כיצד אולימפיאנים יכלו לנצח את התחרות על ידי ציוץ הגנים שלהם

התבונן מקרוב בספורטאים המתמודדים במשחקים האולימפיים בקיץ השנה בלונדון - השרירים שלהם יספרו לך רבות כיצד השיגו את מעמד העילית שלהם. אינסוף שעות של אימונים ומחויבות לספורט שלהם מילאו תפקיד גדול בבניית הגופים שהביאו אותם לתחרות האתלטיקה המובילה בעולם. התבונן עוד יותר מקרוב - זה דורש מיקרוסקופיה - ותראה משהו אחר, משהו משובץ בתכניות הגנטיות של הצעירים והצעירות הללו, שחשוב לא פחות להצלחתם.

כמעט בכל המקרים, הספורטאים הללו הבינו את מלוא הפוטנציאל הטמון בגנים אלה. והפוטנציאל הזה עשוי להיות הרבה יותר גדול מלכתחילה ממה שהיה אצל שאר בנינו בני התמותה. לדוגמה, הגנים בתאים המרכיבים את רגליו של טייסון גיי הוקודדו עם הוראות מיוחדות לבנות המון שרירי סיבים מהירים, מה שהעניק לרגליו כוח מתפרץ מתוך אבני ההתחלה. לשם השוואה, מהירות ההתכווצות המרבית של שרירי הרגליים של שלהן פלאנגן, כפי שהוכתבו על ידי הגנים שלה, היא איטית בהרבה מזו של גיי שעדיין מותאמת לסיבולת הנדרשת לרוץ במשך שעות בכל פעם עם מעט עייפות. כוונון עדין גנטי כזה מסייע גם למתחרים בכדורסל, כדורעף ובשחייה מסונכרנת, אם כי ההשפעה עשויה להיות פחותה מכיוון שעבודת צוות יעילה ופקידים משפיעים גם הם על ההצלחה בספורט זה.

כאשר האקדח מכבה לרחף 100 מטר, כאשר השחיינים מייקל פלפס וטיילר מקגיל פגעו במים, כאשר טום דיילי מזנק מפלטפורמת הצלילה שלו, אנו רואים את הטוב ביותר שיש לבריכת הגנים העולמית להציע, למרות שמדענים עדיין מנסה להבין אילו גנים הם. למרבה הצער, ההיסטוריה מכתיבה שאנו עשויים לראות גם את המיטב במניפולציה של גנים, שכן חלק מהספורטאים דוחפים לביצועים שיאים בעזרת חומרים לא חוקיים שהופכים קשה יותר ויותר לאיתור.

רזה על שרירים
גוף האדם מייצר שני סוגים של סיבי שריר שלד - סחיטה איטית (סוג 1) ופרכוס מהיר (סוג 2). הסיבים העוויתיים מתכווצים פעמים רבות מהר יותר ובעוצמה רבה יותר מזו שעושה הפרכוסים האיטיים, אך הם גם עייפים מהר יותר. ניתן לחלק עוד יותר את כל אחד מסוגי השרירים הללו לקטגוריות משנה, בהתאם למהירות התכווצות, כוח והתנגדות לעייפות. לדוגמא, סיבי סוג מפרקים מהירים מסוג 2B הם בעלי זמן כיווץ מהיר יותר מאשר סוג 2A.

ניתן להמיר את השרירים מקטגוריית משנה אחת לאחרת אך לא ניתן להמיר אותם מסוג אחד למשנהו. המשמעות היא שאימוני סיבולת יכולים לתת לשריר מסוג 2B כמה מהמאפיינים העמידים לעייפות של שריר מסוג 2A וכי אימון משקולות יכול לתת לשריר מסוג 2A כמה מאפייני כוח של שריר מסוג 2B. אימוני סיבולת, לעומת זאת, לא ימירו שריר מסוג 2 לסוג 1 וגם אימוני כוח לא ימירו שריר מתעוות איטי למהיר. לספורטאי סיבולת יש חלק גדול יותר מסיבי העוויתות האיטיות, ואילו לרצים וקפיצות יש יותר מגוון של העוויתות המהירה.

כמו שאנחנו יכולים לשנות את תערובת השרירים שלנו רק במידה מסוימת, גם צמיחת השרירים מוסדרת בקפידה בגוף. אולם, ההבדל בין הרכב השרירים לגודל הוא שאפשר יהיה יותר לתפעל את האחרון. גורם צמיחה דמוי אינסולין (IGF-1) הוא גם גן וגם החלבון שהוא מבטא הממלא תפקיד חשוב במהלך צמיחת הילדות ומעורר השפעות אנבוליות - כמו בניית שרירים - כאשר אותם ילדים הופכים למבוגרים. IGF-1 שולט בגדילת שרירים בעזרת הגן מיוסטטין (MSTN), המייצר את חלבון מיוסטטין.

