Генная терапия, Располагающая умножению мышечной массы у пожилых граждан, только прокладывает себе дорогу, а спортсмены уже подумывают о том, чтобы Пользоваться это достижение науки в своих целях.

Об творце

Ли Суини - профессор, заведующий кафедрой Медицинской школы Пенсильванского университета, Участник научного совета при Национальном институте по Чтению артрита и хворей костно-мышечного аппарата, директор по научной части Программы Поддержки предкам, чьи мальчики больны мышечной дистрофией.

Олимпийские забавы, прошедшие в августе в Греции, еще раз продемонстрировали приверженность человечества традициям, Происхождение которым было положено в этой стране более двух тысяч сезонов назад. Спортсмены мирового уровня Боролись в силе, выносливости, Хитрости, умении Падать выше всех и ездить скорее всех, но нередко исход Соперничеств зависел от вещей, весьма дальних от Старых олимпийских традиций. Речь шагает о допинге, который, несмотря на многочисленные дебоши, стал неотъемлемой частью спортивной жизни. Когда высшей мишенью показывается олимпийская медаль, некоторые спортсмены не останавливаются ни перед чем, чтобы Объехать конкурентов на доли секунды или на десятые сантиметра.

Вожди спортивных федераций озабочены достижимым появлением особо изощренных форм допинга, которые будет невозможно выявить, и тогда ситуация выйдет из-под контроля. Скоро начнутся клинические испытания новоиспеченных терапевтических методов возобновления поврежденных мышц у граждан, страдающих мышечными заболеваниями. Один из них основан на введении в организм больного синтетического гена, который должен функционировать многие сезоны, поставляя строительный материал Ради мышечной ткани, неотличимый от Естественного.

Однако генная терапия, талантливая изменить жизнь пожилых граждан и больных мышечной дистрофией, заинтересовала и некоторых спортсменов, склонных к применению допинга. Продукты синтетических генов идентичны Естественным компонентам и присутствуют только в мышечной ткани, не попадая в кровоток, а потому их нельзя обнаружить в пробах крови или мочи. Всемирный антидопинговый комитет (World Anti-Doping Authority, WADA) уже обратился к ученым с просьбой приостановить проникновение генной терапии в область спорта.

Может ли генная терапия стать высокотехнологичным способом мошенничества в спорте? Конечно да. Наступят ли времена, когда она станет общедоступной и манипулирование генами Ради Укрепления спортивных показателей Приобретет просторное применение? Возможно. Так или иначе, не исключено, что Олимпийские забавы в августе этого сезона были Недавними, в которых не участвовали спортсмены, обязанные своими достижениями генному допингу.

Потерять, чтобы получить

К исследованиям, связанным с разработкой генетически объясненных методов наращивания мышечной массы, меня подтолкнули наблюдения за Участниками моей семьи, многие из которых благополучно дожили до 90 сезонов. Состояние их здоровья было вполне сносным, но они постоянно ощущали слабость. Дело в том, что у восьмидесятилетних мышечная масса и сила мышц убавляется на 1/3 по сравнению с тридцатилетними.

В Вашем теле есть три типа мышц: Ровные, образующие стенки внутренних органов (например, желудочно-кишечного тракта), скелетные (мы Величаем их мускулами) и сердечная мышца. Скелетные мышцы досрочнее иных уходят из строя. С возрастом гражданину делается тяжелее сберегать равновесие, он чаще прыгает. А если при падении проистекает перелом бедренного сустава, то больному приходится Блюсти постельный режим, и мышцы слабеют окончательно.

Возрастные изменения скелетных мышц характерны Ради всех млекопитающих и связаны с неспособностью ветшающего организма ликвидировать повреждения, накапливающиеся при природных нагрузках. Интересно, что эти модификации подсказывают функциональные и физические нарушения, наблюдающиеся при заболеваниях под Братским именем мышечная дистрофия (МД), хотя проистекают они гораздо медлительнее.

Обзор

Процессы роста мышц и устранения появляющихся в них повреждений регулируются Особенными сигнальными молекулами, Воспитанием которых Правят специфические гены. Мышечную ткань, утраченную с возрастом или в итоге заболевания, можно восстановить, если ввести в организм ген, ответственный за возрастание или понижение уровня Подходящих сигнальных молекул.

