Мышцы, гены и генная манипуляция

Мышцы, гены и генная манипуляция

16 июня, 2020 0 Автор Антон Ковалевский

Просто внимательно посмотрите на спортсменов, участвующих в Олимпийских играх: их мускулатура расскажет вам многое о том, как они достигли своего элитного статуса. Бесконечные часы тренировок и приверженность их спорту сыграли важную роль в построении тел, которые привели их к первым мировым спортивным соревнованиям. Посмотрите еще более внимательно — это требует микроскопии — и вы увидите что-то еще, что-то встроенное в генетические планы этих молодых мужчин и женщин, что одинаково важно для их успеха. Практически во всех случаях эти спортсмены осознали весь потенциал этих генов. И этот потенциал вначале мог быть намного больше, чем для остальных нас, смертных. Но существует ли вмешательство генной манипуляции у спортсменов или это будет возможно?

Генная манипуляция на мышцах

Организм человека производит два типа волокон скелетных мышц: медленное сокращение (тип 1) и быстрое сокращение (тип 2). Быстро сокращающиеся волокна сокращаются во много раз быстрее и с большей силой, чем медленно сокращающиеся волокна, но они также утомляются быстрее. Каждый из этих типов мышц может быть далее разделен на подкатегории, в зависимости от сократительной скорости, силы и сопротивления усталости. Например, волокна типа 2B с быстрым сокращением имеют более короткое время сжатия, чем тип 2A .

Мышцы могут быть преобразованы из одной подкатегории в другую, но не могут быть преобразованы из одного типа в другой. Это означает, что тренировка на выносливость может придать мышцам типа 2В некоторые характеристики сопротивления усталости мышц типа 2А, а силовые тренировки могут дать мышцам типа 2А некоторые силовые характеристики типа 2А. 2B.

Тренировки на выносливость, однако, не преобразуют мышцы типа 2 в мышцы типа 1, а силовые тренировки не превращают медленные мышечные сокращения в быстрые. Выносливые атлеты имеют более высокий процент волокон с медленным подергиванием, в то время как спринтеры и прыгуны имеют больше разновидностей с быстрым сокращением.

Точно так же, как мы можем изменять мышечное соединение только в определенной степени, рост мышц также тщательно регулируется в организме. Разница между мышечным составом и размером, однако, заключается в том, что последним можно легче манипулировать. Фактор роста инсулина-1 ( IGF-1 ) — это и ген, и белок, который он экспрессирует, который играет важную роль во время роста ребенка и стимулирует анаболические эффекты — такие как наращивание мышечной массы — когда эти дети они становятся взрослыми. IGF-1 контролирует рост мышц с помощью гена миостатина ( MSTN ) , который производит белок миостатина.

Более десяти лет назад Х. Ли Суини, молекулярный физиолог из Университета Пенсильвании, возглавлял группу исследователей, которые использовали генетические манипуляции для создания мышц «мышей Шварценеггера». Мышам, которым инъецировали дополнительную копию мышц, добавленных IGF-1 , стало на 30 процентов сильнее . Суини пришел к выводу, что различия в уровнях белка IGF-1 и MSTN человека, скорее всего, будут определять его способность наращивать мышцы во время упражнений, хотя он признает, что этот сценарий не изучался всесторонне.

Рост и выносливость мышц с медленным волокном также можно контролировать с помощью генной манипуляции. В августе 2004 года группа исследователей, в которую входил Институт биологических исследований Солка Рональда Эванса, сообщила, что они изменили ген, называемый PPAR-Delta ​ для улучшения своей активности у мышей, помогая консолидировать устойчивые к усталости медленно сокращающиеся мышцы. Эти так называемые «мыши-марафоны» могут бегать вдвое дольше и почти вдвое больше своих неизмененных аналогов.

Эта продемонстрированная способность «работать» с быстро или медленно сокращающимися типами мышц поднимает вопрос: Что произойдет, если будут введены гены для построения быстрых и медленных сокращающихся мышц у спортсмена? « Мы говорили о том, чтобы делать это, но никогда не делали», — говорит Суини . «Полагаю, вы получите компромисс, который подойдет для такого вида спорта, как велоспорт, где вам нужна комбинация выносливости и силы ». Однако, добавляет Суини, для проведения такого исследования на мышах, а тем более на людях, было мало научных причин (что означает финансирование).

Манипулирование генами окажет наиболее значительное влияние на лечение заболеваний и укрепление здоровья , а не на улучшение спортивных навыков, хотя спорт, безусловно, выиграет от этого исследования. Ученые уже изучают, могут ли генные терапии помочь людям, страдающим от мышечных заболеваний, таких как мышечная дистрофия.

« Много было известно о том, как мы можем сделать мышцы сильнее и больше, а также сильнее сокращаться », — говорит Теодор Фридманн, генетик из Калифорнийского университета в Сан-Диего. и глава консультативного комитета по генодопингу для Всемирного антидопингового агентства (ВАДА). Научные исследования внедрили белок IGF-1 в мышиную ткань, чтобы предотвратить нормальный распад мышц при старении. « Где-то в будущем можно приложить усилия для достижения того же результата у людей », — добавляет он.

