Dai un'occhiata da vicino agli atleti che gareggiano alle Olimpiadi estive di quest'anno a Londra: la loro muscolatura ti dirà molto su come hanno raggiunto il loro status di élite. Infinite ore di allenamento e impegno per il loro sport hanno giocato un ruolo importante nella costruzione dei corpi che li hanno portati alla competizione sportiva più importante del mondo. Dai un'occhiata ancora più da vicino - questo richiede microscopia - e vedrai qualcos'altro, qualcosa incorporato nei progetti genetici di questi giovani uomini e donne che è altrettanto importante per il loro successo.
In quasi tutti i casi, questi atleti hanno realizzato il pieno potenziale di questi geni. E quel potenziale potrebbe essere molto più grande all'inizio di quanto non lo fosse per il resto di noi mortali. Ad esempio, i geni nelle cellule che compongono le gambe del velocista Tyson Gay sono stati codificati con istruzioni speciali per costruire molti muscoli a fibre veloci, dando alle gambe un potere esplosivo dai blocchi di partenza. In confronto, la massima velocità di contrazione dei muscoli delle gambe del maratoneta Shalane Flanagan, come dettato dai suoi geni, è molto più lenta di quella di Gay ma ottimizzata per la resistenza necessaria per correre per ore alla volta con un po 'stancante. Tale perfezionamento genetico aiuta anche i concorrenti nel basket, nella pallavolo e nel nuoto sincronizzato, sebbene l'impatto potrebbe essere molto inferiore perché un efficace lavoro di squadra e officina influenzano anche il successo in quegli sport.
Quando la pistola si spegne per lo sprint di 100 metri, quando i nuotatori Michael Phelps e Tyler McGill colpiscono l'acqua, quando Tom Daley salta dalla sua piattaforma di immersione, vediamo il meglio che il patrimonio genetico del mondo ha da offrire, anche se gli scienziati sono ancora cercando di capire quali geni siano. Sfortunatamente, la storia ci dice che possiamo anche vedere il meglio della manipolazione genetica, poiché alcuni atleti spingono per ottenere le massime prestazioni con l'aiuto di sostanze illegali che stanno diventando sempre più difficili da rilevare.
I magri sui muscoli
Il corpo umano produce due tipi di fibre muscolari scheletriche: contrazione lenta (tipo 1) e contrazione rapida (tipo 2). Le fibre a contrazione rapida si contraggono molte volte più velocemente e con una forza maggiore rispetto a quelle a contrazione lenta, ma si affaticano anche più rapidamente. Ognuno di questi tipi di muscoli può essere ulteriormente suddiviso in sottocategorie, a seconda della velocità contrattile, della forza e della resistenza alla fatica. Le fibre a contrazione rapida di tipo 2B, ad esempio, hanno un tempo di contrazione più rapido rispetto al tipo 2A.
I muscoli possono essere convertiti da una sottocategoria a un'altra ma non possono essere convertiti da un tipo a un altro. Ciò significa che l'allenamento di resistenza può dare al muscolo di tipo 2B alcune delle caratteristiche resistenti alla fatica del muscolo di tipo 2A e che l'allenamento con i pesi può dare al muscolo di tipo 2A alcune delle caratteristiche di forza del muscolo di tipo 2B. L'allenamento di resistenza, tuttavia, non convertirà il muscolo di tipo 2 in tipo 1 né l'allenamento della forza convertirà il muscolo a contrazione lenta in veloce. Gli atleti di resistenza hanno una percentuale maggiore di fibre a contrazione lenta, mentre i velocisti e i ponticelli hanno una maggiore varietà di contrazioni a contrazione rapida.
Proprio come possiamo alterare il nostro mix muscolare solo fino a un certo punto, anche la crescita muscolare è attentamente regolata nel corpo. Una differenza tra composizione muscolare e dimensioni, tuttavia, è che quest'ultima può essere manipolata più facilmente. Il fattore di crescita insulino-simile 1 (IGF-1) è sia un gene che la proteina che esprime che svolge un ruolo importante durante la crescita infantile e stimola gli effetti anabolici, come la costruzione muscolare, quando questi bambini diventano adulti. IGF-1 controlla la crescita muscolare con l'aiuto del gene della miostatina (MSTN), che produce la proteina miostatina.
