Zdolność do osiągania dobrych wyników sportowych uważana jest za złożoną, wieloczynnikową cechę, na którą mają wpływ czynniki genetyczne i środowiskowe. Czy istnieją zatem tzw. "sportowe geny" ? W ciągu ostatnich dwóch dekad pojawiły się przekonujące dowody na to, że istnieją pewne geny powiązane z wynikami sportowymi. Okazuje się, że takie zdolności motoryczne jak siła, wytrzymałość i szybkość mogą zależeć od naszych genów.
Do tej pory zidentyfikowano ponad 200 polimorfizmów genetycznych w powiązaniu z parametrami związanymi z wysiłkiem fizycznym. Ponad 20 z tych polimorfizmów zostało skorelowanych z wynikami najlepszych sportowców.
W poniższym artykule przybliżymy związek z dwoma najlepiej zbadanymi "sportowymi genami", które łączone są z wytrzymałością, mocą i szybkością u zawodowych sportowców: gen ACTN3 i gen ACE. Dodatkowo, coraz większą rolę zaczynają odgrywać genetyczne testy przesiewowe w przewidywaniu ryzyka kontuzji u sportowców. Z drugiej jednak strony, obserwuje się rosnące zainteresowanie dopingiem genowym, co wcześniej czy później niestety może stać się normą…
Sportowe geny: przewaga podczas sprintu
Gen ten koduje strukturę białka sarkomerowego występującego wyłącznie we włóknach mięśniowych typu II (szybkokurczliwe włókna mięśniowe), α-aktynina-3. Włókna te są odpowiedzialne za generowanie ruchów eksplozywnych o dużej prędkości oraz aktywności wymagających generowania dużej mocy. Allel R jest pożądany dla sportów siłowych, a genotyp RR jest szeroko spotykany wśród najlepszych sportowców z dyscyplin siłowych. Natomiast genotyp XX wiąże się z mniejszą zdolnością do wykonywania sprintu i ze zmniejszeniem siły mięśni.
Gen wytrzymałości, siły i mocy
Gen ACE koduje enzym konwertujący angiotensynę 1. Polimorfizm I / D ACE był pierwszym polimorfizmem genetycznym powiązanym z wynikami sportowymi. Gen ten różnicuje aktywność ACE, która reguluje ciśnienie krwi i dlatego odgrywa istotną rolę w poprawie wydolności sercowo-naczyniowo-oddechowej. Allel I jest powiązany z wynikami w sportach wytrzymałościowych, natomiast allel D jest powiązany z wynikami związanymi z potrzebą generowania siły i mocy.
Allel I jest związany z niską aktywnością ACE w surowicy i tkankach. Prowadzi to do odpowiedniego wzrostu wydajności mięśni, obserwowanego u sportowców wytrzymałościowych: maratończycy, wioślarze, alpiniści czy pływacy długodystansowi.
Sportowe geny czy genetyczny doping?
Doping genetyczny znalazł się na liście Światowej Agencji Antydopingowej (WADA) w 2004 r. Został zakwalifikowany jako „nieterapeutyczne wykorzystanie genów i / lub komórek, które mają zdolność poprawiania wyników sportowych”. Inżynieria genetyczna, która rozpoczęła się w latach osiemdziesiątych XX wieku wraz z produkcją in vitro fizjologicznie aktywnych białek, takich jak insulina, erytropoetyna i czynnik wzrostu, rozwinęła się od tego czasu bardzo szybko.
Warto zaznaczyć, iż doping genowy może nie tylko poprawić wyniki w znacznie większym stopni niż doping farmakologiczny, ale dodatkowo jest prawie niemożliwy do wykrycia przy obecnej technologii. Typowe białka, na które można ukierunkować doping genowy w oparciu o modele zwierzęce, to erytropoetyna (EPO), insulinopodobny czynnik wzrostu 1 (IGF-1), leptyna, miostatyna i wzrost śródbłonka naczyniowego (VEGF).
Hormon EPO, wydzielany głównie przez nerki, zwiększa erytropoezę organizmu, co poprawia zdolność krwi do przenoszenia tlenu i podnosi wytrzymałość u sportowców. Delecja genu miostatyny lub insercja genu IGF-1 może prowadzić do wzrostu masy i siły mięśni, co wykazano w licznych badaniach na zwierzętach. Leptyna to hormon wywołujący uczucie sytości, który można stosować w celu zmniejszenia głodu i przyspieszenia utraty wagi. VEGF można manipulować, aby zwiększyć dopływ krwi do serca, płuc, mięśni itp. z jednoczesnym wzrostem wytrzymałości i odporności. Warto zauważyć, że zwykły wirus przeziębienia jest używany jako wektor do przenoszenia tego genu; dlatego nawet wykrycie wirusa w organizmie nie może służyć jako dowód dopingu komórkowego.
