
• https://www.wada-ama.org/sites/default/files/resources/files/prohibited_list_2021_polish.pdf
• Krzysztof Chrostowski” Doping genowy – nowe zagrożenie dla sportu”„Sport Wyczynowy” 2005, nr 9-10/489-490
• Adam Piore “Magia bioinżynierii. Ciało, geny i  medycyna przyszłości”, Wydawnictwo Uniwersytetu Jagiellońskiego, Kraków 2019