Πιο δύσκολο να εντοπιστεί από το EPO, το γονιδιακό ντόπινγκ είναι λιγότερο αναφερόμενο μέτωπο στον αγώνα για καθαρή ποδηλασία
Η ιστορία του ντόπινγκ και του αντιντόπινγκ είναι κάτι σαν τον Wile E. Coyote που κυνηγά τον Road Runner: ανεξάρτητα από το πόσο κοντά είναι ο Wile E. στον Road Runner, ο τελευταίος είναι πάντα ένα βήμα μπροστά. Αυτό φαίνεται ακόμη περισσότερο για μια νέα, σκιώδη γωνιά ντόπινγκ που μπορεί να ακούγεται σαν σενάριο επιστημονικής φαντασίας, αλλά στην πραγματικότητα υπάρχει εδώ και τουλάχιστον δύο δεκαετίες: γονιδιακό (ή γενετικό) ντόπινγκ.
Αλλά παρά την ταχεία ανάπτυξη του γονιδιακού ντόπινγκ, μια νέα μεθοδολογία δοκιμών για το γονιδιακό ντόπινγκ μπορεί να αποτελέσει μια σημαντική καμπή ενάντια στη χρήση γονιδίων για σκοπούς βελτίωσης της απόδοσης.
Το ADOPE (Advanced Detection of Performance Enhancement) παρουσιάστηκε στο Πανεπιστήμιο του Stirling, στη Σκωτία, στις αρχές Σεπτεμβρίου και είναι ένα από τα πολύ λίγα γνωστά τεστ ενάντια στο γονιδιακό ντόπινγκ.
Η μέθοδος αναπτύχθηκε από μια ομάδα επιστημόνων του Τεχνικού Πανεπιστημίου του Ντελφτ, στην Ολλανδία, και θα ανταγωνιστεί περισσότερες από 300 άλλες ομάδες στον διαγωνισμό Μηχανής Γενετικής Μηχανικής του 2018. η τελετή απονομής θα πραγματοποιηθεί στη Βοστώνη, Μασαχουσέτη, στις 28 Οκτωβρίου.
Πρώτα πράγματα πρώτα: τι είναι το γονιδιακό ντόπινγκ;
Το γονιδιακό ντόπινγκ είναι η «κακή χρήση» της γονιδιακής θεραπείας για σκοπούς βελτίωσης της απόδοσης. Η γονιδιακή θεραπεία, από την άλλη πλευρά, είναι μια τεχνική που χρησιμοποιεί γονίδια αντί για φάρμακα ή χειρουργικές επεμβάσεις για τη θεραπεία ή την πρόληψη ασθενειών.
Η θεραπεία συνίσταται στην παροχή εξωτερικού γενετικού υλικού στα κύτταρα του ασθενούς. Το γενετικό υλικό – το οποίο περιέχει μια συγκεκριμένη έκφραση που ενεργοποιεί τις πρωτεΐνες που χρησιμοποιούνται για τη θεραπεία της νόσου – εισάγεται στα κύτταρα χρησιμοποιώντας έναν εξωτερικό φορέα (συνήθως ιό).
Ας πάρουμε το EPO, για παράδειγμα. Η Ερυθροποιητίνη – η πρωτεΐνη που διεγείρει την παραγωγή ερυθρών αιμοσφαιρίων στο μυελό των οστών και κατά συνέπεια αυξάνει τα επίπεδα αιμοσφαιρίνης στο σώμα και την παροχή οξυγόνου στους ιστούς – εκκρίνεται κανονικά από τα νεφρά.
Οι Οι ενέσεις EPO ήταν η περιβόητη βελτίωση απόδοσης που έκαναν κατάχρηση οι ποδηλάτες για αρκετά χρόνια, ιδιαίτερα τη δεκαετία του '90.
Σήμερα, παρόλο που εξακολουθούν να αναφέρονται περιπτώσεις θετικής EPO, γίνεται πιο δύσκολο να ξεφύγουμε από αυτήν την πρακτική, καθώς οι έλεγχοι αντιντόπινγκ μπορούν να ανιχνεύσουν αρκετά αποτελεσματικά την εξωτερική EPO στις μέρες μας.
Ωστόσο, η εναλλακτική γονιδιακή ντόπινγκ, η οποία ενισχύει την παραγωγή EPO μέσω της εισαγωγής νέου γενετικού υλικού σε έναν αθλητή, θα έμοιαζε τελικά με φυσικό προϊόν της φυσιολογίας του ίδιου του αθλητή και όχι σαν απαγορευμένη ουσία.
Μολονότι η γονιδιακή θεραπεία εξακολουθεί να χρησιμοποιείται μόνο για σπάνιες ασθένειες που δεν έχουν θεραπεία (όπως σοβαρή συνδυασμένη ανοσοανεπάρκεια, τύφλωση, καρκίνο και νευροεκφυλιστικές ασθένειες), οι επιστήμονες ομολόγησαν ότι άτομα από τον κόσμο του αθλητισμού τα έχουν προσεγγίσει και τους ζήτησαν να χρησιμοποιήσουν αυτές οι θεραπείες ως ένας τρόπος για να βελτιώσουν τις αθλητικές τους επιδόσεις.
WADA και γονιδιακό ντόπινγκ
Ο Παγκόσμιος Οργανισμός κατά του Ντόπινγκ (WADA) διοργάνωσε το πρώτο εργαστήριο για να συζητήσει το γονιδιακό ντόπινγκ και τις απειλές του το 2002, ενώ η πρακτική καταγράφηκε στον κατάλογο παράνομων ουσιών και μεθόδων του WADA τον επόμενο χρόνο.
Από τότε ο WADA αφιερώνει μέρος των πόρων του για να επιτρέψει την ανίχνευση γονιδιακού ντόπινγκ (συμπεριλαμβανομένης της δημιουργίας αρκετών ομάδων και ομάδων ειδικών για το γονιδιακό ντόπινγκ) και το 2016 εφαρμόστηκε ένα τεστ ρουτίνας για το γονιδιακό ντόπινγκ EPO στο διαπιστευμένο από τον WADA εργαστήριο στην Αυστραλία, το Αυστραλιανό Εργαστήριο Αθλητικών Δοκιμών Φαρμάκων.
Ωστόσο, οι μεθοδολογίες ελέγχου για το γονιδιακό ντόπινγκ μπορεί να είναι επίπονες και απαιτούν ευρεία γνώση μιας συγκεκριμένης αλληλουχίας DNA για την πραγματική πρακτική των δοκιμών.
Η μέθοδος που προτείνει η ADOPE, από την άλλη πλευρά, εστιάζει στη στοχευμένη αλληλουχία και συνδυάζει τις ευεργετικές αρχές των άλλων μεθόδων με έναν δυνητικά πιο αποτελεσματικό και στοχευμένο τρόπο.
Η μεθοδολογία δοκιμών ADOPE
Η μεθοδολογία δοκιμών ADOPE αναπτύχθηκε μέσω δοκιμών που πραγματοποιήθηκαν σε αίμα βοοειδών και είναι δομημένη σε δύο φάσεις: η πρώτη είναι μια φάση προ-διαλογής που στοχεύει ένα πιθανό αίμα με γονιδιακή πρόσληψη, ενώ η δεύτερη στοχεύει συγκεκριμένες γενετικές αλληλουχίες σε επαληθεύστε εάν το DNA έχει όντως γονιδιακό ντοπαρισμένο ή όχι.
«Στην προκαταρκτική οθόνη», εξηγεί ο Jard Mattens, Διευθυντής Ανθρώπινων Πρακτικών της ομάδας TU Delft που ανέπτυξε το ADOPE, «αναπτύσσουμε περαιτέρω τη χρήση των λεγόμενων νανοσωματιδίων χρυσού με κάλυψη δεξτρίνης για ανίχνευση γονιδιακού ντόπινγκ.
'Η αρχή βασίζεται στο γεγονός ότι τα νανοσωματίδια χρυσού προκαλούν μια σταδιακή ποσοτικοποιήσιμη αλλαγή χρώματος του δείγματος όταν περιέχει το "ντόπινγκ" DNA.'.