Ryzyko manipulacji genetycznych
Badania w dziedzinie terapii genowej, a co za tym idzie, dopingu genowego, są nadal na etapie eksperymentalnym. Doping genetyczny może być niebezpieczny przy znanych czynnikach ryzyka. Na przykład podwyższony poziom EPO prowadzi do zwiększenia lepkości krwi i podwyższonego ryzyka udaru, czy zatrzymania akcji serca. Ponadto, prosta insercja genu EPO nie zaspokaja fizjologicznej potrzeby delecji tego samego genu, gdy zajdzie taka potrzeba. Chociaż ten sam problem dotyczy dopingu farmakologicznego z wykorzystaniem EPO, ostatecznie jest on metabolizowany przez organizm w celu przywrócenia normalnego poziomu EPO. Sytuacja ta nie zachodzi w dopingu genowym, gdzie nie ma naturalnego mechanizmu kontrolnego, który mógłby go przywrócić do poziomu wyjściowego. Podobna sytuacja ma miejsce w momencie usunięcia genu miostatyny lub dodania genu IGF-1. Tego typu działanie może prowadzić do nieproporcjonalnego wzrostu siły mięśni, zwiększając prawdopodobieństwo zerwania ścięgien. Zastosowanie wektorów wirusowych do wprowadzania genów do komórek niesie teoretyczne ryzyko mutagenezy insercyjnej. W konsekwencji dochodzi do zwiększenia ryzyka niekontrolowanego wzrostu komórek z powodu słabej regulacji, nadekspresji czynników wzrostu i cytokin i które ostatecznie prowadzą do nowotworów złośliwych.
Wpływ genów a podatność na kontuzje
Testy genetyczne w celu sprawdzenia sportowców pod kątem ryzyka kontuzji są już rzeczywistością. W ciągu ostatnich dwudziestu lat zidentyfikowano różne SNP (Polimorfizm Pojedynczego Nukleotydu) i powiązano je z urazami ścięgien i więzadeł. Polimorfizm genu COL1A1 rs1800012 jest powiązany ze zmniejszonym ryzykiem urazów ścięgien lub więzadeł, zwłaszcza urazów ACL. W tej pozycji polimorficznej, która jest normalnie zajmowana przez jeden nukleotyd G w większości i jeden nukleotyd T w 20% populacji, może nastąpić zmiana z G do T, prowadzące do genotypu TT. Genotyp T prowadzi do jakościowo lepszych włókien kolagenowych typu 1. Dlatego genotyp TT jest uważany za „bardziej wytrzymały” i wiąże się ze zmniejszonym ryzykiem urazów ACL oraz tendinopatii ścięgna Achillesa. Zidentyfikowano inne warianty genów kolagenu i białek macierzy zewnątrzkomórkowej, co prowadzi do zmniejszenia ryzyka zerwania ścięgien, zwichnięć barku i urazów mięśniowych.
Idea pojedynczego genu jako "nadprzyrodzonych mocy” jest obecnie szeroko podważana. Obecność genu odpowiadającego za „szybkość” lub „wytrzymałość” nie uczyni atlety szybszym ani silniejszym. Same "sportowe geny" nie wystarczą aby zostać wybitnym sportowcem. Często jest to złożony, wieloczynnikowy proces interakcji między różnymi genami i czynnikami środowiskowymi, które wpływają na wynik końcowy. Jednak wraz z postępem badań nad testami genetycznymi i terapią genową warto mieć na uwadze do czego może ta droga w dłuższej perspektywie prowadzić...
Bibliografia:
1). McCrory, P. (2003). Super athletes or gene cheats? British Journal of Sports Medicine.,37(>3), 192–193. https://doi.org/10.1136/bjsm.37.3.192.
2). Rakesh John; · Mandeep Singh Dhillon; Sidak Dhillon. Genetics and the Elite Athlete: Our Understanding in 2020. Indian Journal of Orthopaedics https://doi.org/10.1007/s43465-020-00056-z
3). Berman, Y., & North, K. N. (2010). A gene for speed: the emerging role of α-actinin-3 in muscle metabolism. Physiology,25(4), 250–259. https://doi.org/10.1152/physiol.00008.2010.
4). Unal, M., & Ozer, Unal D. (2004). Gene doping in sports. Sports Medicine.,34(6), 357–362. https://doi.org/10.2165/00007256-200434060-00002.
