Doping genowy: prawdy i mity

Czy zagrożenie dopingiem genowym jest realne?

Kilka dni temu świat obiegła wiadomość, że Międzynarodowy Komitet Olimpijski dysponuje testem na doping genowy. Metodę opracowano w Australii i jest gotowa do użycia, ale żadne z akredytowanych przez Światową Organizację Anty-Dopingową (WADA) laboratoriów nie może jej jeszcze stosować. Jeżeli WADA zaakceptuję metodę sprawdzania manipulacji genetycznych, próbki pobrane podczas Igrzysk Olimpijskich w Rio mają zostać poddane testom po zakończeniu imprezy.

Informacja, po poprzedzających brazylijską imprezę dopingowych skandalach i przepychankach, trafiła na bardzo podatny grunt. Sformułowanie „doping genowy” jedynie podgrzało atmosferę i zachęciło światowe media do umieszczenia wiadomości w dobrze eksponowanych miejscach. Czy słusznie? Czy istnieją realne obawy o to, że doping genowy jest już w użyciu, czy informacja MKOl jest raczej próbą ratowania wizerunku? Żeby odpowiedzieć na te pytania musimy przyjrzeć się problemowi od strony naukowej.

Czym jest doping genowy?

Zarówno MKOl jak i WADA dostrzegły możliwość wykorzystania dopingu genowego na początku obecnego tysiąclecia. Obie organizacje debatowały nad walką z tą formą dopingu, definiując i wpisując ją na listę zabiegów zabronionych. Według definicji WADA doping genowy to „nieterapeutyczne użycie komórek, genów, elementów genetycznych, które mogą poprawiać wyniki sportowe”. Opis jest bardzo ogólny i pozornie obejmuje wszystkie przypadki genetycznych manipulacji. Jednak słowo „nieterapeutyczny” stanowi furtkę, w przypadku ewentualnego zastosowania tej formy dopingu w przyszłości.

Z naukowego punktu widzenia doping genowy jest formą terapii genowej. Jednak zamiast leczyć chorobę, poprawia parametry zdrowego sportowca. Pomysł jest dokładnie taki sam, jak w przypadku innych form dopingu. U osób z anemią EPO jest zbawiennym lekiem, który pozwala im normalnie żyć. Dla zdrowych sportowców stosowanie EPO jest drogą, która pozwala podnieść wydolność organizmu ponad normalnie osiągalny poziom.

Warto również zauważyć, że niestety wiele osób, najczęściej bez odpowiedniego wykształcenia i wiedzy, pod mianem „dopingu genowego” opisuje inne praktyki dopingowe, takie jak np. stosowanie AICAR czy GW1516. Jest to nadużycie, nie tylko mylące, ale i błędne z naukowego punktu widzenia.

Terapia genowa

Doping genetyczny jest formą wykorzystania terapii genowej do poprawienia wyników sportowych, a nie leczenia chorób. Musimy zatem bliżej zapoznać się z aktualnym stanem wiedzy na temat tej formy leczenia.

Niemal każda komórka naszego organizmu zawiera w swoim jądrze cząsteczkę kwasu dezoksyrybonukleinowego – DNA. Zapisane w niej są dokładne instrukcje na temat budowy i funkcjonowania nie tylko danej komórki, ale poszczególnych tkanek, organów i wreszcie całego organizmu składającego się z miliardów komórek. Jeżeli w instrukcjach zapisanych w DNA pojawi się błąd, może się on objawić jako choroba. Wyobraźmy sobie, że jedno z białek budujących ludzką hemoglobinę, odpowiedzialną za transport tlenu, powstaje w formie, która uniemożliwia mu poprawne funkcjonowanie. W takiej sytuacji zdolność hemoglobiny do przenoszenia cząsteczek tlenu spadnie drastycznie, co objawi się w formie anemii. Z punktu widzenia medycyny idealną terapią takiej choroby byłoby nie leczenie objawów, a naprawa wadliwego genu.

Aby naprawa była możliwa spełnione muszą być dwa podstawowe warunki:

  1. gen odpowiedzialny za chorobę musi być znany
  2. sekwencja tego genu musi być znana

Biorąc pod uwagę postęp naukowy i osiągnięcia Programu Sekwencjonowania Ludzkiego Genomu potrafimy powiązać geny z większością chorób genetycznych, a także znamy ich sekwencję. Obecnie niemal wszystkie terapie genowe skupiają się na próbach wyleczenia chorób monogenowych. To znaczy takich, za które odpowiada jeden gen. Oczywiście, takie choroby to jedynie frakcja wszystkich chorób genetycznych, ale zdecydowanie łatwiejsza do opracowania skutecznych terapii.

