Technologie "omiczne" w wykrywaniu dopingu07.09.2012

autor: Marcin Sajek
słowa kluczowe: RNA, DNA, test, hormony, diagnostyka, mikromacierze, krew, białko, marker, doping, EPO

Genom najogólniej rzecz ujmując jest to cała informacja genetyczna organizmu. Na zasadzie analogii powstały terminy transkryptom, proteom, metabolom itd.

Ostatnia dekada w biologii molekularnej to bardzo szybki rozwój metod i podejść badawczych takich jak genomika, transkryptomika, proteomika czy metabolomika. Dziś stanowią one bardzo ważną cześć tej nauki. Próbuje się je również wykorzystać w celu wykrywania niedozwolonego dopingu u sportowców. Niektóre niedozwolone substancje czy też zabronione metody poprawy wydolności organizmu są bardzo trudne do wykrycia bezpośredniego. W związku z tym potrzebujemy medod pośrednich. W teorii metody "omiczne" wydają się być dobrym rozwiązaniem. Jak jest w praktyce? W przypadku transkryptomiki badania skupiają się przede wszystkim na wpływie hormonów (ludzki hormon wzrostu, erytropoetyna), sterydów anabolicznych czy dopingu krwi na profil ekspresji genów.

W jednym z prowadzonych badań komórki mięśni szkieletowych zostały poddane działaniu Insulinopodobnego czynnika wzrostu I (IGF-I). Następnie analizowano profil ekspresji genów z użyciem mikromacierzy. Okazało się, że kilkaset genów zmienia swoją ekspresję, z czego w większości przypadków jest to ekspresja silniejsza. Są to głównie geny odpowiedzialne za metabolizm cholesterolu, steroidów i syntezę kwasów tłuszczowych. Jednak podobne badania przeprowadzone in vivo na mięśniach szkieletowych myszy dały zupełnie inny obraz. Otóż w tym przypadku ekspresja większej ilości genów obniżyła się.

Badania in vitro prowadzono również na wybranych komórkach krwi. W tym przypadku zamiast IGF-I używano ludzkiego hormonu wzrostu (hGH). Dla limfocytów T, które wykazywały największe zmiany, podwyższonej ekspresji ulegały geny związane z adhezją, replikacją DNA, syntezą poliamin i utlenianiem kwasów tłuszczowych. Obniżenie obserwowano natomiast w przypadku genów związanych z nieapoptotyczną śmiercią komórki i regulacją ciśnienia osmotycznego. Jednak badania in vivo u ośmiu ochotników nie potwierdziły wpływu hGH na transkryptom komórek krwi. Podobne badania na grupie 20 osób pokazały że zmiany ekspresji są stosunkowo niewielkie i mikromacierze nie są tutaj najlepszym narzędziem. Alternatywą może być ilościowy real-time PCR. Użyteczność tej metody pokazano u pacjentów z akromegalią. Badania nad ekspresją genów u sportowców zażywających erytropoetynę (6 sportowców vs 4 otrzymujących placebo) z uzyciem ilościowego real-time PCR oraz mikromacierzy wykazały, że już przy bardzo niewielkich dawkach EPO zmienia się ekspresja 5 genów. Przy wysokich dawkach zmiana dotyczy 33 genów. Tak więc badania ekspresji mogą stanowić wartościowe uzupełnienia dla innych stosowanych standardowo metod.

Mikromacierze mogą być również potencjalnie przydatne w rozróżnieniu efektów stosowania EPO od treningu na dużych wysokościach. Badania przeprowadzone na koniach pozwoliły wyselekcjonować 8 genów, będących markerami EPO nawet po 60 dniach od przyjęcia środka dopingującego (erytropoetyna podawana była przez 6 dni). Jak się okazało przydatne w wykrywaniu dopingu mogą być również miRNA. Poziom miR-144 w osoczu wzrasta pod wpływem stosowania niektórych pochodnych EPO. Dużym problemem jest wykrywanie zabronionych autologicznych transfuzji krwi. Jak się okazuje i tutaj transkryptomika może być pomocna. Za jej pomocą pokazano m.in. zmiany ekspresji kilkuset (!) genów w limfocytach T po przetoczeniu koncentratu erytrocytów przechowywanego 35 dni w temperaturze 4 st. Był to pilotowy eksperyment, projekt cały czas trwa. Wstępne wyniki wskazują również na zmiane ekspresji kilku miRNA.

Dziedziną o bardzo dużym potencjale w wykrywaniu środków dopingujących wydaje się metabolomika. Jednak jest to stosunkowo nowa gałąź pośród "omik" i do tej pory uzyskano niewiele rezultatów. Wiele projektów jest w toku. Do ciekawszych należy zaliczyć steroidomikę moczu z wykorzystaniem dwuwymiarowej chromatografii gazowej sprzężonej ze spektrometrią masową z analizatorwm czasu przelotu (2D-GCxGC-MSTOF). W toku jest również projekt sygnatury metabolomicznej kolarzy [1].

Ze względu na to, że proteomika ma w wykrywaniu dopingu najszersze zastosowanie, będzie można o niej przeczytać w drugiej części artykułu już za miesiąc.

Literatura

1.Reichel C; OMICS-strategies and methods in the fight against doping; Forensic Science International; 2011; 213(1-3):20-34

ISSN 1689-7730