ตรวจจับยากกว่า EPO การยาสลบยีนมีการรายงานน้อยกว่าในการต่อสู้เพื่อการปั่นจักรยานที่สะอาด
ประวัติศาสตร์ของการเติมและการต่อต้านยาสลบเป็นเหมือน Wile E. Coyote ไล่ตาม Road Runner: ไม่ว่า Wile E. จะเข้าใกล้ Road Runner แค่ไหน อย่างหลังก็นำหน้าไปหนึ่งก้าวเสมอ ดูเหมือนว่าจะเป็นกรณีของมุมใหม่ของยาสลบที่อาจฟังดูเหมือนสคริปต์นิยายวิทยาศาสตร์ แต่จริงๆ แล้วมีมานานกว่าสองทศวรรษแล้ว: ยาสลบยีน (หรือพันธุกรรม)
แต่ถึงแม้จะมีการพัฒนาอย่างรวดเร็วของการเติมยีน แต่วิธีการทดสอบใหม่สำหรับยาสลบยีนอาจเป็นจุดเปลี่ยนที่สำคัญต่อการใช้ยีนเพื่อวัตถุประสงค์ในการเพิ่มประสิทธิภาพ
ADOPE (Advanced Detection of Performance Enhancement) ถูกนำเสนอที่ University of Stirling, Scotland เมื่อต้นเดือนกันยายนและเป็นหนึ่งในการทดสอบที่รู้จักกันน้อยมากในการต่อต้านการเติมยีน
วิธีการนี้พัฒนาโดยกลุ่มนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยเทคนิคเดลฟต์ ประเทศเนเธอร์แลนด์ และจะแข่งขันกับทีมอื่นๆ อีกกว่า 300 ทีมในการแข่งขันเครื่องจักรทางวิศวกรรมพันธุศาสตร์ประจำปี 2018 พิธีมอบรางวัลจะจัดขึ้นที่เมืองบอสตัน รัฐแมสซาชูเซตส์ ในวันที่ 28 ตุลาคม
สิ่งแรก: ยาสลบยีนคืออะไร
ยีนยาสลบคือ 'การใช้ยีนบำบัดในทางที่ผิด' เพื่อวัตถุประสงค์ในการเพิ่มประสิทธิภาพ ในทางกลับกัน ยีนบำบัดเป็นเทคนิคที่ใช้ยีนมากกว่าการใช้ยาหรือการผ่าตัดเพื่อรักษาหรือป้องกันโรค
การบำบัดประกอบด้วยการส่งสารพันธุกรรมภายนอกเข้าสู่เซลล์ของผู้ป่วย สารพันธุกรรม ซึ่งมีการแสดงออกเฉพาะที่กระตุ้นโปรตีนที่ใช้ในการรักษาโรค จะถูกแทรกเข้าไปในเซลล์โดยใช้เวกเตอร์ภายนอก (ปกติคือไวรัส)
เอา EPO เป็นตัวอย่าง Erythropoietin – โปรตีนที่กระตุ้นการผลิตเซลล์เม็ดเลือดแดงในไขกระดูก และเพิ่มระดับของฮีโมโกลบินในร่างกายและการส่งออกซิเจนไปยังเนื้อเยื่อ – โดยปกติไตจะหลั่งออกมา
การฉีด EPO เป็นการเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานที่มีชื่อเสียงซึ่งนักปั่นจักรยานใช้ในทางที่ผิดมาหลายปี โดยเฉพาะอย่างยิ่งในยุค 90
วันนี้ ถึงแม้ว่ายังคงมีการรายงานกรณีของ EPO ที่เป็นบวกอยู่ แต่มันก็ยากขึ้นที่จะหลีกเลี่ยงแนวทางปฏิบัตินี้ เนื่องจากการควบคุมการต่อต้านยาสลบสามารถตรวจจับ EPO ภายนอกได้อย่างมีประสิทธิภาพในปัจจุบัน
อย่างไรก็ตาม ทางเลือกในการเติมยีนซึ่งช่วยเพิ่มการผลิต EPO ผ่านการแทรกสารพันธุกรรมใหม่เข้าไปในนักกีฬา ในที่สุดก็จะดูเหมือนผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติของสรีรวิทยาของนักกีฬาเอง และไม่เหมือนสารต้องห้าม
แม้ว่ายีนบำบัดจะยังใช้เฉพาะกับโรคหายากที่ไม่มีวิธีรักษา (เช่น โรคภูมิคุ้มกันบกพร่อง ตาบอด มะเร็ง และโรคเกี่ยวกับระบบประสาท) นักวิทยาศาสตร์ได้สารภาพว่าผู้คนจากโลกแห่งกีฬาได้เข้าหาพวกเขาและขอให้พวกเขาใช้ การบำบัดเหล่านี้เป็นวิธีการเพิ่มประสิทธิภาพในการเล่นกีฬา
วาดะและยาสลบยีน
องค์การต่อต้านการใช้สารต้องห้ามโลก (WADA) ได้จัดการประชุมเชิงปฏิบัติการครั้งแรกเพื่อหารือเกี่ยวกับยาสลบยีนและภัยคุกคามในปี 2545 ในขณะที่การปฏิบัติดังกล่าวอยู่ในรายการสารและวิธีการผิดกