Pogledajte sportaše koji se natječu na ovogodišnjim Ljetnim olimpijskim igrama u Londonu - njihova muskulatura će vam puno reći o tome kako su postigli svoj elitni status. Beskrajni sati treninga i predanosti njihovom sportu igrali su veliku ulogu u izgradnji tijela koja su ih dovela do svjetskog vrhunskog atletskog natjecanja. Pogledajte još bliži pogled - za ovo je potrebna mikroskopija - i vidjet ćete nešto drugo, nešto ugrađeno u genetske nacrte ovih mladića i žena, što je jednako važno za njihov uspjeh.
U skoro svim slučajevima ovi sportaši ostvarili su puni potencijal koji su nam postavili ti geni. A taj je potencijal možda za početak mnogo veći nego što je bio slučaj za ostale nas smrtnike. Na primjer, geni u stanicama koje čine sprintera Tyson Gay noge su kodirani posebnim uputama za izgradnju puno mišića od brzih vlakana, dajući njegovim nogama eksplozivnu snagu iz početnih blokova. Za usporedbu, maksimalna brzina kontrakcije maratonke Shalane Flanagan, mišići nogu, kako to diktiraju njeni geni, mnogo je sporija od Gayove koja je još uvijek optimizirana za izdržljivost potrebnu da radi satima u vrijeme s malo napornog. Takva genetska prilagodba također pomaže natjecateljima u košarci, odbojci i sinkroniziranom plivanju, iako je učinak možda mnogo manji jer učinkovit timski rad i služenje također utječu na uspjeh u tim sportovima.
Kad pištolj krene za trkom na 100 metara, kada su plivači Michael Phelps i Tyler McGill udarili u vodu, kad Tom Daley skoči sa svoje ronilačke platforme, vidimo najbolje što svjetski genski fond može ponuditi, iako su znanstvenici još uvijek pokušavajući otkriti koji su to geni. Nažalost, povijest diktira da možemo vidjeti i najbolje u manipuliranju genima, jer neki sportaši teže vrhunskim performansama uz pomoć ilegalnih supstanci koje je sve teže detektirati.
Mršava na mišiće
Ljudsko tijelo proizvodi dva tipa skeletnih mišićnih vlakana - sporo trzanje (tip 1) i brzo trzanje (tip 2). Vlakna koja se brzo trzaju stižu se mnogo puta brže i s više sile od onih s sporim trzajima, ali se i brže iscrpljuju. Svaka od ovih vrsta mišića može se dalje raščlaniti na potkategorije, ovisno o kontraktilnoj brzini, snazi i otpornosti na umor. Na primjer, vlakna tipa 2B sa brzim trzajem imaju brže vrijeme kontrakcije od tipa 2A.
Mišići se mogu pretvoriti iz jedne potkategorije u drugu, ali ne mogu se pretvoriti iz jedne vrste u drugu. To znači da trening izdržljivosti može dati mišićima tipa 2B neke od karakteristika otpornih na umor mišića tipa 2A, a da trening s utezima može dati mišićima tipa 2A neke karakteristike snage mišića tipa 2B. Trening izdržljivosti, međutim, neće pretvoriti mišiće tipa 2 u tip 1, niti će trening snage pretvoriti mišiće sporo trzanje u brzi. Za sportaše izdržljivosti postoji veći udio vlaka sporog trzaja, dok sprinteri i skakači imaju više vrsta brzog trzaja.
Kao što samo možemo izmijeniti mišićnu mješavinu samo do određenog stupnja, tako se i rast mišića pomno regulira u tijelu. Međutim, jedna razlika između sastava mišića i veličine mišića je ta što se s ovim lakšim može manipulirati. Inzulinski faktor rasta 1 (IGF-1) je gen i protein koji eksprimira, koji igra važnu ulogu tijekom rasta u djetinjstvu i potiče anaboličke učinke - poput izgradnje mišića - kad ta djeca postanu odrasla. IGF-1 kontrolira rast mišića uz pomoć gena miostatina (MSTN), koji proizvodi protein miostatin .