Idea terapii genowej jest więc całkiem prosta. Należy zidentyfikować wadliwy gen, z biblioteki genomu uzyskać sekwencję jego poprawnej wersji, a następnie wymienić lub przynajmniej suplementować go w dotkniętych problemem komórkach. Brzmi banalnie, ale o tym, że tak nie jest, niech świadczy fakt, że do tej pory w Europie i USA do użytku komercyjnego dopuszczono jedną terapię genową (Glybera).

Może się to wydawać wynikiem kiepskim i zaskakującym, szczególnie że na przestrzeni ostatnich 25 lat w każdą z kategorii chorób genetycznych wymierzono co najmniej kilkadziesiąt, jeśli nie kilkaset, terapii genowych. Ponad 1700 terapii było w fazie testów klinicznych lub zostało zainicjowanych w ostatnim czasie. Czemu więc chorzy ciągle nie mogą zostać wyleczeni przez terapię genową?

staty gene ther

Powodów jest klika. Technologia precyzyjnych manipulacji genetycznych jest relatywnie nowa i dokładne jej zrozumienie, ulepszenie i zastosowanie zajęło trochę czasu. Pierwszą terapię genową zgłoszono do testów klinicznych w 1989 roku. Testy kliniczne, które sprawdzają najpierw bezpieczeństwo, a później pozytywne efekty terapii, trwają zazwyczaj od kilku do kilkunastu lat. W większości kończą się niepowodzeniem i zamknięciem próby. Nie można też zapomnieć, że przygotowanie tych prób poczynając od opracowania odpowiedniej techniki, poprzez testy na zwierzętach, a kończąc na sprawach związanych z biurokracją, to również kilka lat.

Największe problemy i przeszkody leżą jednak w samej metodzie. Banalna w swojej koncepcji, jest niesamowicie skomplikowanym i trudnym przedsięwzięciem. Największym problemem pozostaje dostarczenie poprawnej wersji genu do odpowiednich komórek i tylko do nich. Jest to ważne, z oczywistego powodu: nie chcemy, żeby wszystkie komórki organizmu zaczęły nagle produkować białka, których miejsce znajduje się w wąskiej grupie wyspecjalizowanych komórek w płucach.

Generalnie istnieją dwa podejścia na dostarczanie terapeutycznych genów do wybranych komórek. Pierwsze, ex vivo, czyli poza organizmem, opiera się na pobraniu komórek z ciała pacjenta, następnie wprowadzeniu genu w laboratorium i ponownej transplantacji komórek do organizmu. Ta metoda świetnie sprawdza się z komórkami układu immunologicznego obecnymi w krwiobiegu. Pierwszy udany zabieg terapii genowej polegał właśnie na pobraniu limfocytów i ponownym ich wprowadzeniu do organizmy Ashanti DeSilva. Druga metoda, in vivo, polega na wprowadzeniu terapeutycznego genu do wybranych komórek w organizmie pacjenta. Największym problemem w tym podejściu jest specyficzne dostarczenie genu tylko i wyłącznie do wybranych komórek.

Terapia Genowa

W obu przypadkach do wprowadzeniu genów używa się najczęściej zmodyfikowanych wirusów. Z ich sekwencji usunięto wszystkie geny odpowiedzialne za chorobotwórczość, a zostawiono jedynie te odpowiedzialne za wniknięcie do komórki i wprowadzenie materiału genetycznego. Do tak zmodyfikowanej sekwencji wirusa dodaje się sekwencję genu, który ma zostać naprawiony.

W tym miejscu pojawiają się kolejne problemy. Pojemność wirusów jest ograniczona, to przecież niesamowicie uproszczone byty z pogranicza materii ożywionej i martwej. W związku z tym nie każdy gen da się zmieścić w cząsteczce wirusa. Niektóre wirusy integrują materiał genetyczny w zupełnie przypadkowych miejscach genomu. Może to sprawić, że inne geny przestaną działać, albo doprowadzić do rozwoju nowotworu. Niektóre wirusy atakują jedynie komórki dzielące się, a tych w danej tkance może być bardzo mało, przez co efekt terapii będzie znikomy. Do tego dochodzi oczywista immunogenność niektórych wirusów, szczególnie przy podaniu bardzo wysokich dawek.

Super ludzie

Historia gatunku ludzkiego to nieprzerwany wyścig do ulepszenia nas samych – od zabiegów kosmetycznych, przez operacja plastyczne, na dopingu kończąc. Nie mogą więc dziwić pomysły wykorzystania terapii genowej jako formy dopingu. Stworzenie super-sportowców może wydawać się banalne, ale czy jest w ogóle możliwe?