לפני למעלה מעשור ה. לי סוויני, פיזיולוג מולקולרי מאוניברסיטת פנסילבניה, הוביל צוות חוקרים שהשתמש במניפולציה גנטית כדי ליצור את "עכברי שוורצנגר" הקשור בשריר. עכברים שהזריקו עותק נוסף של הגן IGF-1 הוסיפו שרירים והתחזקו עד 30 אחוז. סוויני הגיע למסקנה כי סביר להניח כי ההבדלים ברמת החלבון IGF-1 ו- MSTN קובעים את יכולתו לשים שרירים בעת פעילות גופנית, אם כי הוא מודה כי תרחיש זה לא נחקר באופן נרחב.

כמו כן ניתן לשלוט על צמיחת שרירים איטית וסיבולת באמצעות מניפולציה של גנים. באוגוסט 2004 דיווחו צוות חוקרים שכלל את רונלד אוונס של מכון סאלק למחקר ביולוגי, כי הם שינו גן בשם PPAR-Delta כדי לשפר את פעילותו בעכברים, וכך עזרו לטפח שרירים איטי עייפות עמידים. מה שנקרא "עכברי מרתון" יכלו לרוץ פי שניים ובמשך כמעט כפליים כמו עמיתיהם ללא שינוי.

זו הוכחה יכולת להתמודד עם סוגי שרירים מהירים או אילוצים מעוותים, מעלה את השאלה: מה היה קורה אם היו מציגים גנים לבניית שרירים מהירים וגם של מפרקים מהירים אצל ספורטאי? "דיברנו על ביצוע זה אבל מעולם לא עשינו את זה", אומר סוויני. "אני מניח שהיית בסופו של דבר עם פשרה שתתאים היטב לענף ספורט כמו רכיבה על אופניים, שם אתה צריך שילוב של סיבולת וכוח." עדיין, מוסיף סוויני, לא הייתה סיבה מדעית מועטה (שמתורגמת למימון) לערוך מחקר כזה בעכברים, הרבה פחות בני אדם.

מניפולציה של גנים תהיה בעלת ההשפעה המשמעותית ביותר שלה בטיפול במחלות ובקידום בריאות במקום בשיפור יכולות אתלטיות, אם כי ספורט בהחלט יהנה ממחקר זה. מדענים כבר בוחנים האם טיפולי גנים יכולים לעזור לאנשים הסובלים ממחלות שרירים כמו ניוון שרירים. תיאודור פרידמן, גנטיקאי מאוניברסיטת קליפורניה בסן דייגו, ראש המועצה המייעצת בנושא סמים גנים, אומר נודד הרבה על האופן בו אנו יכולים להפוך שרירים לחזקים וגדולים יותר ולהתכווץ בעוצמה רבה יותר. סוכנות הסמים (WADA). מחקרים מדעיים הציגו חלבון IGF-1 לרקמת העכברים כדי למנוע את השפלת השרירים הרגילה במהלך ההזדקנות. "איפשהו בהמשך הדרך אפשר לעשות מאמצים להשיג את הדבר אצל אנשים", הוא מוסיף. "מי לא היה עומד בתור למשהו כזה?"

טיפול בגנים כבר הוכח כמועיל במחקרים שאינם קשורים לטיפול בשרירים. בדצמבר 2011, למשל, צוות חוקרים בריטים דיווח בכתב העת הרפואי New England Journal of Medicine כי הם הצליחו לטפל בשישה חולים עם המופיליה B - מחלה בה הדם לא יכול להיווצר כראוי כדי לשלוט בדימום - באמצעות נגיף בכדי להעביר גן המאפשר להם לייצר יותר מחומר הקרישה, גורם IX.

מטרות קשות
למרות ניסויים עם רמות חלבון IGF-1 ו- MSTN בשריר העכבר, זיהוי הגנים האחראיים ישירות לתחושת הספורט הוא עניין מורכב. "מה שלמדנו בעשר השנים האחרונות מאז רצף הגנום האנושי הוא שיש כאן לעזאזל הרבה יותר מורכבות ממה שדווחנו לראשונה", אומר סטיבן רוט, פרופסור חבר באוניברסיטת מרילנד לפיזיולוגיה של התרגיל, הזדקנות. וגנטיקה. "כולם רוצים לדעת מהם הגנים התורמים לביצועים ספורטיביים באופן רחב או חוזק שרירי או יכולת אירובית או משהו כזה. עדיין אין לנו יעדים קשים המוכרים היטב על ידי הקהילה המדעית על תרומתם לביצועים הספורטיביים."