Спортсмены умеют Пользоваться этот метод Ради наращивания мышц, возрастания их упругости и Надежности, причем похожий допинг невозможно выявить. Когда генная терапия Влетит в повседневную практику, предотвратить злоупотребление ею будет крайне трудно. Одна из наиболее серьезных и часто Видящихся форм МД - мышечная дистрофия Дюшенна. Это наследственное заболевание, связанное с мутацией в гене белка дистрофина, который защищает мышечные волокна от повреждений, появляющихся при их Деятельности. Обычно мышцы хорошо справляются с такими деформациями, но в отсутствие дистрофина регенеративные Конструкции организма не успевают их ликвидировать, и процессы репарации замедляются. В итоге и при мышечной дистрофии Дюшенна, и при старении мышечные волокна отмирают и заменяются фиброзной или жировой тканью.

В отличие от этого, убавление массы скелетных мышц у космонавтов, Продолжительное время лежащих в условиях невесомости, и у лежачих больных обусловливается Абсолютным выключением процессов регенерации и роста мышц, а также одновременным ускорением апоптоза (запрограммированной гибели клеток). Этот феномен, общеизвестный под именем дисфункциональной атрофии, до конца не Прочитан. Метаболические процессы в скелетных мышцах очень энергоемки, организму выгодно помогать строгое соотношение между размерами мышц и их активностью, с тем чтобы не Тратить энергию впустую. Скелетные мышцы крайне чувствительны к изменению функциональных требований. При Продолжительном отсутствии физической нагрузки они истончаются, а если нагрузка слишком велика, гипертрофируются. Физическая работа запускает в них цельный каскад сигнальных механизмов, и в итоге Повышается масса волокон, а в исключительных случаях формируются новоиспеченные.

Чтобы действовать на рост мышц, Необходимо Обладать представление о процессах их наращивания и утраты на молекулярном уровне. В отличие от типичной животной клетки, в цитоплазме которой находится только одно ядро, мышечная клетка представляет собой долгий цилиндр, содержащий несколько ядер, а кроме того, в ее цитоплазме присутствуют многочисленные волокна - миофибриллы. Они, в свою очередь, состоят из толстых и утонченных нитей, которые, перекрываясь, образуют основной сократительный элемент мышечной клетки - саркомер. Укорочение саркомеров приводит к сокращению мышц, появляющееся при этом напряжение может стать причиной повреждения волокон, если белок дистрофин (который не вырабатывается в организме больных мышечной дистрофии Дюшенна) не отводит излишек энергии через клеточную мембрану наружу.

Но деформация Возникает в мышцах и в присутствии дистрофина. усвоено вычислять, что единственный способ нарастить мышцы и укрепить их - это физические упражнения. При внушительных нагрузках в волокнах появляются микроскопические разрывы, провоцирующие Воспитание специфических органических веществ - сигналов тревоги. Они запускают в организме процесс регенерации тканей, который в данном случае заключается не в Воспитании новоиспеченных мышечных волокон, а в ремонте клеточной мембраны поврежденных волокон и наполнении клетки новыми миофибриллами. ради этого должна случиться активация Подходящих генов в ядрах мышечной клетки, а когда зависимость в новоиспеченных миофибриллах очень велика, имеющихся ядер может оказаться недостаточно, и клетке требуется Поддержка.

На ее призыв откликаются клетки-сателлиты. Вначале проистекает скорое дробление специфических стволовых клеток, лежащих в мышцах, затем их потомки сливаются с волокном и передают мышечным клеткам свои ядра. В регуляции процесса участвуют факторы, Располагающие росту мышц и Противящиеся ему. Стимулятором роста прислуживает инсулиноподобный фактор роста I (invisible growth factor I (IGF-I), а ингибитором - белок миостатин.

Вместе с коллегами из Пенсильванского университета и Надей Розенталь (Nadia Rosental) из Гарвардского университета семь сезонов назад мы надумали выяснить, можно ли Пользоваться IGF-I Ради изменения функционирования мышц. Нам было известно, что если просто инъецировать в мышцы IGF-I, то через несколько часов он Пропадает. Но если ввести в клетку ген, кодирующий этот фактор, то он будет трудиться до тех пор, пока функционирует клетка, и обеспечивать ее нужными миофибриллами. Возможно, введения одной порции IGF-I-гена хватило бы пожилому гражданину на всю оставшуюся жизнь. Основная проблема заключается в адресной доставке IGF-I-гена.