Kandydatów na geny, które można by poprawić dla zyskania zwycięskiej przewagi z pewnością nie brakuje. Kilka terapii genowych opierających się na tych genach zostało opisanych w czasopismach naukowych, było testowanych na zwierzętach albo weszło do pierwszej fazy testów klinicznych. Kilka z nich opisano poniżej, ale możliwości jest zdecydowanie więcej i pojawiać się będą nowe.

Pierwszym genem do „naprawienia”, jaki przychodzi do głowy pewnie nie jednemu sympatykowi kolarstwa jest EPO, czyli erytropoetyna. Hormon ten wytwarzany przez nerki daje sygnał do produkcji czerwonych krwinek odpowiedzialnych za transport tlenu z płuc do mięśni i narządów.  Naukowcy z sukcesami wprowadzili dodatkowe geny na EPO myszom i małpom. Początkowo ich hematokryt wzrósł nawet o 80%. Jednak z czasem zwierzęta zaczęły produkować EPO na poziomie mniejszym niż fizjologicznym, rozwinęła się u nich anemia a także odpowiedź autoimmunologiczna. Podobne próby nie zostały przeprowadzone na ludziach.

Insulinopodobny czynnik wzrostu 1 (IGF-1) jest odpowiedzialny między innymi za masę mięśniową. W terapiach celujących w choroby związane z degeneracją mięśni, podanie tego czynnika  pozwala przywrócić lub utrzymać prawidłową masę mięśniową. Podczas eksperymentów ze zdrowymi zwierzętami laboratoryjnymi zaobserwowano, że po aplikacji dodatkowej kopii genu, ich masa mięśniowa wzrastała bez podjęcia żadnej aktywności fizycznej.

Miostatyna negatywnie odpowiada za regulację masy mięśniowej stanowiąc sygnał do zatrzymania przyrostu tkanki. Jej inhibitorem jest folistatyna, która blokując jej działanie pozwala mięśniom kontynuować wzrost. Nie trzeba dysponować wielką wyobraźnią, żeby znaleźć powiązanie pomiędzy terapiami z IGF-1 i miostatyną, a marzeniami sportowców.

Ryzyko

Do tej pory w ściśle kontrolowanych warunkach terapię genową przeprowadzono na kilku tysiącach pacjentów. Niestety, kilku z nich zmarło w wyniku powikłań związanych bezpośrednio z dostarczeniem genów do organizmu. Najgłośniejszym przypadkiem jest śmierć Jesse’go Gelsingera, który zmarł po wystąpieniu bardzo silnej reakcji immunologicznej po podaniu wirusa z terapeutycznym genem. Chłopiec dostał wysokiej gorączki, dreszczy, w jego płucach pojawił się płyn, a organy kolejno przestawały pracować. Przypadek ten doprowadził niemal do kompletnego zatrzymania wszystkich badań i testów klinicznych związanych terapią genową na początku XXI wieku. W rezultacie jeszcze bardziej zaostrzono kontrole i wprowadzono bardziej restrykcyjne przepisy. U niektórych pacjentów, których leczono na zagrażający życiu niedobór odporności, rozwinęła się białaczka. Przyczyną było wbudowanie się sekwencji genu w obszar kontrolujący namnażanie leukocytów.

Do powyższych dochodzą oczywiście specyficzne efekty uboczne związane z konkretnym genem. Tak samo jak w przypadku nadużywania syntetycznego EPO, dodatkowa kopia genu na ten hormon, może doprowadzić do wyższego ryzyka zawału serca.

Terapii genowej nie da się porównać do połknięcia tabletki lub zastrzyku. Jest to skomplikowana procedura przeprowadzana przez wysoko wykwalifikowany personel, stosujący się do wyśrubowanych regulacji. Mimo wszystko, w kilku przypadkach doszło do śmierci pacjenta. Nie trudno sobie wyobrazić, ile elementów tej precyzyjnej układanki mogłoby zostać zaniedbanych, gdyby przeprowadzono ją w niemal chałupniczych warunkach.

Koszty

Jak już wiemy, terapia genowa to skomplikowany proces, którego nie można porównać do stosowanie innych procedur medycznych. Większość z terapii, które pozwoliłyby uzyskać przewagę nieuczciwym sportowcom znajduje się ciągle w fazie testów na zwierzętach. Przeniesienie ich do użytku na ludziach trwa zazwyczaj lata i nie zawsze kończy się sukcesem. Jest również procesem wysoce kosztownym. Ryzyko, że jakiś diaboliczny naukowiec postanowi skopiować naukowe doniesienia i zastosować terapię testowaną na myszach na sportowcach jest znikome.