עד שנת 2004 גילו מדענים למעלה מ- 90 גנים או מיקומים כרומוזומליים שלדעתם היו האחראים ביותר לקביעת הביצועים הספורטיביים. היום המספר עלה ל 220 גנים.

אפילו בחוסר וודאות זה, חברות מסוימות כבר ניסו לנצל את מה שנלמד עד כה בכדי לשווק בדיקות גנטיות שלטענתן יכולות לחשוף נטיות אתלטיות של ילד. חברות כאלה "בוחרות דברי דובדבן מעט ספרות ואומרות, 'אה, ארבע או חמש וריאציות הגנים האלה הולכות להגיד לך משהו', " מסביר רוט. אבל בשורה התחתונה ככל שעשינו יותר מחקרים, אנו פחות בטוחים שאחד מהגנים האלה תורמים בעצמם באמת. "

חברת Atlas Sports Genetics, LLC, בבולדר, קולו., החלה למכור בדיקה של 149 דולר בדצמבר 2008, כי החברה מסרה שיכולה לסקר אחר גרסאות של הגן ACTN3, שבאתלטים מובחרים קשורים לנוכחות החלבון אלפא-אקטינין -3 עוזר לגוף לייצר סיבי שרירים מהירים. שרירים בעכברי מעבדה שחסרים אלפא-אקטינין -3 פועלים יותר כמו סיבי שרירים מתעוותים איטית ומשתמשים באנרגיה בצורה יעילה יותר, מצב שמתאים יותר לסיבולת מאשר מסה וכוח. "הקושי הוא שמחקרים מתקדמים יותר לא מצאו בדיוק כיצד אובדן אלפא-אקטינין -3 משפיע על תפקוד השרירים אצל בני אדם", אומר רוט.

ACE, גן נוסף שנחקר ביחס לסיבולת גופנית, הניב תוצאות לא וודאיות. החוקרים טענו במקור שאנשים עם גרסה אחת של ACE יהיו טובים יותר בספורט סיבולת ואלה עם גרסא שונה יתאימו יותר לחוזק ועוצמה, אך הממצאים היו חד משמעיים. כך שלמרות ש- ACE ו- ACTN3 הם הגנים המוכרים ביותר בכל הנוגע לאתלטיקה, אף אחד מהם אינו מנבא באופן ברור את הביצועים. הרעיון השולט לפני 10 או 15 שנה שאולי יש שניים, שלושה או ארבעה תורמים גנים חזקים באמת לתכונה מסוימת כמו כוח שרירי "הוא סוג של התפרקות", אומר רוט. "הבנו ופשוט הוכח במהלך השנים האחרונות שזה לא בסדר גודל של 10 או 20 גנים אלא מאות גנים, שלכל אחד מהם וריאציות קטנות באמת ומספרים אדירים של שילובים אפשריים של אותם רבים, גנים רבים שיכולים לגרום לנטייה למצוינות.

"שום דבר בקשר למדע לא השתנה", הוא מוסיף. "ניחנו ניחוש מוקדם כי התברר שלא צודק ברוב המקרים - זה המדע."

סמים גנים
WADA פנה לפרידמן לעזרה בעקבות אולימפיאדת קיץ 2000 בסידני, לאחר שמועות החלו לטוס כי חלק מהספורטאים שם שונו גנטית. לא נמצא דבר, אך האיום נראה אמיתי. גורמים רשמיים היו מודעים היטב לניסוי שנערך לאחרונה בטיפול גנטי באוניברסיטת פנסילבניה שהביא למותו של חולה.

פרידמן אומר כי "ברפואה סיכונים כאלה מתקבלים על ידי המטופלים ועל ידי המקצוע כי קיימת סכנה למטרות ריפוי ומניעה של כאב וסבל". "אם אותם כלים כשמוחלים על ספורטאי צעיר ובריא היו משתבשים, הייתה הרבה פחות נוחות אתית בכך שעשית את זה. ואחד לא היה רוצה להיות באמצע חברה שמקבלת בעיוורון לזרוק [ אריתרופויטין ( EPO) )] גנים לספורטאים כדי שיוכלו להשיג שיפור בביצועי הסיבולת. " EPO היה יעד מועדף בקרב אנשים המעוניינים לתפעל את ייצור הדם בחולים עם סרטן או מחלת כליות כרונית. זה נעשה בו שימוש לרעה על ידי רוכבי אופניים מקצועיים וספורטאים אחרים המחפשים לשפר את הסיבולת שלהם.

