Khó bị phát hiện hơn EPO, doping gen là mặt trận ít được báo cáo hơn trong cuộc chiến giành giải đua xe đạp sạch
Lịch sử chống doping và chống doping giống như Wile E. Coyote đuổi theo Road Runner: cho dù Wile E. có tiến gần đến Road Runner đến đâu, thì người về sau luôn đi trước một bước. Điều này có vẻ đúng hơn đối với một góc khuất mới của doping, nghe có vẻ giống như một kịch bản khoa học viễn tưởng, nhưng thực tế đã tồn tại ít nhất hai thập kỷ: doping gen (hoặc di truyền).
Nhưng bất chấp sự phát triển nhanh chóng của doping gen, một phương pháp thử nghiệm mới để kiểm tra doping gen có thể đại diện cho một bước ngoặt quan trọng chống lại việc sử dụng gen cho các mục đích nâng cao hiệu suất.
ADOPE (Phát hiện Nâng cao Nâng cao Hiệu suất) đã được trình bày tại Đại học Stirling, Scotland, vào đầu tháng 9 và là một trong những thử nghiệm rất ít được biết đến chống lại doping gen.
Phương pháp này được phát triển bởi một nhóm các nhà khoa học của Đại học Kỹ thuật Delft, Hà Lan và nó sẽ cạnh tranh với hơn 300 đội khác tại cuộc thi Máy được Kỹ thuật Di truyền năm 2018; lễ trao giải sẽ được tổ chức tại Boston, MA, vào ngày 28 tháng 10.
Điều đầu tiên đầu tiên: doping gen là gì?
Doping gen là việc 'lạm dụng' liệu pháp gen cho các mục đích nâng cao hiệu suất. Mặt khác, liệu pháp gen là một kỹ thuật sử dụng gen thay vì thuốc hoặc phẫu thuật để điều trị hoặc ngăn ngừa bệnh.
Liệu pháp bao gồm việc đưa vật liệu di truyền bên ngoài vào tế bào của bệnh nhân. Vật liệu di truyền - chứa một biểu hiện cụ thể kích hoạt các protein được sử dụng để điều trị bệnh - được đưa vào tế bào bằng cách sử dụng vectơ bên ngoài (thường là vi rút).
Hãy lấy EPO làm ví dụ. Erythropoietin - protein kích thích sản xuất tế bào hồng cầu trong tủy xương, và do đó làm tăng nồng độ hemoglobin trong cơ thể và cung cấp oxy đến các mô - thường được tiết ra bởi thận.
Tiêm EPO là biện pháp nâng cao hiệu suất khét tiếng mà những người đi xe đạp lạm dụng trong vài năm, đặc biệt là trong những năm 90.
Ngày nay, mặc dù các trường hợp dương tính với EPO vẫn được báo cáo, nhưng việc loại bỏ thực tế này trở nên khó khăn hơn vì ngày nay các biện pháp kiểm soát chống doping có thể phát hiện EPO bên ngoài khá hiệu quả.
Tuy nhiên, giải pháp thay thế doping gen, giúp tăng cường sản xuất EPO thông qua việc đưa vật liệu di truyền mới vào vận động viên, cuối cùng sẽ giống như một sản phẩm tự nhiên của sinh lý vận động viên chứ không giống như một chất cấm.
Mặc dù liệu pháp gen vẫn chỉ được sử dụng cho các bệnh hiếm không có thuốc chữa (như suy giảm miễn dịch kết hợp nghiêm trọng, mù lòa, ung thư và các bệnh thoái hóa thần kinh), các nhà khoa học đã thú nhận rằng những người trong thế giới thể thao đã tiếp cận họ và yêu cầu họ sử dụng những liệu pháp này như một cách để nâng cao hiệu suất thể thao của họ.
WADA và doping gen
Cơ quan chống doping thế giới (WADA) đã tổ chức hội thảo đầu tiên thảo luận về doping gen và các mối đe dọa của nó vào năm 2002, trong khi phương pháp này được liệt kê trong danh sách các chất và phương pháp bất hợp pháp của WADA một năm sau đó.