Prije više od desetljeća H. Lee Sweeney, molekularni fiziolog sa Sveučilišta u Pennsylvaniji, vodio je tim istraživača koji su upotrijebili genetsku manipulaciju za stvaranje mišićno vezanih "Schwarzenegger miševa". Miševi ubrizgani dodatnom kopijom gena IGF-1 dodali su mišić i postali čak 30 posto jači. Sweeney je zaključio da je vrlo vjerojatno da razlike u IGF-1 i MSTN proteinu neke osobe određuju njegovu ili njezinu sposobnost stavljanja mišića tijekom vježbanja, iako priznaje da ovaj scenarij nije široko proučavan.
Rast i izdržljivost mišića usporanih vlakana također se mogu kontrolirati genskom manipulacijom. U kolovozu 2004. godine, tim istraživača koji je uključivao Ronalda Evansa Salk Instituta za biološku studiju izvijestio je da su promijenili gen zvan PPAR-Delta kako bi poboljšali njegovu aktivnost na miševima, pomažući njegovanju mišića otpornih na usporenje koji sporo djeluju. Ti takozvani „maratonski miševi“ mogli bi istrčati dvostruko više i gotovo dvostruko duže od svojih nepromijenjenih kolega.
Ova demonstrirana sposobnost da se golica ili s brzim ili sporo trzajućim mišićnim vrstama postavlja pitanje: Što bi se dogodilo ako bi jedan sportaš uveo gene za izgradnju mišića brzog i sporog trzaj? "Razgovarali smo o tome, ali nikad to nismo učinili", kaže Sweeney. "Pretpostavljam da biste završili s kompromisom koji bi bio vrlo prikladan sportu poput biciklizma, gdje vam je potrebna kombinacija izdržljivosti i snage." Ipak, dodaje Sweeney, bilo je malo znanstvenih razloga (što se pretvara u financiranje) za provođenje takve studije na miševima, a puno manje na ljudima.
Genska manipulacija imat će svoj najznačajniji utjecaj na liječenje bolesti i promicanje zdravlja, a ne na jačanje atletskih sposobnosti, mada će sport sigurno imati koristi od ovog istraživanja. Znanstvenici već proučavaju mogu li genske terapije ljudima koji pate od mišićnih bolesti poput mišićne distrofije. "Mnogo je naučeno o tome kako možemo učiniti mišiće jačim i većim i ugovoriti se većom snagom", kaže Theodore Friedmann, genetičar sa Sveučilišta u Kaliforniji, San Diego i voditelj savjetodavnog paneta za gensko doping za Svjetski anti -Doping agencija (WADA). Znanstvene studije uvele su protein IGF-1 u mišje tkivo radi sprečavanja normalne razgradnje mišića tokom starenja. "Negdje na putu mogli bi se uložiti napori da se to postigne kod ljudi", dodaje on. "Tko ne bi stao u red za ovako nešto?"
Genska terapija se već pokazala korisnom u studijama koje nisu povezane s liječenjem mišića. Na primjer, u prosincu 2011., tim britanskih istraživača izvijestio je u časopisu The New England Journal of Medicine da su uspjeli liječiti šest pacijenata s hemofilijom B - bolešću u kojoj krv ne može pravilno zgrušati kako bi kontrolirala krvarenje - pomoću virusa za prijenos gen koji im omogućuje proizvodnju više sredstva za zgrušavanje, faktor IX.
Teške mete
Unatoč eksperimentima s razinama proteina IGF-1 i MSTN u mišjim mišićima, identifikacija gena koji su izravno odgovorni za atletsku hrabrost je komplicirana stvar. "Ono što smo naučili u posljednjih 10 godina od sekvenciranja ljudskog genoma jest da je ovdje nazočnost puno složenija nego što smo prvo zamislili", kaže Stephen Roth, izvanredni profesor fiziologije vježbanja, starenje Sveučilišta u Marylandu i genetika. "Svi žele znati koji su geni koji doprinose atletskim performansama široko ili mišićna snaga ili aerobni kapacitet ili nešto slično. Još uvijek nemamo nijedne teške ciljeve koje bi znanstvena zajednica dobro priznala za njihov doprinos atletskim performansama."
