Wann kommt die genetische Manipulation im Sport?

01|Überuns
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generation”-bietetalsOnlinemagazinseit1998einenumfassenden
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DieSchwerpunktthemenliegenindenBereichenGeowissenschaften,
Biologie und Biotechnologie, Medizin, Astronomie, Physik, Technik
sowie Energie- und Umweltforschung. Das Internetmagazin spricht
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scinexx wurde 1998 als Gemeinschaftsprojekt der MMCD NEW
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gegründet und ist heute Teil der Konradin Mediengruppe mit dem
bekannten Magazin Bild der Wissenschaft sowie den
Wissensangeboten:wissen.de,wissenschaft.de,scienceblogs.de,
natur.deunddamals.de.
02|Inhalt
01
02
ÜBERUNS
INHALT
03
GENE,DOPINGUNDMEDAILLEN
Wann kommt die genetische
ManipulationimSport?
04
IMPRESSUM
03|Gene,DopingundMedaillen
Wannkommtdie
genetische
ManipulationimSport?
VONNADJAPODBREGAR
BislangsindbeimDopingnochdieklassischenWirkstoffe,Anabolika,
EPOundandereSubstanzendieRegel.AberinZukunft-und
möglicherweisesogarschonjetzt-könntenAthletenauchzur
genetischenManipulationgreifen.DennGendopingistlängstnicht
mehreinbloßesZukunftsszenario.KonkreteMethoden,Mittelund
Anwendungengäbeesbereits.
GENETISCHEELITEAMSTART
W
e Rolle spielen gute Gene für den sportlichen
Erfolg?: Wer an Olympia teilnimmt, gehört zu besten
seiner sportlichen Disziplin. Schon lange vor Beginn
der Spiele hat er oder sie zahlreiche Wettkämpfe
absolviert und sich gegen Dutzende andere Sportler durchgesetzt.
Was aber prädestiniert einen Sportler zum Ausnahmeathleten?
Sicher gehören Fleiß, Ausdauer und unermüdliches Training dazu.
Aber das letzte Quäntchen Leistungsfähigkeit ist wohl doch eher
Veranlagung - einige scheinen eben einfach zum Läufer oder
Hochspringergeboren.
Sprinterbeieinem100-Meter-Lauf©PaulFoot/CC-by-sa2.0us
“Es gibt wachsende Hinweise darauf, dass Weltklasse-Athleten einen
bestimmten Mindestsatz an leistungssteigernden Genen in sich
tragen”, erklären Juan Enriquez und Steve Gulans dazu in einem
Kommentar im Fachmagazin “Nature”. Bisher seien mindestens 200
Genvarianten bekannt, die bei Athleten häufiger vorkämen als beim
Bevölkerungsdurchschnitt.Soträgtjederbishergetestetemännliche
Olympia-Sprinter und Kraftsportler das sogenannte 577R-Allel in
seinem Erbgut. Diese Genvariante gilt als “Kraft-Gen”, das bei etwa
der Hälfte aller Eurasier und 85 Prozent aller Afrikaner vorkommt.
“Die Milliarden Menschen, denen dieses Gen fehlt, sollten daher
vielleichtihreOlympia-Zieleüberdenken”,soEnriquezundGulans.
Sherpa-GenhilftAusdauersportlern
Eine weitere leistungssteigernde Genvariante ist die sogenannte IVariante des ACE-Gens. Träger dieses Gen besitzen eine höhere
Ausdauer und können beispielsweise deutlich problemloser einen
8.000-erbesteigenalsihre“normalen”Artgenossen.Esistdahernur
folgerichtig,dass94ProzentderSherpasimHimalayadiesesGenin
sich tragen, im Rest der Welt sind es nur zwischen 45 und 70
Prozent. Aber auch unter Leistungssportlern häuft sich dieses
Ausdauergen: Forscher haben festgestellt, dass es bei Läufern der
langenDistanzenüberdurchschnittlichhäufigvertretenist.