Più di un decennio fa H. Lee Sweeney, un fisiologo molecolare dell'Università della Pennsylvania, guidava un team di ricercatori che utilizzavano la manipolazione genetica per creare i "topi Schwarzenegger" legati ai muscoli. I topi iniettati con una copia aggiuntiva del gene IGF-1 hanno aggiunto il muscolo e sono diventati più forti del 30 percento. Sweeney ha concluso che è molto probabile che le differenze nei livelli di proteina IGF-1 e MSTN di una persona determinino la sua capacità di aumentare i muscoli durante l'esercizio, anche se ammette che questo scenario non è stato ampiamente studiato.
Anche la crescita e la resistenza dei muscoli a fibre lente possono essere controllate attraverso la manipolazione genica. Nell'agosto 2004 un team di ricercatori che ha incluso Ronald Evans del Salk Institute for Biological Study ha riferito di aver alterato un gene chiamato PPAR-Delta per migliorare la sua attività nei topi, aiutando a nutrire i muscoli a contrazione lenta resistenti alla fatica. Questi cosiddetti "topi maratona" potrebbero correre il doppio e per quasi il doppio rispetto alle loro controparti non modificate.
Questa capacità dimostrata di armeggiare con i tipi di muscoli a contrazione rapida o lenta pone la domanda: cosa accadrebbe se si introducessero geni per la costruzione di muscoli a contrazione sia rapida che lenta in un atleta? "Abbiamo parlato di farlo, ma non l'ho mai fatto", afferma Sweeney. "Suppongo che finiresti con un compromesso che sarebbe adatto a uno sport come il ciclismo, dove hai bisogno di una combinazione di resistenza e potenza." Tuttavia, aggiunge Sweeney, ci sono state poche ragioni scientifiche (che si traducono in finanziamenti) per condurre un tale studio sui topi, e tanto meno sugli umani.
La manipolazione dei geni avrà il suo impatto più significativo nel trattamento delle malattie e nella promozione della salute piuttosto che nel miglioramento delle capacità atletiche, sebbene lo sport trarrà sicuramente beneficio da questa ricerca. Gli scienziati stanno già studiando se le terapie geniche possono aiutare le persone che soffrono di malattie muscolari come la distrofia muscolare. "Molto è stato appreso su come possiamo rendere i muscoli più forti e più grandi e contrarci con maggiore forza", afferma Theodore Friedmann, genetista dell'Università della California, San Diego, e capo di un comitato consultivo antidoping per il World Anti -Agenzia di doping (WADA). Studi scientifici hanno introdotto la proteina IGF-1 nel tessuto del topo per prevenire la normale degradazione muscolare durante l'invecchiamento. "Da qualche parte lungo la strada si potrebbero fare sforzi per ottenere lo stesso risultato nelle persone", aggiunge. "Chi non starebbe in fila per qualcosa del genere?"
La terapia genica si è già dimostrata utile in studi non correlati al trattamento muscolare. Nel dicembre 2011, ad esempio, un team di ricercatori britannici ha riferito sul New England Journal of Medicine di essere in grado di trattare sei pazienti con emofilia B, una malattia in cui il sangue non può coagulare correttamente per controllare l'emorragia, utilizzando un virus per un gene che consente loro di produrre più agenti coagulanti, fattore IX.
Obiettivi difficili
Nonostante gli esperimenti con i livelli di proteina IGF-1 e MSTN nel muscolo del topo, identificare quali geni sono direttamente responsabili della prodezza atletica è una questione complicata. "Ciò che abbiamo imparato negli ultimi 10 anni dal sequenziamento del genoma umano è che qui c'è un diavolo di molta più complessità di quanto avessimo immaginato", afferma Stephen Roth, professore associato dell'Università di Maryland di fisiologia dell'esercizio, invecchiamento e genetica. "Tutti vogliono sapere quali sono i geni che stanno contribuendo in generale alle prestazioni atletiche o alla forza muscolare o alla capacità aerobica o qualcosa del genere. Non abbiamo ancora obiettivi concreti solidamente riconosciuti dalla comunità scientifica per il loro contributo alle prestazioni atletiche".
