Vanskeligere å oppdage enn EPO, gendoping er en mindre rapportert front i kampen for ren sykling
Historien om doping og antidoping er noe som Wile E. Coyote jager Road Runner: uansett hvor nær Wile E. kommer Road Runner, er sistnevnte alltid ett skritt foran. Dette virker enda mer tilfelle for et nytt, skyggefullt hjørne av doping som kan høres ut som et science-fiction-manus, men som faktisk har eksistert i minst to tiår: gen (eller genetisk) doping.
Men til tross for den raske utviklingen av gendoping, kan en ny testmetodikk for gendoping representere et viktig vendepunkt mot bruk av gener for ytelsesforbedrende formål.
ADOPE (Advanced Detection of Performance Enhancement) ble presentert ved University of Stirling, Skottland, i begynnelsen av september og er en av svært få kjente tester mot gendoping.
Metoden ble utviklet av en gruppe forskere ved Technical University of Delft, Nederland, og den vil konkurrere mot mer enn 300 andre lag i 2018's Genetically Engineered Machine-konkurranse; prisutdelingen vil bli holdt i Boston, MA, 28. oktober.
Først ting først: hva er gendoping?
Gendoping er "misbruk" av genterapi for ytelsesforbedrende formål. Genterapi er derimot en teknikk som bruker gener i stedet for medikamenter eller operasjoner for å behandle eller forebygge sykdommer.
Terapien består i levering av eksternt genetisk materiale til en pasients celler. Det genetiske materialet – som inneholder et spesifikt uttrykk som aktiverer proteinene som brukes til å behandle sykdommen – settes inn i cellene ved hjelp av en ekstern vektor (norm alt et virus).
La oss ta EPO, for eksempel. Erytropoietin – proteinet som stimulerer produksjonen av røde blodceller i benmargen, og som følgelig øker nivåene av hemoglobin i kroppen og oksygentilførselen til vevet – skilles norm alt ut av nyrene.
EPO-injeksjoner har vært den beryktede ytelsesforbedringen som syklister misbrukte i flere år, spesielt på 90-tallet.
I dag, selv om tilfeller av EPO-positivitet fortsatt er rapportert, har det blitt vanskeligere å komme unna med denne praksisen ettersom antidopingkontroller kan oppdage ekstern EPO ganske effektivt i dag.
Gendoping alternativet, som øker EPO-produksjonen gjennom innsetting av nytt genetisk materiale i en idrettsutøver, ville imidlertid til slutt se ut som et naturlig produkt av idrettsutøverens egen fysiologi og ikke som et forbudt stoff.
Selv om genterapi fortsatt bare brukes for sjeldne sykdommer som ikke har noen kur (som alvorlig kombinert immunsvikt, blindhet, kreft og nevrodegenerative sykdommer), har forskere innrømmet at folk fra sportens verden har henvendt seg til dem og bedt dem om å bruke disse terapiene som en måte å forbedre deres sportsprestasjoner.
WADA og gendoping
The World Anti Doping Agency (WADA) arrangerte den første workshopen for å diskutere gendoping og truslene dens i 2002, mens praksisen ble oppført på WADAs liste over ulovlige stoffer og metoder året etter.
Siden den gang har WADA brukt deler av ressursene sine på å muliggjøre påvisning av gendoping (inkludert opprettelsen av flere grupper og paneler av gendopingeksperter), og i 2016 ble det implementert en rutinetest for EPO-gendoping i det WADA-akkrediterte laboratoriet i Australia, Australian Sports Drug Testing Laboratory.
Testmetodikkene for gendoping kan imidlertid være arbeidskrevende og krever bred kunnskap om en spesifikk DNA-sekvens for selve testpraksisen.
Metoden foreslått av ADOPE, derimot, fokuserer på målrettet sekvensering og kombinerer de fordelaktige prinsippene til de andre metodene på en potensielt mer effektiv og målrettet måte.
ADOPE-testmetoden
ADOPE-testmetodikk er utviklet gjennom tester utført på bovint blod, og den er strukturert i to faser: den første er en forhåndsscreeningsfase som retter seg mot et potensielt gen-dopet blod, mens den andre retter seg mot spesifikke genetiske sekvenser for å verifiser om DNA-et virkelig er gendopet eller ikke.
'I forhåndsskjermen, forklarer Jard Mattens, Human Practices Manager i TU Delft-teamet som utviklet ADOPE, videreutvikler vi bruken av såk alte dekstrin-dekkede gullnanopartikler for gendoping.
'Prinsippet er basert på det faktum at gullnanopartikler induserer en gradvis kvantifiserbar fargeendring av prøven når den inneholder "doping"-DNA.'
