Lebih sukar untuk dikesan daripada EPO, doping gen adalah perkara yang kurang dilaporkan dalam perjuangan untuk berbasikal bersih
Sejarah doping dan anti-doping adalah seperti Wile E. Coyote mengejar Road Runner: tidak kira seberapa dekat Wile E. dengan Road Runner, yang terakhir sentiasa selangkah di hadapan. Ini nampaknya lebih berlaku untuk sudut doping baharu yang gelap yang mungkin kedengaran seperti skrip fiksyen sains, tetapi sebenarnya telah wujud selama sekurang-kurangnya dua dekad: doping gen (atau genetik).
Tetapi di sebalik perkembangan pesat doping gen, metodologi ujian baharu untuk doping gen mungkin mewakili titik perubahan penting terhadap penggunaan gen untuk tujuan peningkatan prestasi.
ADOPE (Pengesanan Lanjutan Peningkatan Prestasi) telah dibentangkan di Universiti Stirling, Scotland, pada awal September dan merupakan salah satu daripada beberapa ujian yang diketahui terhadap doping gen.
Kaedah ini dibangunkan oleh sekumpulan saintis Universiti Teknikal Delft, Belanda, dan ia akan bersaing dengan lebih daripada 300 pasukan lain pada pertandingan Mesin Kejuruteraan Genetik 2018; majlis anugerah akan diadakan di Boston, MA, pada 28 Oktober.
Perkara pertama dahulu: apakah doping gen?
Doping gen ialah 'penyalahgunaan' terapi gen untuk tujuan peningkatan prestasi. Terapi gen, sebaliknya, ialah teknik yang menggunakan gen berbanding ubat atau pembedahan untuk merawat atau mencegah penyakit.
Terapi ini terdiri daripada penghantaran bahan genetik luaran ke dalam sel pesakit. Bahan genetik – yang mengandungi ungkapan khusus yang mengaktifkan protein yang digunakan untuk merawat penyakit ini – dimasukkan ke dalam sel menggunakan vektor luar (biasanya virus).
Mari kita ambil EPO, sebagai contoh. Erythropoietin – protein yang merangsang pengeluaran sel darah merah dalam sumsum tulang, dan seterusnya meningkatkan tahap hemoglobin dalam badan dan penghantaran oksigen ke tisu – biasanya dirembeskan oleh buah pinggang.
Suntikan EPO telah menjadi peningkatan prestasi terkenal yang disalahgunakan oleh penunggang basikal selama beberapa tahun, terutamanya pada tahun 90-an.
Hari ini, walaupun kes positif EPO masih dilaporkan, amalan ini menjadi lebih sukar kerana kawalan anti-doping boleh mengesan EPO luaran dengan cukup cekap pada masa kini.
Namun, alternatif doping gen, yang meningkatkan pengeluaran EPO melalui penyisipan bahan genetik baharu ke dalam atlet, akhirnya akan kelihatan seperti produk semula jadi daripada fisiologi atlet itu sendiri dan bukan seperti bahan terlarang.
Walaupun terapi gen masih hanya digunakan untuk penyakit jarang yang tiada penawar (seperti kekurangan imun gabungan yang teruk, buta, kanser dan penyakit neurodegenerative) saintis telah mengaku bahawa orang dari dunia sukan telah mendekati mereka dan meminta mereka untuk menggunakan terapi ini sebagai satu cara untuk meningkatkan prestasi sukan mereka.
WADA dan doping gen
Agensi Anti Doping Dunia (WADA) menganjurkan bengkel pertama untuk membincangkan doping gen dan ancamannya pada tahun 2002, manakala amalan itu disenaraikan dalam senarai bahan dan kaedah haram WADA pada tahun berikutnya.
Sejak itu WADA telah menumpukan sebahagian daripada sumbernya untuk membolehkan pengesanan doping gen (termasuk penciptaan beberapa kumpulan dan panel pakar doping gen), dan pada tahun 2016 ujian rutin untuk doping gen EPO telah dilaksanakan di makmal yang diiktiraf WADA di Australia, Makmal Pengujian Dadah Sukan Australia.
Walau bagaimanapun, metodologi ujian untuk doping gen boleh menyusahkan dan memerlukan pengetahuan luas tentang urutan DNA khusus untuk amalan ujian sebenar.
Kaedah yang dicadangkan oleh ADOPE, sebaliknya, memfokuskan pada penjujukan disasarkan dan menggabungkan prinsip berfaedah kaedah lain dengan cara yang berpotensi lebih cekap dan disasarkan.
Metodologi ujian ADOPE
Metodologi ujian ADOPE telah dibangunkan melalui ujian yang dijalankan ke atas darah lembu dan ia distrukturkan dalam dua fasa: yang pertama ialah fasa pra-penyaringan yang menyasarkan darah yang didop gen yang berpotensi, manakala yang kedua menyasarkan urutan genetik khusus kepada sahkan sama ada DNA benar-benar telah didop gen atau tidak.
'Dalam pra-skrin, ' jelas Jard Mattens, Pengurus Amalan Manusia pasukan TU Delft yang membangunkan ADOPE, 'kami terus membangunkan penggunaan nanopartikel emas bertutup dekstrin untuk pengesanan doping gen.
'Prinsipnya adalah berdasarkan fakta bahawa nanopartikel emas mendorong perubahan warna sampel yang boleh diukur secara beransur-ansur apabila ia mengandungi DNA "doping".'