Do 2004. znanstvenici su otkrili više od 90 gena ili kromosomskih mjesta za koje su smatrali da su najodgovorniji za određivanje atletskih performansi. Danas se količina popela na 220 gena.
Čak i uz ovaj nedostatak izvjesnosti, neke su tvrtke već pokušale iskoristiti ono što je do sada naučeno kako bi plasirali genetske testove za koje tvrde da mogu otkriti atletske predispozicije djeteta. Takve tvrtke "svojevrsno beru trešnje neke literature i govore:" O, ove četiri ili pet varijacija gena nešto će vam reći ", objašnjava Roth. No, zaključak je da što smo više studija napravili, manje smo sigurni da je bilo koji od ovih gena sam po sebi značajan doprinos. "
Atlas Sports Genetics, LLC, u Boulderu, Colorado, počeo je prodavati test od 149 USD u prosincu 2008. godine, kompanija je rekla da bi mogla provjeriti varijante gena ACTN3, koji je kod elitnih sportaša povezan s prisutnošću proteina alfa-aktinin-3 koji pomaže tijelu da proizvodi brzo trzajuća mišićna vlakna. Mišić u laboratorijskim miševima kojima nedostaje alfa-aktinin-3 djeluje više poput sporo-trzajućeg mišićnog vlakna i koristi energiju učinkovitije, što je stanje pogodnije za izdržljivost od mase i snage. "Teškoća je u tome što naprednije studije nisu točno otkrile kako gubitak alfa-aktinin-3 utječe na mišićnu funkciju kod ljudi", kaže Roth.
ACE, drugi gen koji se proučavao u vezi s fizičkom izdržljivošću, dao je neizvjesne rezultate. Istraživači su prvotno tvrdili da bi ljudi s jednom varijantom ACE bili bolji u sportovima izdržljivosti, a onima s drugačijom varijantom više bi odgovarala snaga i snaga, ali nalazi su neuvjerljivi. Iako su ACE i ACTN3 najprepoznatiji geni kada je u pitanju atletika, niti jedno od njih nije jasno predviđanje performansi. Prevladavajuća ideja prije 10 ili 15 godina da mogu postojati dva, tri ili četiri stvarno snažna gena koji doprinose određenoj osobini poput mišićne snage "nekako se raspada", kaže Roth. "Shvaćali smo, i to se pokazalo tijekom posljednjih nekoliko godina, da nije u redu 10 ili 20 gena, već stotine gena, svaki sa stvarno malim varijacijama i ogromnim brojem mogućih kombinacija tih mnogih, mnogi geni koji mogu rezultirati predispozicijom za izvrsnost.
"Ništa se o znanosti nije promijenilo", dodaje. "Već smo rano nagađali što se ispostavilo da u većini slučajeva nije ispravno - to je znanost."
Gene doping
WADA se za pomoć obratila Friedmannu nakon ljetnih olimpijskih igara u Sydneyu 2000. godine, nakon što su počele lete glasine da su neki od tamošnjih sportaša genetski modificirani. Ništa nije pronađeno, ali prijetnja se činila stvarnom. Dužnosnici su bili svjesni nedavnog ispitivanja genske terapije na Sveučilištu u Pennsylvaniji koja je rezultirala smrću pacijenta.
"U medicini takve rizike prihvaćaju pacijenti i profesija u kojoj se opasnost poduzima u svrhu liječenja i sprečavanja boli i patnje", kaže Friedmann. "Da se ti isti alati kada se primijene na zdravog mladog sportaša pođu po zlu, bilo bi daleko manje etičke utjehe da su to učinili. I ne bi se voljelo nalaziti u sredini društva koje slijepo prihvaća bacanje [ eritropoetin ( EPO) )] geni u sportaše kako bi mogli poboljšati izdržljivost. " EPO je bio omiljena meta osobama zainteresiranim za manipuliranje proizvodnje krvi u bolesnika s karcinomom ili kroničnom bubrežnom bolešću. Također su ga koristili i zlostavljali profesionalni biciklisti i drugi sportaši koji žele poboljšati svoju izdržljivost.