Einen Extremfall im Hinblick auf genetische Vorteile stellte vielleicht
derinden1960und70erJahrenerfolgreichefinnischeSkilangläufer
Eerto Mäntyranta dar: Er trägt eine Mutation im Erythropoetin-Gen,
durch die er besonders viele rote Blutkörperchen produziert. Sein
BlutkanndamitvonNaturaus25bis50ProzentmehrSauerstoffzu
den Muskeln transportieren. Heute würde er damit bei einem
Dopingtest prompt auffallen und müsste vermutlich nachweisen,
dassdieserEffektbeiihmnatürlichist.“ZukünftigeolympischeSpiele
werden sich noch mehr mit Fragen der Genetik auseinandersetzen
müssen”,erklärenEnriquezundGulans.Dennschonjetztgibtesdie
Befürchtung, dass Athleten damit beginnen, ihre Leistung künstlich
mit Genen aufzurüsten. Und was ist mit Sportlern, die zum Beispiel
alsKindereineGentherapiegegeneinenDefekterhaltenhabenund
quasi als Nebenwirkung dadurch leistungsfähiger werden als
normal? Sollen diese dann zukünftig disqualifiziert werden? Oder
bekommen sie dann ein Handicap, damit auch genetisch
BenachteiligtegegensieeineChancehaben?UndistderWettkampf
noch gerecht, wenn einige Athleten durch ihr besseres Erbgut
Vorteilehaben?
VONDERMUSKELMAUSZUMSUPERATHLET
her entdecken neue Ansatzstelle für Gendoping-Versuche: Mit den
Fortschritten der Genetik und Genforschung mehrt sich auch die
Zahl der möglichen Ansatzpunkte für eine genetische Manipulation.
Nicht immer ist es dabei ein Gen, das die herausragenden
Fähigkeiten
verleiht.
Manchmal reicht es auch
schon aus, ein normal
funktionierendes Gen zu
drosselnoderauszuschaltenunddamitquasieineBremse
imKörperzulösen.
Erst
im
letzten
Jahr
entdeckten US-amerikanische
Wissenschaftler ein Gen, das
beim Ausschalten Mäusen
eine
fast
schon
VieleSherpasverdankenihreAusdauer
vermutlicheinerGenvariante©Peter
Krohn2001
F
übernatürliche
Ausdauer
verlieh. “Wir haben festgestellt,
dass Mäuse ohne dieses Gen
sechsMallängerlaufenkönnen
alsKontrollmäuse”,erklärtTejvir
S.KhuranavonderUniversityof
Pennsylvania. Zudem habe dies
dienormalerweiseermüdenden
EinausgeschaltetesGen
verleihtMäusensechsMal
schnellen Muskelfasern in den
mehrAusdauer©Rama/CCBeinen
der
Tiere
so
by-sa2.0fr
reprogrammiert, dass diese
ermüdungsresistent wurden. Schalteten die Wissenschaftler das als
Interleukin-15R-Alpha (IL-15R-alpha) bezeichnete Gen aus,
veränderte sich auch der Energiehaushalt im Muskel: Die Zahl der
Mitochondrien nahm zu und die Muskeln konnten Kalzium, ein für
die Muskelbewegung entscheidendes Molekül, besser und effektiver
verarbeiten. Auch anatomische Unterschiede zeigten sich: Die
genetisch “gedopten” Mäuse besaßen mehr schnelle Muskelfasern
und mehr Zellkerne in diesen Muskeln - auch das ein Hinweis auf
größere Leistungsfähigkeit. Genau diese Genveränderung könnte
aucheinigenmenschlichenSpitzensportlernihreAusdauerverleihen.
Die Forscher fanden in Stichproben einige Hinweise darauf, dass
dieses Gen auch bei ihnen von Natur aus gedrosselt ist. Noch
wichtiger aber: Die Studie an den Mäusen zeigt, dass dieses Gen
auch nachträglich blockiert werden kann und so die Muskelleistung
beeinflusst werden kann. IL-15R-alpha ist damit nach Ansicht der
ForscherdurchauseinpotenziellesZielgenfürGendoping-Versuche.