Nel 2004 gli scienziati avevano scoperto più di 90 geni o posizioni cromosomiche che ritenevano fossero i principali responsabili della determinazione delle prestazioni atletiche. Oggi il conteggio è salito a 220 geni.
Anche con questa mancanza di certezza, alcune aziende hanno già provato a sfruttare ciò che è stato appreso finora per commercializzare test genetici che sostengono possano rivelare le predisposizioni atletiche di un bambino. Tali società "stanno raccogliendo una specie di letteratura e dicendo:" Oh, queste quattro o cinque variazioni genetiche ti diranno qualcosa "", spiega Roth. Ma la linea di fondo è che più studi abbiamo fatto, meno siamo certi che qualcuno di questi geni contribuisca in modo molto forte da solo. "
Atlas Sports Genetics, LLC, a Boulder, Colorado, ha iniziato a vendere un test da 149 $ nel dicembre 2008, la società ha affermato che potrebbe selezionare varianti del gene ACTN3, che negli atleti d'élite è associato alla presenza della proteina alfa-actinina-3 che aiuta il corpo a produrre fibre muscolari a contrazione rapida. Il muscolo nei topi di laboratorio che manca di alfa-actinina-3 agisce più come una fibra muscolare a contrazione lenta e utilizza l'energia in modo più efficiente, una condizione più adatta alla resistenza rispetto alla massa e alla potenza. "La difficoltà è che studi più avanzati non hanno trovato esattamente come la perdita di alfa-actinina-3 influenzi la funzione muscolare nell'uomo", afferma Roth.
L'ACE, un altro gene studiato in relazione alla resistenza fisica, ha prodotto risultati incerti. I ricercatori hanno originariamente sostenuto che le persone con una variante di ACE sarebbero migliori negli sport di resistenza e quelle con una variante diversa sarebbero più adatte alla forza e alla potenza, ma i risultati sono stati inconcludenti. Quindi, sebbene ACE e ACTN3 siano i geni più riconosciuti in fatto di atletica, nessuno dei due è chiaramente predittivo delle prestazioni. L'idea predominante 10 o 15 anni fa secondo cui potrebbero esserci due, tre o quattro geni che contribuiscono davvero fortemente a un tratto particolare come la forza muscolare "è una specie di caduta", dice Roth. "Ci siamo resi conto, ed è stato appena confermato negli ultimi anni, che non è nell'ordine di 10 o 20 geni ma piuttosto centinaia di geni, ognuno con variazioni davvero piccole e un numero enorme di possibili combinazioni di quei tanti, molti geni che possono sfociare in una predisposizione all'eccellenza.
"Non è cambiato nulla della scienza", aggiunge. "Abbiamo fatto presto un'ipotesi che si è rivelato non essere corretto nella maggior parte dei casi - questa è scienza".
Doping genetico
La WADA si rivolse a Friedmann in cerca di aiuto dopo le Olimpiadi estive di Sydney del 2000, dopo che le voci iniziarono a volar che alcuni atleti erano stati geneticamente modificati. Non è stato trovato nulla, ma la minaccia sembrava reale. I funzionari erano ben consapevoli di un recente studio di terapia genica presso l'Università della Pennsylvania che aveva portato alla morte di un paziente.
"In medicina, tali rischi sono accettati dai pazienti e dalla professione che il pericolo è stato intrapreso per scopi di guarigione e prevenzione del dolore e della sofferenza", afferma Friedmann. "Se quegli stessi strumenti, quando applicati a un giovane atleta in buona salute, dovessero andare storto, ci sarebbe molto meno conforto etico per averlo fatto. E non si vorrebbe essere nel mezzo di una società che accetta ciecamente di lanciare [ eritropoietina ( EPO )] geni negli atleti in modo che possano migliorare le prestazioni di resistenza. " L'EPO è stato un obiettivo preferito per le persone interessate a manipolare la produzione di sangue nei pazienti con cancro o malattie renali croniche. È stato anche utilizzato e abusato da ciclisti professionisti e altri atleti che desiderano migliorare la propria resistenza.
