Moeilijker te detecteren dan EPO, genetische doping is een minder gerapporteerd front in de strijd voor schoon wielrennen
De geschiedenis van doping en antidoping is zoiets als Wile E. Coyote die de Road Runner achtervolgt: hoe dicht Wile E. ook bij de Road Runner komt, de laatste is hem altijd een stap voor. Dit lijkt des te meer het geval voor een nieuwe, schimmige hoek van doping die misschien klinkt als een sciencefictionscript, maar in feite al minstens twee decennia bestaat: genetische (of genetische) doping.
Maar ondanks de snelle ontwikkeling van genetische doping, kan een nieuwe testmethode voor genetische doping een belangrijk keerpunt betekenen tegen het gebruik van genen voor prestatieverbetering.
ADOPE (Advanced Detection of Performance Enhancement) werd begin september gepresenteerd aan de Universiteit van Stirling, Schotland en is een van de weinige bekende tests tegen genetische doping.
De methode is ontwikkeld door een groep wetenschappers van de Technische Universiteit Delft, Nederland, en zal het opnemen tegen meer dan 300 andere teams tijdens de Genetically Engineered Machine-competitie van 2018; de prijsuitreiking vindt plaats op 28 oktober in Boston, MA.
Eerst eerst: wat is genetische doping?
Gendoping is het 'misbruik' van gentherapie voor prestatieverbetering. Gentherapie daarentegen is een techniek waarbij genen worden gebruikt in plaats van medicijnen of operaties om ziekten te behandelen of te voorkomen.
De therapie bestaat uit de levering van extern genetisch materiaal in de cellen van een patiënt. Het genetische materiaal – dat een specifieke expressie bevat die de eiwitten activeert die worden gebruikt om de ziekte te behandelen – wordt in de cellen ingebracht met behulp van een externe vector (normaal gesproken een virus).
Laten we bijvoorbeeld EPO nemen. Erytropoëtine – het eiwit dat de aanmaak van rode bloedcellen in het beenmerg stimuleert en bijgevolg de hemoglobinespiegels in het lichaam en de zuurstoftoevoer naar de weefsels verhoogt – wordt normaal gesproken door de nieren uitgescheiden.
EPO-injecties zijn de beruchte prestatieverbetering geweest die wielrenners jarenlang misbruikten, vooral in de jaren '90.
Vandaag de dag, hoewel er nog steeds gevallen van EPO-positiviteit worden gemeld, is het moeilijker geworden om met deze praktijk weg te komen, aangezien antidopingcontroles tegenwoordig vrij efficiënt extern EPO kunnen detecteren.
Het alternatief voor genetische doping, dat de EPO-productie verbetert door het inbrengen van nieuw genetisch materiaal in een atleet, zou er uiteindelijk uitzien als een natuurlijk product van de eigen fysiologie van de atleet en niet als een verboden stof.
Hoewel gentherapie nog steeds alleen wordt gebruikt voor zeldzame ziekten die niet te genezen zijn (zoals ernstige gecombineerde immunodeficiëntie, blindheid, kanker en neurodegeneratieve ziekten), hebben wetenschappers bekend dat mensen uit de sportwereld hen hebben benaderd en hen hebben gevraagd om deze therapieën als een manier om hun sportprestaties te verbeteren.
WADA en genetische doping
Het Wereldantidopingagentschap (WADA) organiseerde in 2002 de eerste workshop om genetische doping en de bedreigingen ervan te bespreken, terwijl de praktijk het jaar daarop werd vermeld op de WADA-lijst van illegale stoffen en methoden.
Sindsdien besteedt het WADA een deel van zijn middelen aan de detectie van genetische doping (inclusief de oprichting van verschillende groepen en panels van experts op het gebied van genetische doping), en in 2016 werd een routinetest voor EPO-gendoping geïmplementeerd in het door het WADA geaccrediteerde laboratorium in Australië, het Australian Sports Drug Testing Laboratory.
De testmethodologieën voor genetische doping kunnen echter omslachtig zijn en vereisen een brede kennis van een specifieke DNA-sequentie voor de eigenlijke testpraktijk.
De door ADOPE voorgestelde methode is daarentegen gericht op gerichte sequencing en combineert de gunstige principes van de andere methoden op een potentieel efficiëntere en gerichte manier.
De ADOPE-testmethode
ADOPE-testmethodologie is ontwikkeld door middel van tests die zijn uitgevoerd op runderbloed en is gestructureerd in twee fasen: de eerste is een pre-screeningfase die zich richt op een mogelijk gen-gedoteerd bloed, terwijl de tweede zich richt op specifieke genetische sequenties om controleer of het DNA echt gen-gedoteerd is of niet.
'In de pre-screen', legt Jard Mattens uit, Human Practices Manager van het TU Delft-team dat ADOPE heeft ontwikkeld, 'ontwikkelen we het gebruik van zogenaamde dextrine-capped gouden nanodeeltjes voor genetische dopingdetectie.
'Het principe is gebaseerd op het feit dat gouden nanodeeltjes een geleidelijke kwantificeerbare kleurverandering van het monster veroorzaken wanneer het het "doping"-DNA bevat.'