“Die Manipulation dieses Gens hat das Potenzial, die Muskelleistung
beiSportlernzusteigern”,erklärtEmidioPistillivonderUniversityof
Pennsylvania. Athleten könnten ein Mittel einnehmen, das gezielt
dieses Gen blockiert oder drosselt und sich so dopen. Bisher ist ein
solches Mittel noch nicht getestet, aber das ist wohl nur eine Frage
der Zeit. Und noch gibt es auch keine Methode, um seinen
Missbrauch bei Athleten nachzuweisen. Aber die US-Forscher sehen
das Problem und arbeiten bereits an einer Nachweismethode für
diesespezielleManipulation.
WIEMACHBARISTGENDOPING?
L
e und klinische Studien als unfreiwillige GendopingLieferanten: Noch ist kein Fall von Gendoping im Sport
bekannt - aber nach Ansicht der meisten Forscher ist das
nurnocheineFragederZeit.“Leistungssportistsolukrativ,
dass derjenige, der den Athleten funktionierendes Gendoping
anbietet,großeProfiteeinstreichenwird”,prognostiziertebereitsvor
einigen Jahren Lee Sweeney von der University of Pennsylvania in
Philadelphia. Bereits jetzt seien einige vielversprechende
Gentherapien im Stadium der klinischen Studien an Tieren, die als
Nebeneffekt nicht nur Gendefekte heilen, sondern auch Athleten
stärkeroderausdauerndermachenkönnten.
So wurde in Versuchen an Mäusen bereits das Gen für einen
Wachstumsfaktor so manipuliert, dass die Tiere eine enorme
MuskelmasseohnegroßesZusatztrainingentwickelten.
Da genetische Defekte des
Wachstumsfaktors IGF1 auch
eine
schwere
Muskelabbaukrankheit
auslösen, arbeiten Forscher
an einer Gentherapie für die
schwerkranken Betroffenen vorerst aber noch rein im
Tierversuch.
Die
entsprechenden Gene zu
isolieren und sie über eine
Genfähre in den Körper von
gesunden
Athleten
einzuschleusen, ist nach
Beider“Muskelmaus”(rechts)wurdedas
Myostatin-GendurcheinPeptidhormon
Ansicht
von
Experten
ausgeschaltet©LeeSe-Jinetal./PLoS
ONEdoi:10.1371/journal.pone.
inzwischen aber auch für
0000789
halbwegs
kundige
Wissenschaftler und Mediziner machbar. Selbst ein Student mit
einigem Training in Molekularbiologie könne diese Techniken
beherrschen und anwenden, erklärten Forscher bereits 2007. Auch
das Material sei leicht zu beschaffen, wenn man es wirklich darauf
anlege-nichtzuletztdankdesInternets.
PeptidhormonschaltetgenetischeMuskelbremseaus
Und es geht sogar noch einfacher: In einigen Fällen muss der
Gendoping-Willige nicht einmal ein Gen einschleusen, er kann auch
ein existierendes Gen blockieren, um den gewünschten Effekt zu
erreichen. Das ist der Fall beim Myostatin-Gen. Es begrenzt
normalerweise den Aufbau der Muskelmasse und verhindert so
anormale und gesundheitsschädliche Muskelberge. Doch Forscher
haben bereits einen Hemmstoff identifiziert, der dieses Gen
ausschaltet.
