Генетически модифицированные спортсмены: Чемпионы из пробирки

Применяют ли в спорте стволовые клетки? Вполне возможно — для ускоренного заживления травм. Их можно использовать для улучшения физической формы — ведь многие медицинские фирмы рекламируют клеточные технологии как средство оздоровления. При многих наследственных заболеваниях для доставки в организм здоровых генов можно ввести их в собственные стволовые клетки больного, а они уже приживутся в нужном месте. Судя по тому, с какой скоростью внедряются в качестве допинга другие достижения медицины и биологии, такие частично модифицированные спортсмены появятся раньше, чем будут официально одобрены клеточные технологии лечения больных.

Пептидные стимуляторы кроветворения — технологии вчерашнего дня. Зачем вводить в организм эритропоэтин, если можно синтезировать его в собственных ГМ- клетках? Эксперименты на обезьянах в 1997 году дали слишком хороший результат: из-за резкого увеличения числа эритроцитов кровь у бабуинов стала настолько густой, что без постоянных капельниц с плазмой их сердца не справлялись с работой. А в 2003-м было заведено первое в мире уголовное дело о применении в спорте репоксигена — препарата на основе популярного в генной инженерии аденовирусного вектора, несущего ген эритропоэтина.

Генетический допинг немецкий тренер-экспериментатор Томас Спрингштейн опробовал на юниорах до 18 лет (его подопечных и раньше не раз ловили на применении допингов). Избыток эритропоэтина может привести к сгущению крови и образованию тромбов, но фирма-производитель разводит руками: они думали о больных анемией, а не о рекордах и вообще сомневаются, что их препарат будет эффективен в качестве допинга. Но репоксиген только первая ласточка (или первый блин). Другие методы генотерапии наверняка попадут в спорт в ближайшие годы.

Мышата, в мышцы которых ученые из Пенсильванского и Гарвардского университетов под руководством профессора Ли Суини ввели дополнительную копию гена инсулиноподобного фактора роста I (ИФР-1), наращивали мышечную массу на 15−30% быстрее обычных — и это при малоподвижном образе жизни. У взрослых мышей обколотые геном ИФР-1 мускулы не росли, зато мышцы оставались по всем показателям «молодыми». Трансгенные мыши, выросшие из яйцеклеток, в ядро которых ввели тот же ген, синтезировали его белок во всех мышечных клетках. Мышцы у таких мышей были на 20−50% больше нормы и тоже не слабели к старости. Клинические испытания этой методики для лечения миотонической дистрофии начнутся лет через десять. Применение в спорте — возможно, раньше.

Белок миостатин тормозит рост мышц начиная с эмбриональной стадии. У спортсменов он препятствует чрезмерному росту и делению мышечных клеток и запускает процесс частичной атрофии мышц после прекращения усиленных нагрузок. У трансгенных мышей, из генома которых ген миостатина удален, растет число мышечных волокон мышечная масса. Такие мышки показывают в три раза лучшие «спортивные» достижения, чем обычные.

Чтобы удалить или испортить ген миостатина, нужно начинать работу на стадии яйцеклетки. Да и представьте, что вырастет, если мышцы будут расти без тормозов. Но начала производства ингибиторов миостатина с нетерпением ждут животноводы: у взрослого животного можно частично заблокировать этот тормоз, мешающий привесам-удоям.

Самый очевидный способ — введение в организм антител к соответствующему белку. Клинические испытания одного из таких препаратов на основе антител к миостатину для лечения мышечной дистрофии Дюшенна (наследственной болезни, поражающей примерно одного мальчика из 5000, мышцы у больных атрофируются, и дольше 20 лет они не живут) тоже запланированы — может быть, сейчас они уже начались. Может быть, их уже применяют в большом спорте. Правда, антитела могут вызвать аллергические реакции, а сами антитела или последствия их применения легко обнаружить.

На животных испытан и метод введения в клетки намеренно подпорченного гена миостатина. Его белок блокирует соответствующие рецепторы клеточных мембран и делает их недоступными для нормальных молекул. У здоровых мышей это вызывает гипертрофию мышц и их ускоренное и качественное, без рубцов, заживление после травм — чем спортсмены хуже?

Самый новый и очень перспективный метод блокировки синтеза белков — с помощью si-РНК («si» — short interfering, короткие интерферирующие; о Нобелевской премии, полученной за их открытие, читайте в «ПМ» №12'2006). Препараты на их основе (например, в липосомальной форме, позволяющей доставить нежный продукт по назначению) разрабатывают для всех известных науке болезней, связанных с избыточным производством белков. В качестве допинга такие препараты будут незаменимы: эффект от них временный, обратимый и не поддающийся обнаружению.

Мышечные волокна делятся на несколько типов. Медленные, но выносливые волокна типа I требуют хорошего снабжения кислородом и глюкозой и содержат много клеточных энергостанций — митохондрий. Быстрые волокна типа II быстро устают, зато в пиковом режиме способны работать в анаэробных условиях, получая «взрывную» энергию из гликогена (многие спринтеры делают глубокий вдох перед стартом и выдыхают секунд через десять, пробежав стометровку). В любой мышце есть волокна обоих типов: в мышцах туловища, выполняющих в основном статические нагрузки, больше «медленных» волокон, в конечностях — «быстрых», приспособленных к динамическим нагрузкам. Склонность к ожирению и диабету второго типа связана с уменьшением в мышцах волокон типа I, и мышь-марафонца ученые из двух калифорнийских и одного сеульского университетов под руководством Рональда Эванса создали в поисках способа борьбы с ожирением.

