Schwerer zu entdecken als EPO, Gendoping ist eine weniger gemeldete Front im Kampf für sauberes Radfahren
Die Geschichte von Doping und Anti-Doping ist so etwas wie Wile E. Coyote jagt den Road Runner: Egal wie nah Wile E. dem Road Runner kommt, dieser ist ihm immer einen Schritt voraus. Dies gilt umso mehr für eine neue, schattige Ecke des Dopings, die wie ein Science-Fiction-Drehbuch klingen mag, aber tatsächlich seit mindestens zwei Jahrzehnten existiert: Gen- (oder genetisches) Doping.
Aber trotz der rasanten Entwicklung des Gendopings könnte eine neue Testmethode für Gendoping einen wichtigen Wendepunkt gegen die Verwendung von Genen zur Leistungssteigerung darstellen.
ADOPE (Advanced Detection of Performance Enhancement) wurde Anfang September an der University of Stirling, Schottland vorgestellt und ist einer der ganz wenigen bekannten Tests gegen Gendoping.
Die Methode wurde von einer Gruppe von Wissenschaftlern der Technischen Universität Delft, Niederlande, entwickelt und wird beim Genetically Engineered Machine-Wettbewerb 2018 gegen mehr als 300 andere Teams antreten; die Preisverleihung findet am 28. Oktober in Boston, MA, statt.
Das Wichtigste zuerst: Was ist Gendoping?
Gendoping ist der „Missbrauch“der Gentherapie zur Leistungssteigerung. Die Gentherapie hingegen ist eine Technik, bei der Gene anstelle von Medikamenten oder Operationen zur Behandlung oder Vorbeugung von Krankheiten verwendet werden.
Die Therapie besteht in der Zufuhr von externem genetischem Material in die Zellen eines Patienten. Das genetische Material – das einen spezifischen Ausdruck enthält, der die zur Behandlung der Krankheit verwendeten Proteine aktiviert – wird mithilfe eines externen Vektors (normalerweise eines Virus) in die Zellen eingeführt.
Nehmen wir zum Beispiel EPO. Das Erythropoietin – das Protein, das die Produktion roter Blutkörperchen im Knochenmark anregt und folglich den Hämoglobinspiegel im Körper und die Sauerstoffzufuhr zum Gewebe erhöht – wird normalerweise von den Nieren ausgeschieden.
EPO-Injektionen sind die berüchtigte Leistungssteigerung, die Radfahrer seit mehreren Jahren missbrauchen, insbesondere in den 90er Jahren.
Obwohl immer noch Fälle von EPO-Positivität gemeldet werden, ist es heute schwieriger geworden, mit dieser Praxis davonzukommen, da Anti-Doping-Kontrollen heutzutage externes EPO ziemlich effizient erkennen können.
Allerdings würde die Gendoping-Alternative, die die EPO-Produktion durch das Einbringen von neuem genetischem Material in einen Athleten erhöht, letztendlich wie ein natürliches Produkt der eigenen Physiologie des Athleten aussehen und nicht wie eine verbotene Substanz.
Obwohl die Gentherapie immer noch nur für seltene Krankheiten eingesetzt wird, die nicht geheilt werden können (wie schwere kombinierte Immunschwäche, Blindheit, Krebs und neurodegenerative Erkrankungen), haben Wissenschaftler gestanden, dass Menschen aus der Welt des Sports auf sie zugekommen sind und sie gebeten haben, sie anzuwenden diese Therapien, um ihre sportlichen Leistungen zu verbessern.
WADA und Gendoping
Die Welt-Anti-Doping-Agentur (WADA) organisierte 2002 den ersten Workshop zur Erörterung von Gendoping und seinen Bedrohungen, während die Praxis im Jahr darauf auf der WADA-Liste illegaler Substanzen und Methoden aufgeführt wurde.
Seitdem hat die WADA einen Teil ihrer Ressourcen eingesetzt, um den Nachweis von Gendoping zu ermöglichen (einschließlich der Einrichtung mehrerer Gruppen und Gremien von Gendoping-Experten), und 2016 wurde ein Routinetest für EPO-Gendoping eingeführt im WADA-akkreditierten Labor in Australien, dem Australian Sports Drug Testing Laboratory.
Die Testmethoden für Gendoping können jedoch mühsam sein und erfordern für die eigentliche Testpraxis ein breites Wissen über eine bestimmte DNA-Sequenz.
Die von ADOPE vorgeschlagene Methode hingegen konzentriert sich auf die gezielte Sequenzierung und kombiniert die vorteilhaften Prinzipien der anderen Methoden auf potenziell effizientere und zielgerichtetere Weise.
Die ADOPE-Testmethodik
Die ADOPE-Testmethodik wurde durch Tests entwickelt, die mit Rinderblut durchgeführt wurden, und ist in zwei Phasen gegliedert: Die erste ist eine Vorscreening-Phase, die auf potenziell gendotiertes Blut abzielt, während die zweite auf spezifische genetische Sequenzen abzielt überprüfen, ob die DNA wirklich gendotiert wurde oder nicht.
'Im Pre-Screen', erklärt Jard Mattens, Human Practices Manager des Teams der TU Delft, das ADOPE entwickelt hat, 'entwickeln wir die Verwendung sogenannter Dextrin-verkappter Gold-Nanopartikel für den Gendoping-Nachweis weiter.
'Das Prinzip beruht darauf, dass Gold-Nanopartikel eine allmähliche quantifizierbare Farbänderung der Probe hervorrufen, wenn diese die "Doping"-DNA enthält.'
Um an einer „Gen-dotierten DNA“zu arbeiten und diese zu testen – aber ohne tatsächlich Athleten oder Tiere gendotieren zu müssen – hat das Team der TU Delft Rinderblut künstlich mit mehreren komplementären DNA-Sequenzen „gespickt“.