תוכנית אחרת הייתה הזרקת שרירי ספורטאי לגן המדכא את מיוסטטין, חלבון המעכב את צמיחת השרירים. עם זאת, סוויני אומר, "אתה פועל כמטפל בגן. אני לא יודע אם מישהו עושה את זה, אבל אני חושב שאם מישהו עם הכשרה מדעית יקרא את הספרות הוא אולי יוכל להבין איך להצליח בשלב זה, "למרות שבדיקת מעכבי מיוסטטין שהוזרקו ישירות לשרירים ספציפיים לא התקדמה מעבר לבעלי חיים.

מעכבי מיוסטטין כמו גם גנים מסוג EPO ו- IGF-1 היו המועמדים המוקדמים לסמים מבוססי גנים, אך הם לא היחידים, אומר פרידמן. גן צמיחת האנדותל כלי הדם ( VEGF ) מורה לגוף ליצור חלבוני אות המסייעים לו להגביר את זרימת הדם על ידי הנבטת כלי דם חדשים בשריר. חלבונים אלה שימשו לטיפול בניוון מקולרי ולהשבת אספקת החמצן לרקמות כאשר זרימת הדם אינה מספקת. גנים מפתים אחרים יכולים להיות אלה המשפיעים על תפיסת הכאב, מווסתים את רמות הגלוקוז, משפיעים על הסתגלות שרירי השלד לפעילות גופנית ומסייעים בנשימה.

משחקים באולימפיאדת 2012
מניפולציה של גנים היא קלף בר גדול באולימפיאדת השנה, אומר רוט. "אנשים ניבאו במהלך האולימפיאדה האחרונה בכמה אולימפיאדות כי יהיו סמים גנים באולימפיאדה הבאה, אך מעולם לא היו עדויות מוצקות." לעיתים קרובות נלמד טיפול בגנים בהקשר רפואי, והוא נכשל הרבה זמן, הוא מציין. "אפילו אם ידוע כי טיפול גנטי הוא מוצק מבחינת הטיפול במחלה, כשאתה זורק אותה להקשר של ביצועים ספורטיביים, אתה מתמודד עם הלא נודע."

נוכחות סימום גנים קשה לוודא בוודאות. מרבית הבדיקות שעשויות להצליח דורשות דגימות רקמות של ספורטאים שנמצאים בחשד. "אנחנו מדברים על ביופסיה של שרירים, ואין הרבה ספורטאים שיהיו מוכנים לתת דגימות רקמות כשיתכוננו להתמודד", אומר רוט. מניפולציה של גנים לא עשויה להופיע בזרם הדם, בשתן או ברוק, כך שהבדיקות הלא פולשניות יחסית של אותם נוזלים לא צפויים לקבוע הרבה.

בתגובה, WADA אימצה גישה בדיקה חדשה בשם Athlete Biologic Passport (ABP), שתשמש באולימפיאדת לונדון. מספר רשויות ספורט בינלאומיות כמו איגוד האופניים הבינלאומי החלו להשתמש בהן גם. המפתח להצלחה של ABP הוא שבמקום לחפש אד-הוק לסוכן ספציפי - כמו EPO - התוכנית עוקבת אחר גופו של ספורטאי לאורך זמן לשינויים פתאומיים, כמו קפיצה בספירת תאי הדם האדומים.

דרך נוספת לגלות נוכחות של סימום גנים היא להכיר כיצד הגוף מגיב לגן זר - בעיקר מנגנוני הגנה שהוא עשוי לפרוס. "ההשפעה של כל תרופה או גן זר תסתבך על ידי אורגניזם שמנסה למנוע נזק מההתנהלות הזו", אומר פרידמן - ולא משינויים המיועדים שנגרמו על ידי EPO, למשל.

המשחקים האולימפיים מבהירים כי כל הספורטאים לא נוצרים שווים, אך עבודה קשה ומסירות יכולים להעניק לספורטאי לפחות סיכוי לניצחון, גם אם המתחרים מגיעים מהקצה העמוק יותר של מאגר הגנים. "ביצועי עלית הם בהכרח שילוב של כישרון מבוסס גנטית ואימונים המנצלים את המתנות האלה", אומר רוט. "אם היית יכול להשוות את כל הגורמים הסביבתיים, האדם עם היכולת הגופנית או הנפשית היה מנצח בתחרות. למרבה המזל גורמים סביבתיים אלה נכנסים למשחק, מה שמקנה לספורט את חוסר הוודאות והקסם שהצופים חושקים בו."