Dieser Hemmstoff, das Peptidhormon Follistatin, hat im Tierversuch
bereits erfolgreich “Muskelmäuse” hervorgebracht. Follistatin soll
inzwischen bereits auf dem Schwarzmarkt erhältlich sein. Preis pro
Ampulle: umgerechnet knapp 130 Euro. Es sei eine Illusion zu
glauben,dasskeinAthletseineGesundheitriskierenwerde,indemer
ein experimentelles und bisher kaum getestetes Verfahren
ausprobiere. “Die Techniken, die in der Gentherapie erprobt und
verwendet werden, werden auch im Sport eingesetzt werden”, sagt
Theodore Friedmann, Leiter des Gendoping-Gremiums der
Weltdopingagentur WADA. Die WADA hat vorsorglich jede Form des
Gendopings für illegal erklärt. Sie verbietet “jeden nichttherapeutischen Gebrauch von Zellen, Genen, genetischen
Elementen oder die Beeinflussung der Genexpression mit der
Möglichkeit,dieLeistungsfähigkeitzusteigern.”
NACHWEISVERFAHRENGESUCHT
W
ommt man Gendopern auf die Schliche?: Das große
Problem für die Dopingagenturen ist der bisher
schwere bis unmögliche Nachweis eines Gendopings.
Denn im Gegensatz zu klassischen chemischen
DopingmittelnbekommtderKörperbeimGendopingkeinefremden
Stoffe zugeführt. Stattdessen produziert er selbst einfach mehr
Muskeln,
körpereigene
Wachstumsfaktoren
oder
rote
Blutkörperchen. “Vom Körper eines gengedopten Menschen selbst
werden dann die leistungssteigernden Hormone hergestellt, ohne
dass irgendwelche Fremdsubstanzen dem Körper zugeführt werden
müssten. Der Körper wird auf Dauer zu seinem eigenen
Dopinglieferanten”,erklärtPeriklesSimonvonderUniversitätMainz.
Eine Möglichkeit, solcherart optimierte Athleten dennoch zu
überführen, haben Simon und weitere Kollegen der Universitäten
Tübingen und Mainz bereits im Jahr 2010 entwickelt. “Man ging
bislangdavonaus,dasssichGendopingmittelsGentransferinerster
Linie wohl nur mit sehr
aufwendigen
indirekten
Testverfahren
aus
der
molekularen Medizin eines
Tages nachweisen lassen
würde”, erklärt Michael Bitzer
vom
Universitätsklinikum
Tübingen. Doch jetzt habe
man einen Test entwickelt,
der
transgene
DNA
nachweisenkann-unddamit
von
einem
anderen
Organismus per Virus oder
anderer
Genfähre
übertragenes Erbgut. “Damit
steht uns erstmals ein
Direktnachweisverfahren zur
EinLabortechnikerbereitetDNA-Proben
Verfügung, um Doping durch
fürdieAnalysevor©FDA
Gentransfer in normalen
Blutproben noch lange nach dem eigentlichen Dopingvorgang
festzustellen”, so Simon. Damit lasse sich nicht nur Gendoping mit
EPO, sondern auch Doping mit den wichtigsten anderen Genen
relativkostengünstignachweisen.
TestweistManipulationmittelsBlutprobenach
In einer ersten Studie an Mäusen haben die Forscher die
Wirksamkeit des Tests bereits belegt. Zur Anwendung kam ein
ausgeklügeltes Verfahren, das in der Lage ist, die von außen
eingebrachte Erbsubstanz sehr spezifisch und um eine kleine
Einstichstelle herum an die Muskulatur zu vermitteln. Im konkreten
Beispiel erzeugte das Gewebe durch die Manipulation ein Hormon
imÜberschuss,dasdieBlutgefäßneubildunganregt.Sogarnochzwei
MonatenachderGenspritzeindieMuskulaturkonntendieForscher
anhand des Tests auf transgene Substanzen sicher unterscheiden,
bei welchen Tieren dieses Gendoping stattgefunden hatte und bei
welchen nicht. Dieser Nachweis funktioniert auch noch in sehr
kleinen Blutproben. An 327 Blutproben von Leistungs- und
Freizeitsportlern erwies sich der Test auch als beim Menschen
effektiv. Die Forscher gehen davon aus, dass sich für Athleten der
Missbrauch der Gentherapie zu Dopingzwecken nicht mehr lohnt.