Что волокна разных типов под влиянием тренировок превращаются друг в друга, известно давно. А вот биохимические механизмы этого явления открыты совсем недавно. В частности, большую роль в таком превращении играет белок PPARd — один из рецепторов клеточной мембраны, стимулирующий деление митохондрий. Вариант «дельта» выбрали потому, что другие формы того же белка намного менее эффективны: a — в 10, а g — в 50 раз.

Чтобы проверить, как PPARd повлияет на обмен веществ, ученые ввели в мышиные эмбрионы его немного модифицированный ген, соединенный с промотором (участком гена, дающим команду к его считыванию) человеческого актина — белка, который вместе с миозином обеспечивает сокращение мышц. Без этого ген мог бы заработать не в мышечной, а в любой другой ткани, а изготовление мышей с повышенным интеллектом или волчьим аппетитом в планы исследователей на этот раз не входило. Синтезированный в мышцах белок, добравшись до жировой ткани, препятствовал ее росту и ускорял сжигание жира: просидев три месяца на «диете по Аткинсу» (35% жира против обычных 4%), трансгенные мыши растолстели в три раза меньше, чем обычные. А мышцы у них так изменились, что это было видно невооруженным глазом (к сожалению, только на срезе). Из-за увеличения концентрации миоглобина — белка, сходного по строению с гемоглобином и снабжающего мышечные клетки кислородом, — трансгенные мышцы были заметно краснее, чем такие же мышцы обычных мышей. Волокон I типа в них было намного больше обычного. Концентрация ферментов, необходимых для окисления глюкозы и синтеза АТФ, тоже выросла. В результате без тренировок, на одной генетике, стройные и мускулистые трансгенные мыши могли бежать на 2/3 (на целый час) дольше и почти в два раза (на километр) дальше, чем обычные. И это — результат работы всего одного из сотен генов, которые изучают в надежде разработать методы лечения наследственных заболеваний... и которые можно использовать для создания генетически модифицированных спортсменов.

По пробе крови и другим щадящим методам анализа лишние гены в мышцах обнаружить невозможно. Для этого придется делать биопсию и анализировать ДНК в полученных пробах, а до такого изуверства — вырезать из олимпийских мускулов столбики ткани, хотя бы и тоненькие, — ВАДА пока не дошла. И даже если дойдет, пусть попробует что-нибудь доказать. Многие вирусы, используемые в генотерапии, присутствуют в организме всякого человека. А необычные гены — это у меня, граждане спортивные судьи, наследственное.

Применение методов популяционной генетики в спорте началось в 1990-х с изучения причин очевидного факта: уже много лет черные бегуны обгоняют белых на всех дистанциях. При этом лучшие спринтеры — спортсмены из стран Западной Африки или их потомки, а лучшие бегуны на длинные дистанции рождаются в Кении и Эфиопии, в основном среди представителей группы племен календжин.

Работы канадца Клода Бушара показали, что из всех обследованных спортсменов разных этнических групп в мышцах западноафриканцев самый высокий процент мышечных волокон типа II. А секреты черных марафонцев раскрыл датчанин Бенгт Салтин. Это, во-первых, особенности национальной анатомии: только тонкие голени (в среднем на 400 г легче, чем у европейцев того же роста) позволяют кенийцам на каждом шаге экономить 8% энерготрат. А из-за наследственных особенностей обмена веществ в их мышцах быстрее окисляются жирные кислоты и медленнее накапливается молочная кислота — такие ноги работают эффективнее, а устают медленнее, чем у спортсменов с другими модификациями тех же ферментов. И наконец, среди календжин часто встречается «хорошая» мутация одного из генов, отвечающих за выработку эритропоэтина, и, соответственно, от природы повышенная концентрация эритроцитов в крови.

С мутацией в гене эритропоэтина родился финский лыжник Мантиранта, который на зимней Олимпиаде 1964 года в Инсбруке завоевал две золотые медали. Только у кенийцев эритропоэтин (как и под действием репоксигена) начинает синтезироваться при гипоксии, а после прекращения тренировок количество эритроцитов снижается до приемлемого уровня, а финский чемпион был, в сущности, инвалидом: число эритроцитов в его крови постоянно было на 25−50% больше, чем у здоровых людей.

По мнению специалистов, в индивидуальных видах спорта «мой коллектив, мой тренер и моя семья» обеспечивают максимум 1/3 результата тренировок, а 70−85% успеха приходится на долю полиморфизма генов. Изменения в последовательности нуклеотидных оснований могут заметно изменить свойства соответствующего белка и потянуть за собой целую цепочку физиологических, биохимических и анатомических последствий. Идея использовать достижения геномики и протеомики для отбора перспективных спортсменов витала в воздухе.

Найти связи между вариантами всех генов с известными и имеющими отношение к важным для спорта функциям и спортивными достижениями носителей этих генов — задача сложная, но решаемая. При достаточно большой базе данных и грамотном алгоритме ее обработки можно разработать генетические профили для определенных групп спортсменов, а методы генного анализа дешевеют с каждым годом. Запретить такой отбор невозможно: в сущности, неосознанно им занимаются как минимум со времени возрождения олимпийского движения — только, в отличие от крестьян и коннозаводчиков, тренеры не скрещивали рекордсменов для выведения элитных пород спринтеров, тяжеловесов и легкоатлетов.

Евгеника так и осталась теорией, а генная терапия уже делает первые практические шаги — и в медицине, и в спорте. ГМ-животные уже перестали быть сенсацией. К идее клонирования и тем более генной модификации людей общество в целом относится отрицательно, но как изменится мораль, когда это станет практически возможно?