Για να δουλέψει και να δοκιμάσει ένα «γονιδιακό DNA» – αλλά χωρίς την ανάγκη να γονιδιοποιηθούν αθλητές ή ζώα – η ομάδα του TU Delft «έκανε τεχνητά» βόειο αίμα με αρκετές συμπληρωματικές αλληλουχίες DNA.
Ο στόχος των δοκιμών τους ήταν να στοχεύσουν και να βρουν τις αλληλουχίες που πρόσθεσαν στο αίμα «γονιδιακά ντοπαρισμένες».
"Χρησιμοποιούμε το αίμα βοοειδών ως καλό υποκατάστατο του ανθρώπινου αίματος, καθώς η αρχή λειτουργεί με τον ίδιο τρόπο", εξηγεί ο Mattens.
'Για τη δοκιμή μας, προσθέτουμε αρκετούς τύπους DNA σε αυτό το βόειο αίμα σε διαφορετικές συγκεντρώσεις για να μιμούμε την ανάπτυξη της συγκέντρωσης με την πάροδο του χρόνου, σύμφωνα με αυτό που διαμορφώσαμε προηγουμένως για τον άνθρωπο.
'Από εκείνο το σημείο και μετά η μέθοδος ανίχνευσης θα είναι η ίδια και το DNA που προσθέσαμε στο αίμα των βοοειδών θα πρέπει να ανιχνεύεται με τη μέθοδό μας.'
Μόλις εντοπιστεί το δυνητικό γονιδιακό αίμα λόγω αλλαγής του χρώματός του, ακολουθεί η δεύτερη φάση του τεστ, με στόχο τις συγκεκριμένες αλληλουχίες που έχουν προστεθεί στο αίμα.
'Για να επαληθεύσουμε αυτόν τον αρχικό έλεγχο, συνεχίζει ο Mattens, χρησιμοποιούμε μια τεχνικά μοναδική και καινοτόμο πρωτεΐνη σύντηξης CRISPR-Cas – Transposase.
'Αυτή μπορεί να θεωρηθεί ως μια νανομηχανή που είναι σε θέση να ανιχνεύσει συγκεκριμένα τις συγκεκριμένες διαφορές που υπάρχουν στο DNA του γονιδιακού ντόπινγκ.'
Το CRISPR, ή CRISPR-Cas9 (ή γονιδιακή επεξεργασία), είναι μια διαφορετική και πιο προηγμένη τεχνική που επιτρέπει στους γενετιστές να χρησιμοποιούν δύο μόρια - ένα ένζυμο που ονομάζεται Cas9 και ένα κομμάτι RNA - για να προκαλέσουν μια αλλαγή (μετάλλαξη) στο DNA.
Αυτή η τεχνική απαγορεύτηκε επίσης από τον WADA από τις αρχές του 2018 ως πιο προηγμένη τεχνική γονιδιακής ντόπινγκ, αλλά στην περίπτωση του ADOPE η τεχνική CRISPR-CAS χρησιμοποιείται για την εύρεση του τροποποιημένου DNA αντί για την τροποποίηση του.
Η ειδικότητα του ADOPE
Το μοντέλο δοκιμής που αναπτύχθηκε από την ADOPE έχει σχεδιαστεί και αναπτυχθεί ειδικά για να ανιχνεύσει το γονίδιο που επιτρέπει την παραγωγή EPO στο ανθρώπινο σώμα, αλλά καθώς η μεθοδολογία είναι εξαιρετικά ευέλικτη, οι ερευνητές του TU Delft ισχυρίζονται ότι μπορεί να επεκτάθηκε για να ανιχνεύσει κάθε είδους γονιδιακό ντόπινγκ.'
Με βάση τον κύκλο κατά τον οποίο η EPO είναι αποτελεσματική στο σώμα, η πιο πιθανή στιγμή που οι αθλητές θα χρησιμοποιούσαν αυτό το συγκεκριμένο γονίδιο θα ήταν πολύ πριν από τον αγώνα – αλλά ταυτόχρονα, άλλα γονίδια, που στοχεύουν διαφορετικές πρωτεΐνες και φυσιολογικές βελτιώσεις, μπορεί να έχουν πολύ πιο γρήγορο αποτέλεσμα.