“Spätestens das Wissen um das Risiko, auch Monate nach einem
durchgeführten Gentransfer bei einer Wettkampfkontrolle entdeckt
zu werden, dürfte auch die waghalsigsten Doper abschrecken”,
glaubtSimon.ObdieseHoffnungsicherfüllt,bleibtabzuwarten.
TUMORE,KNOCHENBRUCHUNDHERZSCHÄDEN
D
chattenseite des Gendopings: Doping bleibt nicht ohne
gesundheitliche Folgen für die Athleten, das ist lange
bekannt.VorallemvieleDDR-SportlertragendieSpuren
des in den 1970er und 1980er Jahren systematisch
durchorganisiertenDopingsnochheuteinsich.VieleFrauenwurden
aufgrunddermännlichenHormoneunfruchtbar,MännlicheAthleten
leidenankrankhaftvergrößertemHerzenundanderenkörperlichen
Folgen. Aber wie ist das beim Gendoping? Ist der Eingriff ins Erbgut
vielleicht“natürlicher”unddamitunschädlicher?
BasisfürdasGendopingsindinderRegelMittelundMethodenaus
der die Gentherapie. Doch diese Verfahren, beispielsweise die
Nutzung von Viren als Genfähren, sind bis heute nur experimentell,
kaum erprobt und werden - wenn überhaupt schon - nur bei sehr
schwerwiegenden Erkrankungen eingesetzt. bereits im Jahr 2000
lagen der US-Gesundheitsbehörde 652 Berichte über schwere
Komplikationen im Rahmen von gentherapeutischen Studien vor darunter waren mindestens vier Todesfälle. Teilweise führten dabei
die als Genfähre eingesetzten Viren zu übersteuerten
Immunreaktionen, in andere Fällen traten schwere Blutungen auf
oderneurologischeAusfälle.
WennGeneunkontrollierbarwerden
Aber nicht nur die Verfahren und das
Einschleusen
von
Gene
oder
Genblockern sind risikoreich, auch das
An- oder Ausschalten der Gene kann
einiges an unerwünschten Folgen
auslösen. So sollen Manipulationen des
IsolierungderErbsubstanz
Wachstumsfaktors
IGF-1
das
DNA©HaraldFrater
Muskelwachstum anregen. Der von
diesem Gen produzierte Botenstoff fördert aber auch die Bildung
und das Wachstum von Tumoren. “Studien zeigen, dass IGF-1 in 17
verschiedenenTumorartengefundenwurde.DieManipulationdieses
Gens kann daher auch das Risiko für Krebs und Tumore für die
Sportler erhöhen”, berichten Forscher der Universität von Teheran
2011ineinerStudiezudenmöglichenNebenwirkungen.
DopingklassikerErythropoietin(EPO)©gemeinfrei
Und noch ist auch nicht klar, wie sich verhindern lässt, dass das
Gendoping einfach über das Ziel hinaus schießt - oder schneller
wirkt, als sich der Körper anpassen kann. Die Blockade des
Myostatin-GensbeispielsweisesolldieMuskelnstärkenundwachsen
lassen.“AbereineGefahrdabeiist,dassdieMuskelndabeiüberihr
natürliches Maß hinaus wachsen und so Bänder und Knochen
überlasten und schädigen”, erklärt das iranische Forscherteam.
Wachse die Muskelmasse zu schnell an, könnte es auch zu
Fehlbildungen am Herzmuskel kommen und das Risiko für
Herzinfarkte wachse. Vom I-Allel des ACE-Gens wisse man bereits,
dass eine Gentherapie bei immerhin 0,5 Prozent der Patienten zu
schwerwiegenden Ödemen und Gefäßfehlbildungen geführt habe.
Und vom Dopingklassiker EPO ist bekannt, dass das künstlich
verdickte Blut das Risiko für Schlaganfälle und Herzinfarkte deutlich
erhöht. Auch Thrombosen und Autoimmunreaktionen sind bereits
aufgetreten. Diese Nebenwirkungen wären auch bei einer
genetischenManipulationdesEPO-Genszuerwarten.