Доставка генов

Как и множество иных исследователей, мы Пользовались в качестве переносчиков (векторов) генов вирусные частицы. Они Влезают в клетки организма-хозяина и включают свой генетический материал в клеточный геном, но до поры до времени никак себя не проявляют, выступая в роли биологического Троянского коня. В какой-то момент вирусные гены активируются и затевают реплицироваться, Пользуясь клеточный аппарат Ради производства своих белков. Специалисты по генной терапии эксплуатируют эту Возможность вирусов, Ради чего включают в их геном Необходимый ген и удаляют те, которые Соответствуют за патогенность вируса.

В качестве вектора был взят крошечный аденоассоциированный вирус (AAV), который легко Влезает в мышечные клетки гражданина и не нагнетает при этом никаких заболеваний. В его геном мы включили синтетический IGF-I-ген, функционирующий только в скелетных мышцах. Введение рекомбинантного вируса молодым мышам привело к умножению у них суммарной длины мышц и возрастанию быстроты наращивания мышечной массы на 15-30%, при том что грызуны вели малоподвижный лик жизни. Затем мы ввели IGF-I-ген старшим мышам и Продолжительное время Видели за ними. Обнаружилось, что у них с возрастом мышцы не Теряли своей силы.

ради проверки безопасности такого подхода Розенталь Сваяла трансгенных мышей, у которых IGF-I образовывался в лишнем Числе во всех скелетных мышцах. Животные развертывались нормально, только масса скелетных мышц была у них выше нормы на 20-50%. Когда мыши состарились, обнаружилось, что их мышцы такие же мощные, как у молодых грызунов. Не менее главным было и то, что повышенный уровень IGF-I отмечался только в мышцах, а в крови оставался Здоровым (умножение концентрации циркулирующего в организме IGF-I отрицательно сказывается на Деятельности сердца и умножает вероятность онкологических заболеваний). будущие Опыты Представили, что при Воспитании IGF-I в лишнем Числе повреждения в мышцах устраняются скорее даже у мышей с серьезными формами мышечной дистрофии.

Способность локального Воспитания IGF-I разрешает достичь заветной Меть при выздоровлении хворей, связанных с мышечным истощением, - разрыва тесной связи между мышечной нагрузкой и их размерами. Похожая имитация физических упражнений таит в себе много увлекательного Ради профессиональных спортсменов. Если генноинженерным способом получилось достичь умножения мышечной массы у молодых животных, ведущих малоподвижный лик жизни, то почему бы не Пользоваться этот метод Ради развития мускулатуры у бодрых, Бодрых индивидов?

Сотрудники моей лаборатории инъецировали рекомбинантный аденовирус, несущий ген белка IGF-I, в мышцы одной зачасов конечности Всякой из лабораторных крыс и затем в движение восьми дней подвергали их нагрузкам. К концу Опыта мышцы лапы, куда была замутнена инъекция, стали вдвое мощнее и впоследствии Теряли силу гораздо медлительнее, чем мышцы Первый задней конечности. Даже у крыс, не Приобретавших нагрузок, после инъекции наблюдалось 15%-ное умножение силы мышц - в Абсолютном соотношении с теми данными, что были получены нами в опытах на мышах. Сейчас мы приготовляемся провести схожие исследования на собаках - известно, что одна из пород, охотничья поисковая, подвержена особенно Трудной форме мышечной дистрофии.

Что дотрагивается гражданина, то о применении генной терапии с использованием рекомбинантных аденоассоциированных вирусов можно будет обсуждать не ранее, чем через 10 сезонов. Во-первых, Необходимо осознать, Надежен ли этот метод, а во-Первых, Бледно, куда лучше вводить вирус - в кровь или непосредственно в мышечную ткань. Пока же планируются испытания на гражданине методов переноса генов Ради замены дефектного гена дистрофина, а Ассоциация по исследованию мышечной дистрофии скоро примется к клиническим испытаниям способа выздоровления миотонической дистрофии (патологии, проявляющейся Продолжительным мышечным сокращением), основанного на инъекциях IGF-I.

Возможно, получится достичь успехов, Пользуясь препараты, блокирующие Движение миостатина - белка, участвующего в регуляции роста и развития мышц на протяжении всей жизни животных затевая с эмбриональной стадии. В норме он Влияет как тормоз, не допуская чрезмерного развития мышечной ткани, а когда нагрузка убавляется, запускает процесс атрофии. Как рассказывают эксперименты на трансгенных мышах, в отсутствие этого фактора сдерживания роста наблюдается заметное умножение как количества мышечных волокон, так и всей мышечной массы.