Kể từ đó, WADA đã dành một phần nguồn lực của mình để cho phép phát hiện doping gen (bao gồm việc tạo ra một số nhóm và nhóm chuyên gia doping gen), và vào năm 2016, một cuộc kiểm tra định kỳ về doping gen EPO đã được thực hiện trong phòng thí nghiệm được WADA công nhận ở Úc, Phòng thí nghiệm Kiểm tra Thuốc Thể thao của Úc.
Tuy nhiên, các phương pháp xét nghiệm để kiểm tra doping gen có thể tốn nhiều công sức và đòi hỏi kiến thức sâu rộng về chuỗi DNA cụ thể để thực hành xét nghiệm thực tế.
Mặt khác, phương pháp do ADOPE đề xuất tập trung vào việc sắp xếp theo trình tự có mục tiêu và kết hợp các nguyên tắc có lợi của các phương pháp khác theo cách có hiệu quả và có mục tiêu hơn.
Phương pháp kiểm tra ADOPE
Phương pháp xét nghiệm ADOPE đã được phát triển thông qua các xét nghiệm được thực hiện trên máu bò và nó được cấu trúc theo hai giai đoạn: giai đoạn đầu tiên là giai đoạn sàng lọc trước nhằm vào máu có pha tạp gen tiềm năng, trong khi giai đoạn thứ hai nhắm vào các trình tự di truyền cụ thể để xác minh xem DNA có thực sự được pha tạp gen hay không.
'Trong màn hình trước,' Jard Mattens, Giám đốc Thực hành Con người của nhóm TU Delft đã phát triển ADOPE, giải thích, chúng tôi phát triển thêm việc sử dụng cái gọi là các hạt nano vàng có giới hạn dextrin để phát hiện doping gen.
'Nguyên tắc dựa trên thực tế là các hạt nano vàng tạo ra sự thay đổi màu sắc dần dần có thể định lượng được của mẫu khi nó chứa DNA "pha tạp".'
Để nghiên cứu và kiểm tra 'ADN pha tạp gen' - nhưng không cần phải vận động viên hoặc động vật thực sự pha tạp gen - nhóm TU Delft đã 'bổ sung' nhân tạo máu bò với một số chuỗi ADN bổ sung.
Mục đích của các xét nghiệm của họ là nhắm mục tiêu và tìm ra các trình tự 'pha tạp gen' mà họ đã thêm vào máu.
"Chúng tôi sử dụng máu bò để thay thế tốt cho máu người vì nguyên tắc hoạt động theo cách tương tự", Mattens giải thích.
'Đối với thử nghiệm của chúng tôi, chúng tôi thêm một số loại DNA vào máu của con bò này ở các nồng độ khác nhau để bắt chước sự phát triển nồng độ theo thời gian theo những gì chúng tôi đã mô hình hóa trước đây cho con người.
'Từ thời điểm đó, phương pháp phát hiện của chúng tôi sẽ giống nhau và DNA mà chúng tôi thêm vào máu bò sẽ được phát hiện bằng phương pháp của chúng tôi.'
Sau khi xác định được máu có pha tạp gen tiềm năng do thay đổi màu sắc của nó, giai đoạn thứ hai của xét nghiệm sẽ tiếp theo, nhắm mục tiêu các trình tự cụ thể đã được thêm vào máu.
'Để xác minh việc sàng lọc ban đầu này,' Mattens tiếp tục, 'chúng tôi sử dụng protein dung hợp CRISPR-Cas - Transposase về mặt kỹ thuật độc đáo và sáng tạo.
'Đây có thể được coi là một loại máy nanomachine có thể phát hiện cụ thể những khác biệt cụ thể có trong DNA doping gen.'
CRISPR, hay CRISPR-Cas9 (hoặc chỉnh sửa gen), là một kỹ thuật khác và tiên tiến hơn cho phép các nhà di truyền học sử dụng hai phân tử - một loại enzyme tên là Cas9 và một đoạn RNA - để tạo ra sự thay đổi (đột biến) vào DNA.