Om te werken aan en het testen van een 'gen-gedoteerd DNA' – maar zonder de noodzaak om atleten of dieren daadwerkelijk te gen-dopen – heeft het TU Delft-team runderbloed kunstmatig 'verrijkt' met verschillende complementaire DNA-sequenties.
Het doel van hun tests was om de 'gen-gedoteerde' sequenties die ze aan het bloed toevoegden, te targeten en te vinden.
'We gebruiken runderbloed als een goede vervanging voor menselijk bloed, omdat het principe op dezelfde manier werkt', legt Mattens uit.
'Voor onze test voegen we verschillende DNA-types toe aan dit runderbloed in verschillende concentraties om de ontwikkeling van de concentratie in de loop van de tijd na te bootsen volgens wat we eerder voor mensen hebben gemodelleerd.
'Vanaf dat moment zal onze detectiemethode hetzelfde zijn en moet het DNA dat we aan het runderbloed hebben toegevoegd door onze methode worden gedetecteerd.'
Zodra het potentiële gen-gedoteerde bloed is geïdentificeerd vanwege de verandering van de kleur, volgt de tweede fase van de test, gericht op de specifieke sequenties die aan het bloed zijn toegevoegd.
'Om deze eerste screening te verifiëren', vervolgt Mattens, 'gebruiken we een technisch uniek en innovatief CRISPR-Cas – Transposase-fusie-eiwit.
'Dit kan worden gezien als een nanomachine die specifiek de specifieke verschillen in gendoping-DNA kan detecteren.'
De CRISPR, of CRISPR-Cas9 (of gene editing), is een andere en meer geavanceerde techniek waarmee genetici die twee moleculen gebruiken – een enzym genaamd Cas9 en een stuk RNA – om een verandering teweeg te brengen (mutatie) in het DNA.
Deze techniek werd begin 2018 ook door het WADA verboden als een meer geavanceerde gendopingtechniek, maar in het geval van ADOPE wordt de CRISPR-CAS-techniek gebruikt om het gemodificeerde DNA te vinden in plaats van het te modificeren.
De specificiteit van ADOPE
Het door ADOPE ontwikkelde testmodel is specifiek bedacht en ontwikkeld om het gen te detecteren dat de productie van EPO in het menselijk lichaam mogelijk maakt, maar aangezien de methodologie zeer veelzijdig is, beweren de onderzoekers van de TU Delft dat het kan worden 'uitgebreid om elke vorm van genetische doping op te sporen.'
Gebaseerd op de cyclus waarin EPO effectief is in het lichaam, is de meest waarschijnlijke tijd dat atleten doping gebruiken met dit specifieke gen ruim voor de competitie, maar tegelijkertijd zijn er andere genen, gericht op verschillende eiwitten en fysiologische verbeteringen, kan een veel sneller effect hebben.
Daarom streeft ADOPE ernaar om de reguliere antidopingtests door te voeren gedurende de hele trainings- en racekalender.
Aangezien het zogenaamde 'celvrije DNA' waarop de tests gericht zijn naar verwachting echter zeer weinig urine bevat (hoewel hier ook aanwezig), werkt ADOPE voorlopig alleen op bloedmonsters en de detectie ervan venster is nog steeds beperkt.
'Op basis van een experimentele test met niet-menselijke primaten door Ni et al in 2011,' zegt Mattens, 'verwachten we dat het detectievenster slechts een paar weken zal zijn.
'Verdere ontwikkeling van de methode kan ervoor zorgen dat dezelfde methode in de toekomst ook voor urine werkt.'
Het verschil tussen ADOPE en andere benaderingen
'De meeste [van de andere genetische dopingtests]-benaderingen zijn gebaseerd op op PCR gebaseerde reacties [Polymerasekettingreactie: een techniek die in vitro kopieën maakt van een specifiek DNA-gebied], die veel nadelen hebben, 'voegt Mattens toe.
'Deze reacties zijn relatief arbeidsintensief en vereisen uitgebreide voorkennis van de DNA-sequentie. Bovendien maakt het gebruik van deze antidopingtesttechnologieën de kans op ontduiking van detectie aanzienlijk groter.'
Als alternatief richten sommige andere testpraktijken zich op de hele genoomsequentie; dat wil zeggen, het gehele genetische materiaal dat aanwezig is in een cel of organisme.
Maar het nadeel van deze benadering is dat de hele genoomsequentie in aanmerking moet worden genomen, wat tijdrovend en inefficiënt is en ook kan worden gezien als een inbreuk op de privacy van atleten.
'Onze aanpak', zegt Mattens, 'focust op gerichte sequencing, die de gunstige principes van beide benaderingen op een complementaire manier combineert.
'Het maakt gebruik van het specificiteitsprincipe van PCR, maar het vereist slechts één doellocatie op het transgen (maar vereist meerdere locaties om te zoeken), waardoor de kans op ontduiking van detectie aanzienlijk lager is.
'[ADOPE] maakt gebruik van het sequencing-principe van sequencing van het hele genoom, maar op een efficiëntere en doelgerichtere manier, waardoor de hoeveelheid gegevens drastisch wordt verminderd.
'Als gevolg hiervan zijn wij van mening dat gerichte sequencing een veel betere benadering en de toekomst van genetische dopingdetectie is.'