Манипулирование генами уже доказало свою полезность в исследованиях, не связанных с лечением мышц . Например, в декабре 2011 года группа британских исследователей сообщила в «Медицинском журнале Новой Англии», что им удалось вылечить шесть пациентов с гемофилией В — заболеванием, при котором кровь не может сгусток правильно, чтобы контролировать кровотечение, используя вирус, чтобы обеспечить ген, который позволяет им производить больше свертывающего агента, фактора IX.

Сложные цели

Несмотря на эксперименты с уровнями белка IGF-1 и MSTN в мышцах мыши, определить, какие гены непосредственно ответственны за спортивные способности, довольно сложно. « Что мы узнали за последние 10 лет из секвенирования человеческого генома, так это то, что здесь гораздо больше сложностей, чем мы могли себе представить раньше », — говорит Стивен Рот, доцент кафедры физиологии упражнений. Университета Мэриленда, который по возрасту и генетике. « Каждый хочет знать, какие гены вносят большой вклад в спортивные результаты, в мышечную силу, аэробные способности или что-то в этом роде. У нас до сих пор нет жестких целей, признанных научным сообществом за их вклад в спортивные результаты . »

С 2004 года ученые обнаружили более 90 генов или хромосомных точек, которые, как полагают, отвечают за определение спортивных результатов. Сегодня количество возросло до 220 генов.

Даже при таком отсутствии уверенности, некоторые компании уже пытались воспользоваться тем, что уже изучено, для продвижения генетических тестов , которые, по их утверждению, могут выявить спортивную предрасположенность ребенка.

Atlas Sports Genetics, LLC в Боулдере, штат Колорадо, начал продавать генетические тесты за 149 долларов в декабре 2008 года, утверждая, что это может проанализировать вариант гена ACTN3, который у элитных спортсменов связан с присутствием альфа-белка. -актинин-3, который помогает организму вырабатывать быстро сокращающиеся мышечные волокна.

Мышцы лабораторных мышей, у которых отсутствует альфа-актинин-3, действуют скорее как медленное мышечное волокно и используют энергию более эффективно — состояние, более подходящее для выносливости, чем для массы и силы. « Сложность состоит в том, что более продвинутые исследования не обнаружили, как именно потеря альфа-актинина-3 влияет на функцию мышц у людей », — говорит Рот.

ACE , другой ген, изученный в отношении физической выносливости, дал неопределенные результаты. Первоначально исследователи утверждали, что люди с вариантом ACE будут иметь преимущество в выносливых видах спорта, а те, у кого другой вариант, будут в большей степени соответствовать силе и мощи, но результаты будут неубедительными.

Так что , хотя ACE и ACTN3 являются наиболее узнаваемыми генами, когда речь идет о легкой атлетике, ни один из них не является однозначно предиктором эффективности. Преобладающая идея 10 или 15 лет назад о том, что могут быть два, три или четыре гена, которые действительно являются сильными факторами, способствующими определенному признаку, такому как мышечная сила, — это падшая версия, говорит Рот. « Мы поняли, и в последние годы было показано, что это не порядок 10 или 20 генов, а скорее сотни генов, каждый с действительно небольшими вариациями и огромным количеством возможных комбинаций, которые предрасположенность к совершенству может возникнуть »

« Ничто в науке не изменилось «, добавляет он. « В начале мы выдвинули гипотезу, которая в большинстве случаев оказалась неверной, это наука. »

La manipolazione genica avrà un impatto più significativo nel trattamento delle malattie piuttosto che nel potenziamento delle capacità atletiche

Генетический допинг

ВАДА обратилась за помощью к Фридману после летних Олимпийских игр в Сиднее в 2000 году, после того, как стали распространяться слухи о том, что некоторым спортсменам была проведена генная манипуляционная терапия . Не было найдено, но угроза казалась реальной. Чиновникам было хорошо известно о недавнем исследовании генной терапии в Университете Пенсильвании, которое привело к смерти пациента.

« В медицине эти риски принимаются пациентами и специалистами, которым угрожает опасность с целью исцеления и предотвращения боли и страданий », — говорит Фридман. « Если бы те же инструменты, примененные к здоровому молодому спортсмену, пошли не так, этические условия были бы гораздо менее этическими, и мы бы не хотели быть в обществе, которое слепо принимает инъекцию у спортсменов, чтобы они могли улучшить выносливость . »

ЕПВ является предпочтительной целью для людей, заинтересованных в манипулировании производством крови у пациентов с раком или хроническим заболеванием почек. Его также использовали и злоупотребляли профессиональные велосипедисты и другие спортсмены, стремящиеся улучшить свою выносливость. Другая схема заключалась в том, чтобы вводить в мышцы спортсмена ген, который подавляет миостатин , белок, который подавляет рост мышц.

Ингибиторы миостатина, а также гены EPO и IGF-1 были первыми кандидатами на допинг на основе генов, но они не единственные, говорит Фридманн , сосудистый эндотелиальный фактор роста (VEGF) инструктирует организм формировать сигнальные белки, которые помогают ему увеличить кровоток, прорастая новые кровеносные сосуды в мышцах. Эти белки были использованы для лечения дегенерации желтого пятна и восстановления снабжения тканей кислородом при недостаточном кровообращении. Другими привлекательными генами могут быть те, которые влияют на восприятие боли, регулируют уровень глюкозы, влияют на адаптацию скелетных мышц к нагрузке и помогают дышать.