Druga shema bila je ubrizgavanje mišića sportaša genom koji suzbija miostatin, protein koji inhibira rast mišića. S tim da Sweeney kaže: "Odustali ste i trčite kao genski doper. Ne znam da li to netko radi, ali mislim da ako je netko sa znanstvenim usavršavanjem pročitao literaturu, mogao bi shvatiti kako uspjeti u ovom trenutku, "iako ispitivanje inhibitora miostatina ubrizgava izravno u specifične mišiće nije napredovalo dalje od životinja.
Myostatin inhibitori, kao i EPO i IGF-1 geni, bili su rani kandidati za doping temeljen na genima, ali oni nisu jedini, kaže Friedmann. Gen vaskularnog endotelnog faktora rasta ( VEGF ) upućuje tijelo da formira signalne proteine koji mu pomažu u povećanju protoka krvi širenjem novih krvnih žila u mišić. Ti se proteini upotrebljavaju za liječenje makularne degeneracije i za obnavljanje opskrbe tkiva kisikom kada cirkulacija krvi nije dovoljna. Ostali primamljivi geni mogli bi biti oni koji utječu na percepciju boli, reguliraju razinu glukoze, utječu na prilagodbu skeletnih mišića za vježbanje i pomažu disanje.
Igre na Olimpijskim igrama 2012. godine
Manipulacija genima velika je wild karta na ovogodišnjim Olimpijadama, kaže Roth. "Ljudi su u proteklih nekoliko Olimpijskih igara predvidjeli da će na sljedećim Olimpijskim igrama doći do genskih dopinga, ali nikada nije bilo čvrstih dokaza." Genska terapija se često proučava u medicinskom kontekstu i propušta joj puno vremena, napominje. "Čak i ako se zna da je genska terapija čvrsta u pogledu liječenja bolesti, kad je bacate u kontekst sportskih performansi, vi se suočite s nepoznatim."
Prisutnost genskog dopinga teško je sa sigurnošću otkriti. U većini testova koji mogu uspjeti potrebni su uzorci tkiva od sportaša pod sumnjom. "Govorimo o biopsiji mišića i nema puno sportaša koji bi bili spremni dati uzorke tkiva kad se budu spremni natjecati", kaže Roth. Genska manipulacija vjerojatno se neće pojaviti u krvnom toku, urinu ili pljuvački, tako da relativno neintruzivni testovi tih tekućina vjerojatno neće puno utvrditi.
Kao odgovor, WADA je usvojila novi pristup testiranja pod nazivom Biološka putovnica sportaša (ABP), koji će se koristiti na Olimpijskim igrama u Londonu. Nekoliko međunarodnih sportskih tijela poput Međunarodne biciklističke unije također su ga počele koristiti. Ključ uspjeha ABP-a je u tome što, umjesto da traži ad hoc određenog agensa - poput EPO-a, program nadzire tijelo sportaša s vremenom zbog naglih promjena, poput skoka u porastu broja crvenih krvnih zrnaca.
Drugi način da se otkrije prisutnost genskih dopinga je prepoznati kako tijelo reagira na strani gen - osobito obrambene mehanizme koje bi moglo primijeniti. "Učinak bilo kojeg lijeka ili stranih gena komplicirat će organizam koji pokušava spriječiti štetu od te manipulacije", kaže Friedmann - prije nego što je to namjeravala izazvati promjene izazvane EPO-om .
Olimpijske igre jasno pokazuju da svi sportaši nisu stvoreni jednaki, ali da naporan rad i predanost mogu sportašu pružiti barem vanjsku šansu za pobjedu, čak i ako natjecatelji dolaze iz dubljeg kraja genskog fonda. "Elitna izvedba nužno je kombinacija genetski utemeljenog talenta i treninga koji iskorištavaju te darove", kaže Roth. "Kad biste mogli izjednačiti sve okolišne čimbenike, tada bi osoba s nekom fizičkom ili mentalnom oštricom pobijedila u konkurenciji. Srećom, ti okolišni čimbenici se igraju, što sportskom sportu daje neizvjesnost i magiju za kojom gledatelji žude."