Das Ziel ihrer Tests war es, die 'gendotierten' Sequenzen, die sie dem Blut zugefügt haben, gezielt zu finden und zu finden.
'Wir verwenden Rinderblut als guten Ersatz für menschliches Blut, da das Prinzip genauso funktioniert', erklärt Mattens.
'Für unseren Test fügen wir diesem Rinderblut mehrere DNA-Typen in unterschiedlichen Konzentrationen hinzu, um die Konzentrationsentwicklung über die Zeit nachzuahmen, entsprechend dem, was wir zuvor für Menschen modelliert haben.
'Von diesem Zeitpunkt an ist unsere Nachweismethode dieselbe und die DNA, die wir dem Rinderblut zugesetzt haben, sollte mit unserer Methode nachgewiesen werden.'
Sobald das potenziell gendotierte Blut aufgrund seiner Farbänderung identifiziert wurde, folgt die zweite Phase des Tests, die auf die spezifischen Sequenzen abzielt, die dem Blut hinzugefügt wurden.
'Um dieses erste Screening zu verifizieren', fährt Mattens fort, 'verwenden wir ein technisch einzigartiges und innovatives CRISPR-Cas-Transposase-Fusionsprotein.
'Dies kann als eine Nanomaschine angesehen werden, die in der Lage ist, die spezifischen Unterschiede in Gendoping-DNA spezifisch zu erkennen.'
CRISPR oder CRISPR-Cas9 (oder Genbearbeitung) ist eine andere und fortschrittlichere Technik, die es Genetikern ermöglicht, zwei Moleküle – ein Enzym namens Cas9 und ein Stück RNA – zu verwenden, um eine Veränderung zu bewirken (Mutation) in die DNA.
Diese Technik wurde von der WADA ebenfalls seit Anfang 2018 als fortgeschrittenere Gendoping-Technik verboten, aber im Fall von ADOPE wird die CRISPR-CAS-Technik verwendet, um die modifizierte DNA zu finden, anstatt sie zu modifizieren.
Die Spezifität von ADOPE
Das von ADOPE entwickelte Testmodell wurde speziell konzipiert und entwickelt, um das Gen nachzuweisen, das die Produktion von EPO im menschlichen Körper ermöglicht, aber da die Methodik sehr vielseitig ist, behaupten die Forscher der TU Delft, dass dies möglich ist 'erweitert, um jede Art von Gendoping aufzudecken.'
Basierend auf dem Zyklus, in dem EPO im Körper wirksam ist, wäre der wahrscheinlichste Zeitpunkt, an dem Athleten mit diesem spezifischen Gen dopen würden, weit vor dem Wettkampf – aber gleichzeitig andere Gene, die auf andere Proteine und physiologische Faktoren abzielen Verbesserungen, kann eine viel schnellere Wirkung haben.
Aus diesem Grund strebt ADOPE an, die regelmäßigen Anti-Doping-Tests im gesamten Trainings- und Rennkalender durchzuführen.
Da jedoch erwartet wird, dass die sogenannte „zellfreie DNA“, auf die die Tests abzielen, im Urin sehr niedrig ist (obwohl sie auch hier vorhanden ist), funktioniert ADOPE vorerst nur bei Blutproben und deren Nachweis Fenster ist noch begrenzt.
'Basierend auf einem experimentellen Test mit nichtmenschlichen Primaten von Ni et al. im Jahr 2011', sagt Mattens, 'erwarten wir, dass das Nachweisfenster nur wenige Wochen beträgt.
'Eine Weiterentwicklung der Methode könnte dazu führen, dass die gleiche Methode in Zukunft auch für Urin funktioniert.'
Der Unterschied zwischen ADOPE und anderen Ansätzen
'Die meisten [der anderen Gendoping-Tests]-Ansätze beruhen auf PCR-basierten Reaktionen [Polymerase-Kettenreaktion: eine Technik, die Kopien einer bestimmten DNA-Region in vitro herstellt], die viele Nachteile haben', fügt Mattens hinzu.
'Diese Reaktionen sind relativ aufwendig und erfordern umfangreiche Vorkenntnisse der DNA-Sequenz. Darüber hinaus erhöht die Verwendung dieser Anti-Doping-Testtechnologien die Wahrscheinlichkeit, sich der Entdeckung zu entziehen, erheblich.'
Alternativ konzentrieren sich einige andere Testpraktiken auf die gesamte Genomsequenz; das gesamte genetische Material, das in einer Zelle oder einem Organismus vorhanden ist.
Der Nachteil dieses Ansatzes ist jedoch, dass die gesamte Genomsequenz berücksichtigt werden muss, was zeitaufwändig und ineffizient ist und auch als Eingriff in die Privatsphäre der Athleten angesehen werden kann.
'Unser Ansatz', sagt Mattens, 'konzentriert sich auf gezielte Sequenzierung, die vorteilhafte Prinzipien aus beiden Ansätzen auf komplementäre Weise kombiniert.
'Es nutzt das Spezifitätsprinzip der PCR, erfordert jedoch nur eine Zielstelle auf dem Transgen (es erfordert jedoch mehrere Stellen für die Suche), wodurch die Wahrscheinlichkeit, sich der Erkennung zu entziehen, erheblich geringer ist.
'[ADOPE] nutzt das Sequenzierungsprinzip der Gesamtgenomsequenzierung, jedoch effizienter und zielgerichteter, wodurch die Datenmenge drastisch reduziert wird.
'Daher glauben wir, dass die gezielte Sequenzierung ein viel besserer Ansatz und die Zukunft des Gendoping-Nachweises ist.'