RisikensindkeinHindernis
Eigentlich sollte man meinen, dass eine solche Latte von
schwerwiegendenGesundheitsfolgenSportlervonExperimentenmit
Gendoping abhalten müsste. Doch Experten halten diese Annahme
für eher unrealistisch. “Athleten dopen sich schon seit fast 2.000
Jahren - trotz der Nebenwirkungen”, sagen Ali Fallahi und seine
Kollegen.Dahermüssemandavonausgehen,dasszumindesteinige
bei ihrer Jagd nach den Medaillen auch die Risiken des Gendopings
in Kauf nehmen würden. Ähnliches zeigt auch eine Studie aus dem
Jahr 2002, damals hatten Forscher Sportler nach ihrem
Dopingverhalten befragt. Das Ergebnis: 98 Prozent der Athleten
gaben an, sie würden verbotene Substanzen nutzen, wenn diese
nicht nachweisbar wären und ihnen einen Erfolg garantierten.
Immerhin noch 50 Prozent würde diese Substanz selbst dann
anwenden, wenn sie dadurch nur fünf Jahre lang gewinnen, dann
abersterbenwürden…
MITTEETRICKGEGENDENURINTEST
G
maskiert erhöhte Testosteronwerte: Ein neuartiges
Hilfsmittel in der klassischsten aller Dopingmethoden
haben jetzt britische Forscher aufgedeckt. Sie stellten
fest, dass grüner und weißer Tee überhöhte
Testosteronwerte bei Athleten kaschieren kann. Denn die Tees
senken die mit dem Urin ausgeschiedene Menge dieses
leistungssteigernden Hormons. “Soweit wir wissen, ist dies die erste
Studie, die belegt, dass die Ernährung oder Getränke beeinflussen,
wieTestosteronverstoffwechseltwird”,erklärtDeclanNaughtonvon
derKingstonUniversityinLondon.
Normalerweise sorgt ein bestimmtes Enzym dafür, dass Testosteron
nacheinerbestimmtenZeitüberdieNierenausgeschiedenwird.Ein
in grünem und weißem Tee - aber nicht in schwarzem - enthaltenes
Molekül,dassogenannteCatechinaberblockiertdies.“DieCatechine
verhindern, dass die Enzyme das Testosteron für die Exkretion
markieren. Dadurch erkennen die Nieren sie nicht mehr als zu
entsorgenden Stoff und lassen sie weiter im Köper zirkulieren”, sagt
Naughton. In Versuchen mit Mäusen erwies sich bereits eine
Dosierung, wie sie in einer
Tasse starkem grünen Tee
enthalten ist als ausreichend,
um das Ausscheidungsenzym
um30Prozentzuhemmen.
Tee-Inhaltsstoff
reichert
TestosteronimKörperan
Für Athleten unter anderem
bei den olympischen Spielen
könnte dies entscheidende
Vorteile bringen. Denn der
GrünerTeekannDopingmaskieren©
Tee könnte die durch Doping
KingstonUniversity
erhöhten Testosteronwerte
maskierenundsoeinenDopingtestbestehenhelfen.Aberselbstfür
nichtgedopteAthletenhatdergrüneTeeeinenNutzen:“Weilsieihr
natürlichesTestosteronverlangsamtausscheiden,reichertsichmehr
von dem Hormon im Blut an. Das könnte theoretisch ihre Leistung
steigern”, sagt Naughton. Noch allerdings sei nicht klar, ob der
Körper diesen Überschuss nicht kompensiere und das Hormon auf
andere Weise entsorge. Das könne man erst am Menschen testen.
Bei den olympischen Spielen in London dürfte der Teetrick den
dopenden Athleten allerdings nur im Glücksfall helfen. Denn die
WADA hat bereits im Vorfeld angekündigt, neben Urintests auch
Bluttestsdurchzuführen.“DassollteVersuchezunichtemachen,beim
Urintest zu betrügen”, sagt Olivier Rabin, der wissenschaftliche
DirektorderWADA.
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