Un altro schema è stato quello di iniettare i muscoli di un atleta con un gene che sopprime la miostatina, una proteina che inibisce la crescita muscolare. Detto questo, Sweeney dice: "sei fuori e corri come un genio. Non so se qualcuno lo sta facendo, ma penso che se qualcuno con una formazione scientifica legge la letteratura potrebbe essere in grado di capire come avere successo a questo punto ", anche se i test sugli inibitori della miostatina iniettati direttamente nei muscoli specifici non sono progrediti oltre gli animali.
Gli inibitori della miostatina così come i geni EPO e IGF-1 sono stati i primi candidati per il doping genetico, ma non sono i soli, afferma Friedmann. Il gene del fattore di crescita endoteliale vascolare ( VEGF ) istruisce il corpo a formare proteine di segnale che lo aiutano ad aumentare il flusso sanguigno facendo germogliare nuovi vasi sanguigni nei muscoli. Queste proteine sono state usate per trattare la degenerazione maculare e ripristinare l'apporto di ossigeno ai tessuti quando la circolazione sanguigna è inadeguata. Altri geni allettanti potrebbero essere quelli che influenzano la percezione del dolore, regolano i livelli di glucosio, influenzano l'adattamento del muscolo scheletrico all'esercizio fisico e aiutano la respirazione.
Giochi alle Olimpiadi del 2012
La manipolazione dei geni è un grande jolly alle Olimpiadi di quest'anno, dice Roth. "Le persone hanno predetto in passato diverse Olimpiadi che ci sarà il doping genetico alle prossime Olimpiadi, ma non ci sono mai state prove concrete". La terapia genica è spesso studiata in un contesto medico, e fallisce molto spesso, osserva. "Anche se una terapia genica è nota per essere solida in termini di trattamento di una malattia, quando la si getta nel contesto della prestazione atletica, si ha a che fare con l'ignoto".
La presenza del doping genetico è difficile da rilevare con certezza. La maggior parte dei test che potrebbero avere successo richiedono campioni di tessuto da parte di atleti sospettati. "Stiamo parlando di una biopsia muscolare e non ci sono molti atleti che saranno disposti a fornire campioni di tessuto quando si preparano a competere", dice Roth. È improbabile che la manipolazione genica si manifesti nel flusso sanguigno, nelle urine o nella saliva, quindi è improbabile che i test relativamente non invasivi di questi fluidi determinino molto.
In risposta, WADA ha adottato un nuovo approccio di test chiamato Athlete Biological Passport (ABP), che verrà utilizzato alle Olimpiadi di Londra. Anche diverse autorità sportive internazionali come l'Unione ciclistica internazionale hanno iniziato a usarla. La chiave del successo di ABP è che, anziché cercare ad hoc uno specifico agente, come l' EPO, il programma monitora nel tempo il corpo di un atleta per cambiamenti improvvisi, come un aumento del conteggio dei globuli rossi.
Un altro modo per rilevare la presenza del doping genico è riconoscere come il corpo risponde a un gene estraneo, in particolare i meccanismi di difesa che potrebbe schierare. "L'effetto di qualsiasi farmaco o gene estraneo sarà complicato da un organismo che cerca di prevenire danni da tale manipolazione", afferma Friedmann, piuttosto che dai cambiamenti intenzionali indotti dall'EPO, per esempio.
I giochi olimpici chiariscono che tutti gli atleti non sono creati uguali, ma che il duro lavoro e la dedizione possono dare ad un atleta almeno una possibilità esterna di vittoria anche se i concorrenti provengono dalla parte più profonda del pool genetico. "Le prestazioni d'élite sono necessariamente una combinazione di talento e formazione geneticamente modificati che sfruttano questi doni", afferma Roth. "Se potessi uguagliare tutti i fattori ambientali, allora la persona con qualche vantaggio fisico o mentale vincerebbe la competizione. Fortunatamente quei fattori ambientali entrano in gioco, il che dà allo sport l'incertezza e la magia che gli spettatori bramano".