Kỹ thuật này cũng đã bị WADA cấm từ đầu năm 2018 như một kỹ thuật doping gen tiên tiến hơn, nhưng trong trường hợp ADOPE, kỹ thuật CRISPR-CAS được sử dụng để tìm DNA đã sửa đổi thay vì sửa đổi nó.
Tính cụ thể của ADOPE
Mô hình thử nghiệm do ADOPE phát triển đã được hình thành và phát triển đặc biệt để phát hiện gen cho phép sản xuất EPO trong cơ thể người, nhưng vì phương pháp này rất linh hoạt, các nhà nghiên cứu của TU Delft tuyên bố rằng nó có thể 'mở rộng để phát hiện bất kỳ loại doping gen nào.'
Dựa trên chu kỳ mà EPO hoạt động hiệu quả trong cơ thể, thời điểm có khả năng cao nhất mà các vận động viên sử dụng gen cụ thể này sẽ là trước khi thi đấu - nhưng đồng thời, các gen khác, nhắm vào các protein và sinh lý khác nhau cải tiến, có thể có tác dụng nhanh hơn nhiều.
Đó là lý do tại sao ADOPE đặt mục tiêu thực hiện các bài kiểm tra chống doping thường xuyên trong toàn bộ lịch tập luyện và đua xe.
Tuy nhiên, vì cái gọi là 'DNA tự do của tế bào' được nhắm mục tiêu bởi các xét nghiệm dự kiến sẽ có rất ít trong nước tiểu (mặc dù cũng có ở đây), nên hiện tại ADOPE chỉ hoạt động trên các mẫu máu và việc phát hiện nó cửa sổ vẫn còn hạn chế.
Mattens nói:'Dựa trên một thử nghiệm thử nghiệm với động vật linh trưởng không phải người của Ni và cộng sự vào năm 2011,' chúng tôi hy vọng thời hạn phát hiện chỉ trong vài tuần.
'Việc phát triển thêm phương pháp này có thể làm cho phương pháp tương tự cũng có hiệu quả với nước tiểu trong tương lai.'
Sự khác biệt giữa ADOPE và các phương pháp tiếp cận khác
'Hầu hết [các phương pháp xét nghiệm doping gen khác] đều dựa vào phản ứng dựa trên PCR [Phản ứng chuỗi polymerase: một kỹ thuật tạo bản sao của một vùng DNA cụ thể trong ống nghiệm], có nhiều nhược điểm, "Mattens nói thêm.
'Những phản ứng này tương đối tốn công sức và đòi hỏi kiến thức sâu rộng về trình tự DNA. Hơn nữa, việc sử dụng các công nghệ kiểm tra chống doping này, làm cho xác suất trốn tránh bị phát hiện cao hơn đáng kể. '
Ngoài ra, một số phương pháp kiểm tra khác tập trung vào toàn bộ trình tự bộ gen; nghĩa là, toàn bộ vật chất di truyền có trong tế bào hoặc sinh vật.
Nhưng nhược điểm của phương pháp này là phải tính đến toàn bộ trình tự bộ gen, việc này tốn thời gian, không hiệu quả và cũng có thể bị coi là xâm phạm quyền riêng tư của vận động viên.
"Phương pháp của chúng tôi," Mattens nói, "tập trung vào trình tự có mục tiêu, kết hợp các nguyên tắc có lợi từ cả hai phương pháp theo cách bổ sung.
'Nó sử dụng nguyên tắc đặc hiệu của PCR, tuy nhiên nó chỉ yêu cầu một trang web đích trên gen chuyển (nhưng yêu cầu nhiều trang web để tìm kiếm), làm cho xác suất trốn tránh phát hiện thấp hơn đáng kể.
'[ADOPE] sử dụng nguyên tắc giải trình tự của toàn bộ bộ gen, tuy nhiên theo cách hiệu quả và có mục tiêu hơn, giảm đáng kể lượng dữ liệu.
'Do đó, chúng tôi tin rằng giải trình tự nhắm mục tiêu là một cách tiếp cận tốt hơn nhiều và là tương lai của phát hiện doping gen.'