Не только умножение мышечной массы

Фармацевтические и биотехнологические компании трудятся сегодня над Ваянием сразу немногих ингибиторов миостатина, который может Располагать возрастанию мясистости скота.

Вторые миостатин-блокирующие препараты представляли собой антитела к миостатину. Вскоре начнутся клинические испытания одного из них на больных мышечной дистрофией Дюшенна. Иной подход состоит в имитации специфической мутации в геноме животного путем введения в его организм укороченного миостатина, который не имеет свойственными Здоровой молекуле сигнальными функциями, но распознает структуры, Присоединяющиеся к клеткам-сателлитам, связывается с ними и делает недоступными Ради Здорового миостатина. представлено, что инъекция укороченной версии данного белка (пептида) в мышцы приводит к их гипертрофии. Теперь мы приготовляемся ввести синтетический ген, кодирующий этот пептид, дворняжкам.

Метод блокирования миостатина также представляет внушительный интерес Ради спортсменов, желающих скоро нарастить мышечную массу. Конечно, в этом случае адресная доставка Подходящих препаратов невозможна, поскольку их Движение перемещает системный нрав. Зато не появляется проблем с приемом, который к тому же при потребности можно прекратить. Однако похожие вещества легко обнаружить в организме спортсмена, замутив разбор крови, что весьма Неприятно Ради гражданина, который их принимает.

Иное дело - генная терапия. Продукт синтетического гена не уходит за пределы мышечной ткани и неотличим от своего Естественного аналога. Чтобы обнаружить сам ген или несущий его вектор, Необходимо взять мышечный биоптат и провести ДНК-разбор. Но многие вирусы (в том количестве аденоассоциированный вирус, который мы Пользовались в качестве вектора в своих экспериментах) в норме присутствуют в организме гражданина, так что тест только на их ДНК ничего не предложит. К тому же не каждый спортсмен согласится на инвазивное тестирование перед Соперничествами.

Но безопасно ли Ради организма гражданина скорое умножение мышечной массы на 20-40%? Выдержат ли такую нагрузку связки и кости? Этот же вопрос появляется, когда речь шагает о людях преклонного возраста, костная ткань которых Теряет Надежность в итоге остеопороза. Возможно, у молодых, занимающихся спортом граждан костная Конструкция успеет адаптироваться к новым условиям за несколько недель или месяцев, но так или иначе до решения проблемы безопасности новоиспеченных методов скорого наращивания мышечной массы об их применении обсуждать нельзя.

Однако нужно Воздавать себе отчет в том, что как только методы генной терапии Влетят в клиническую практику, генный допинг станет частью спортивной жизни, при этом простое наращивание мышечной массы - это лишь один из аспектов его применения (см. рис. на стр. 31). Так, бегунам на малые дистанции главнее не нарастить мускулатуру как таковую, а увеличить количество скорых мышечных волокон, а спортсменам-марафонцам - повысить выносливость мышц.

Умножение массы - Быстрее всего лишь вторая мишень, которую будут притеснять спортсмены, прибегая к генной терапии. Выносливость членов состязаний зависит помимо всего прочего от эффективности снабжения тканей кислородом. воспитание в организме гражданина эритроцитов (клеток крови, переносящих кислород) стимулируется белком эритропоэтином. Его синтетический аналог, эпоэтин (Epoietin, EPO), был Сваян Ради выздоровления анемии, но его как допинг Пользуются и спортсмены. Самый общеизвестный случай употребления EPO - велосипедные гонки «Тур де Франс» 1998 г., тогда была дисквалифицирована вся сборная одной из стран.

В 1997-1998 гг. были проведены Опыты на обезьянах по переносу гена эритропоэтина. Их итоги Представили всю опасность резкого возрастания уровня этого белка в крови: за 10 недель он почти удвоился, а кровь стала настолько вязкой, что ее приходилось постоянно разжижать, иначе сердце не справлялось с Деятельностью.

Конечно, Ради рядовых спортсменов технологии переноса генов еще Длинное время будут недоступны. Но есть опасность, что со временем Возникнет действительный Базар услуг в данной области - как это уже случилось с модифицированными стероидными гормонами, производством которых сегодня занимаются высококлассные химики-синтетики. Возможно, когда-нибудь получится придумать совершенно Надежные методы генной терапии, которые будут применяться в повысит качество жизни, и отношение общественности к манипуляции генами станет более терпимым.