Untuk mengusahakan dan menguji 'DNA yang didop gen' – tetapi tanpa memerlukan atlet atau haiwan yang benar-benar doping gen – pasukan TU Delft telah 'membuang' darah lembu secara buatan dengan beberapa urutan DNA pelengkap.
Matlamat ujian mereka adalah untuk menyasarkan dan mencari jujukan 'didop gen' yang mereka tambahkan ke dalam darah.
'Kami menggunakan darah lembu sebagai pengganti yang baik untuk darah manusia kerana prinsipnya berfungsi dengan cara yang sama, ' jelas Mattens.
'Untuk ujian kami, kami menambahkan beberapa jenis DNA pada darah lembu ini dalam kepekatan yang berbeza untuk meniru perkembangan kepekatan dari semasa ke semasa mengikut apa yang kami modelkan sebelum ini untuk manusia.
'Dari ketika itu kaedah pengesanan kami akan sama dan DNA yang kami tambahkan pada darah lembu harus dikesan melalui kaedah kami.'
Setelah darah yang didop gen berpotensi dikenal pasti kerana perubahan warnanya, fasa kedua ujian akan menyusul, menyasarkan jujukan khusus yang telah ditambahkan pada darah.
'Untuk mengesahkan saringan awal ini, ' meneruskan Mattens, 'kami menggunakan protein gabungan CRISPR-Cas – Transposase yang unik dan inovatif.
'Ini boleh dilihat sebagai mesin nano yang dapat mengesan secara khusus perbezaan spesifik yang terdapat dalam DNA doping gen.'
CRISPR, atau CRISPR-Cas9 (atau penyuntingan gen), ialah teknik berbeza dan lebih maju yang membolehkan ahli genetik yang menggunakan dua molekul – enzim yang dipanggil Cas9 dan sekeping RNA – untuk menghasilkan perubahan (mutasi) ke dalam DNA.
Teknik ini juga diharamkan oleh WADA dari awal 2018 sebagai teknik doping gen yang lebih maju, tetapi dalam kes ADOPE, teknik CRISPR-CAS digunakan untuk mencari DNA yang diubah suai dan bukannya mengubahnya.
Kekhususan ADOPE
Model ujian yang dibangunkan oleh ADOPE telah dirangka dan dibangunkan secara khusus untuk mengesan gen yang membolehkan penghasilan EPO dalam tubuh manusia, tetapi memandangkan metodologinya sangat serba boleh, penyelidik TU Delft mendakwa ia boleh 'dilanjutkan untuk mengesan sebarang jenis doping gen.'
Berdasarkan kitaran semasa EPO berkesan dalam badan, masa yang paling berkemungkinan atlet akan menggunakan gen khusus ini adalah sebelum pertandingan – tetapi pada masa yang sama, gen lain, menyasarkan protein dan fisiologi yang berbeza penambahbaikan, mungkin mempunyai kesan yang lebih cepat.
Itulah sebabnya ADOPE menyasarkan untuk melaksanakan ujian anti-doping biasa sepanjang keseluruhan latihan dan kalendar perlumbaan.
Walau bagaimanapun, kerana apa yang dipanggil 'DNA bebas sel' yang disasarkan oleh ujian dijangka sangat rendah dalam air kencing (walaupun terdapat di sini juga), buat masa ini ADOPE hanya berfungsi pada sampel darah dan pengesanannya. tetingkap masih terhad.
'Berdasarkan ujian percubaan dengan primat bukan manusia oleh Ni et al pada 2011, ' kata Mattens, 'kami menjangkakan tetingkap pengesanan hanya dalam beberapa minggu.
'Pembangunan kaedah selanjutnya mungkin menjadikan kaedah yang sama berfungsi untuk air kencing juga pada masa hadapan.'
Perbezaan antara ADOPE dan pendekatan lain
'Kebanyakan pendekatan [daripada ujian doping gen lain] bergantung pada tindak balas berasaskan PCR [Tindak balas rantai polimerase: teknik yang membuat salinan rantau DNA tertentu secara in vitro], yang mempunyai banyak kelemahan, ' tambah Mattens.
'Tindak balas ini agak sukar dan memerlukan pengetahuan sebelumnya yang luas tentang urutan DNA. Tambahan pula, menggunakan teknologi ujian anti-doping ini, menjadikan kebarangkalian mengelak pengesanan dengan ketara lebih tinggi.'
Sebagai alternatif, beberapa amalan ujian lain memfokuskan pada keseluruhan jujukan genom; iaitu keseluruhan bahan genetik yang terdapat dalam sel atau organisma.
Tetapi kelemahan pendekatan ini ialah keseluruhan jujukan genom mesti diambil kira, yang memakan masa, tidak cekap dan juga boleh dilihat sebagai pencerobohan privasi atlet.
'Pendekatan kami, ' kata Mattens, 'memfokuskan pada penjujukan yang disasarkan, yang menggabungkan prinsip berfaedah daripada kedua-dua pendekatan secara saling melengkapi.
'Ia menggunakan prinsip kekhususan PCR, namun ia hanya memerlukan satu tapak sasaran pada transgen (tetapi memerlukan berbilang tapak untuk carian), menjadikan kebarangkalian mengelak pengesanan jauh lebih rendah.
'[ADOPE] menggunakan prinsip penjujukan keseluruhan penjujukan genom, namun dengan cara yang lebih cekap dan disasarkan, mengurangkan jumlah data secara mendadak.
'Akibatnya, kami percaya penjujukan yang disasarkan ialah pendekatan yang lebih baik dan masa depan pengesanan doping gen.'