Γι' αυτό το ADOPE στοχεύει να εφαρμόζει τακτικά τεστ αντιντόπινγκ σε όλο το ημερολόγιο προπόνησης και αγώνων.
Ωστόσο, καθώς το λεγόμενο «ελεύθερο DNA» που στοχεύουν οι δοκιμές αναμένεται να είναι πολύ χαμηλό σε ούρα (αν και υπάρχει και εδώ), προς το παρόν το ADOPE λειτουργεί μόνο σε δείγματα αίματος και στην ανίχνευσή του Το παράθυρο είναι ακόμα περιορισμένο.
'Βάσει μιας πειραματικής δοκιμής με πρωτεύοντα πλην του ανθρώπου από τον Ni et al το 2011, λέει ο Mattens, «αναμένουμε ότι το παράθυρο ανίχνευσης θα είναι μόλις μερικές εβδομάδες.
'Περαιτέρω ανάπτυξη της μεθόδου ενδέχεται να κάνει την ίδια μέθοδο να λειτουργήσει και για τα ούρα στο μέλλον.'
Η διαφορά μεταξύ του ADOPE και άλλων προσεγγίσεων
'Οι περισσότερες προσεγγίσεις [από τις άλλες δοκιμές ντόπινγκ γονιδίων] βασίζονται σε αντιδράσεις που βασίζονται στην PCR [αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης: μια τεχνική που δημιουργεί αντίγραφα μιας συγκεκριμένης περιοχής DNA in vitro], οι οποίες έχουν πολλά μειονεκτήματα, πρόσθεσε ο Mattens.
'Αυτές οι αντιδράσεις είναι σχετικά επίπονες και απαιτούν εκτεταμένη προηγούμενη γνώση της αλληλουχίας DNA. Επιπλέον, η χρήση αυτών των τεχνολογιών δοκιμών αντιντόπινγκ, αυξάνει σημαντικά την πιθανότητα αποφυγής εντοπισμού.'
Εναλλακτικά, ορισμένες άλλες πρακτικές δοκιμών επικεντρώνονται σε ολόκληρη την αλληλουχία του γονιδιώματος. δηλαδή ολόκληρο το γενετικό υλικό που υπάρχει σε ένα κύτταρο ή οργανισμό.
Αλλά το μειονέκτημα αυτής της προσέγγισης είναι ότι πρέπει να ληφθεί υπόψη ολόκληρη η αλληλουχία του γονιδιώματος, η οποία είναι χρονοβόρα, αναποτελεσματική και θα μπορούσε επίσης να θεωρηθεί ως παραβίαση της ιδιωτικής ζωής των αθλητών.
"Η προσέγγισή μας", λέει ο Mattens, "εστιάζει στη στοχευμένη αλληλουχία, η οποία συνδυάζει ευεργετικές αρχές και από τις δύο προσεγγίσεις με συμπληρωματικό τρόπο.
'Χρησιμοποιεί την αρχή της εξειδίκευσης της PCR, ωστόσο απαιτεί μόνο μία θέση στόχο στο διαγονίδιο (αλλά απαιτεί πολλές θέσεις για αναζήτηση), γεγονός που καθιστά την πιθανότητα αποφυγής ανίχνευσης σημαντικά χαμηλότερη.
Το '[ADOPE] χρησιμοποιεί την αρχή της αλληλούχισης της αλληλουχίας ολόκληρου του γονιδιώματος, ωστόσο με πιο αποτελεσματικό και στοχευμένο τρόπο, μειώνοντας δραματικά τον όγκο των δεδομένων.
'Σαν αποτέλεσμα πιστεύουμε ότι η στοχευμένη αλληλουχία είναι μια πολύ καλύτερη προσέγγιση και το μέλλον της ανίχνευσης γονιδιακού ντόπινγκ.'