For å jobbe med og teste et 'gendopet DNA' – men uten behov for å gendope idrettsutøvere eller dyr – tilsatte TU Delft-teamet kunstig bovint blod med flere komplementære DNA-sekvenser.
Målet med testene deres var å målrette og finne de 'gendopede' sekvensene de la inn i blodet.
'Vi bruker storfeblod som en god erstatning for menneskeblod siden prinsippet fungerer på samme måte, forklarer Mattens.
'For testen vår legger vi til flere DNA-typer til dette bovine blodet i forskjellige konsentrasjoner for å etterligne konsentrasjonsutviklingen over tid i henhold til det vi tidligere modellerte for mennesker.
'Fra det tidspunktet vil påvisningsmetoden vår være den samme, og DNAet vi har lagt til storfeblodet bør påvises med vår metode.'
Når det potensielle gendopede blodet har blitt identifisert på grunn av endring av fargen, følger den andre fasen av testen, målrettet mot de spesifikke sekvensene som er lagt til blodet.
'For å bekrefte denne innledende screeningen, fortsetter Mattens, bruker vi et teknisk unikt og nyskapende CRISPR-Cas – Transposase-fusjonsprotein.
'Dette kan sees på som en nanomaskin som er i stand til spesifikt å oppdage de spesifikke forskjellene som finnes i gendoping-DNA.'
CRISPR, eller CRISPR-Cas9 (eller genredigering), er en annerledes og mer avansert teknikk som lar genetikere som bruker to molekyler – et enzym k alt Cas9 og et stykke RNA – for å produsere en forandring (mutasjon) inn i DNA.
Denne teknikken ble også forbudt av WADA fra begynnelsen av 2018 som en mer avansert gen-doping-teknikk, men i tilfellet ADOPE brukes CRISPR-CAS-teknikken for å finne det modifiserte DNAet i stedet for å modifisere det.
Spesifisiteten til ADOPE
Testmodellen utviklet av ADOPE er spesielt utviklet og utviklet for å oppdage genet som muliggjør produksjon av EPO i menneskekroppen, men siden metoden er svært allsidig, hevder forskerne ved TU Delft at den kan være 'utvidet til å oppdage enhver form for gendoping.'
Basert på syklusen hvor EPO er effektivt i kroppen, vil den mest sannsynlige tiden når idrettsutøvere vil dope seg ved å bruke dette spesifikke genet være i god tid før konkurranse – men samtidig andre gener, rettet mot ulike proteiner og fysiologiske forbedringer, kan ha en mye raskere effekt.
Det er derfor ADOPE har som mål å implementere de vanlige antidopingtestene gjennom hele trenings- og løpskalenderen.
Men ettersom det såk alte 'cellefrie DNA'et som testene målretter mot, forventes å ha svært lite urin (selv om det er tilstede her også), fungerer ADOPE foreløpig bare på blodprøver og påvisning av det. vinduet er fortsatt begrenset.
'Basert på en eksperimentell test med ikke-menneskelige primater av Ni et al i 2011,' sier Mattens, 'venter vi at deteksjonsvinduet vil være bare noen få uker.
'Videreutvikling av metoden kan gjøre at den samme metoden fungerer også for urin i fremtiden.'
Forskjellen mellom ADOPE og andre tilnærminger
'De fleste [av de andre gentoping-testingene] tilnærmingene er avhengige av PCR-baserte reaksjoner [Polymerase-kjedereaksjon: en teknikk som lager kopier av en spesifikk DNA-region in vitro], som har mange ulemper, legger Mattens til.
'Disse reaksjonene er relativt arbeidskrevende og krever omfattende forkunnskaper om DNA-sekvensen. I tillegg, bruk av disse antidopingtestteknologiene, noe som gjør sannsynligheten for å unngå oppdagelse betydelig høyere.'
Alternativt fokuserer noen annen testpraksis på hele genomsekvensen; det vil si hele det genetiske materialet som finnes i en celle eller organisme.
Men ulempen med denne tilnærmingen er at hele genomsekvensen må tas i betraktning, noe som er tidkrevende, ineffektivt og kan også sees på som en invasjon av idrettsutøveres privatliv.
'Vår tilnærming,' sier Mattens, 'fokuserer på målrettet sekvensering, som kombinerer fordelaktige prinsipper fra begge tilnærmingene på en komplementær måte.
'Den bruker spesifisitetsprinsippet til PCR, men det krever bare ett målsted på transgenet (men krever flere steder for søking), noe som gjør sannsynligheten for å unngå deteksjon betydelig lavere.
'[ADOPE] bruker sekvenseringsprinsippet for helgenomsekvensering, men på en mer effektiv og målrettet måte, noe som reduserer mengden data dramatisk.
'Som et resultat tror vi målrettet sekvensering er en mye bedre tilnærming og fremtiden for gendopingdeteksjon.'