Oczywiście, odpowiednie wirusy, sekwencje DNA i inne potrzebne odczynniki są dostępne w wielu laboratoriach i u dostawców produktów dla nauki. Jednak żeby zwiększyć produkcję tak, by była ona odpowiednia dla ludzi potrzeba wysoce specjalistycznego sprzętu, który nie jest już powszechnie dostępny. Wystarczy porównać rozmiary przeciętnej myszy i przeciętnego człowieka. Dla przykładu objętość krwi u myszy to około 2 mililitrów, u człowieka ponad 5 litrów. Dawka teoretycznego wirusa skutecznego w przypadku myszy, w ludzkim organizmie po prostu by przepadła.

Nie można oczywiście zapomnieć o kosztach. Wyprodukowanie dawki odpowiedniej dla człowieka to koszt liczony w co najmniej setkach tysięcy dolarów. I to bez uwzględnienia kosztów infrastruktury i sprzętu. Fakt, personalizacji terapii dodatkowo podnosi jej koszty. Jedyna dopuszczona do użytku na Zachodzie terapia genowa kosztuje okrągły milion Euro.

Wykrywanie

Rowery.org skontaktowały się z australijskim laboratorium, które opracowało wspomniany na początku tekstu test. Ciągle oczekujemy na odpowiedź na pytanie o zasadę jego działania. Do tej pory doping genowy uznawany był przez wszystkich ekspertów za niemal niewykrywalny.

Produkowane w wyniku terapii białka byłyby identyczne z tymi już wytwarzanymi przez organizm, co uniemożliwiałoby ich detekcję. Jedynym rozwiązaniem dla niektórych genów, jak np. EPO, jest obecny już w kolarstwie paszport biologiczny. Istnieją jednak obawy, że i ta procedura mogłaby nie być przekonująca w wykrywaniu nieprawidłowości w liczbie erytrocytów spowodowanej dodatkową kopią genu EPO.

Innym sugerowanym rozwiązaniem są skomplikowane testy molekularne z wykorzystaniem sygnatur RNA, profili ekspresji i mikromacierzy. Same nazwy wskazują na poziom komplikacji, świadcząc też o wysokich kosztach i dużej inwestycji czasu, gdy rezultat wciąż pozostaje nieznany.

Doping genowy w akcji?

O dopingu genowym głośno jest od co najmniej kilkunastu lat. Jak wspomniano, zarówno WADA, jak i IOC, zauważyły ten problem na początku pierwszej dekady obecnego stulecia. Miłośnicy teorii spiskowych podejrzewali o tę formę wspomagania Lance’a Armstronga.

Do tej pory żaden zawodnik nie został przyłapany na dopingu genowym istnieją jednak dwa głośne przypadki, które rzucają nieco więcej światła na zagadnienie. Przed Igrzyskami Olimpijskimi w Pekinie w 2008 jedno z chińskich laboratoriów dziennikarzom podającym się za członków reprezentacji miało zaoferować „genetyczne ulepszenia”. Nie wiadomo, czy ktokolwiek skorzystał z usług chińskich naukowców. Na początku wieku trener części niemiecki lekko-atletów oficjalnie bez ich wiedzy kontaktował się z brytyjską firmą pracującą nad terapią o nazwie Repoxygen. Była to terapia dostarczająca dodatkową kopię genu na EPO u pacjentów z anemią. W momencie kontaktu znajdowała się ciągle w fazie testów na zwierzętach. Projekt skończył się niepowodzeniem i został przerwany w 2003 roku, a niemiecki trener został skazany wyrokiem sądu.

Czy zagrożenie jest realne?

Pomimo, że wielu grupom badawczym udało się uzyskać wspaniałe rezultaty w laboratoriach, tylko niewielki odsetek z tych terapii genowych dotarł do testów klinicznych i przyniósł chorym korzyści. Ten obszar nauki i medycyny ciągle musi się mierzyć z technologicznymi ograniczeniami i jest pod ścisłą kontrolą. Terapii genowej nie można po prostu kupić w aptece i użyć jej niezgodnie z przeznaczeniem, jak EPO czy sterydy.

Głównymi problemami, z którymi zmierzyć musieliby się sportowcy, są:

  1. Bardzo ograniczony dostęp do odpowiednich terapii genowych.
  2. Brak odpowiednich terapii genowych
  3. Wątpliwa efektywność u ludzi lub wręcz brak testów na ludziach
  4. Bardzo wysoki koszt

Wbrew wszechobecnej opinii, że doping genetyczny jest już stosowany, wydaje się to być mało prawdopodobne. Organizacje zarządzające światowym sportem powinny jednak trzymać rękę na pulsie.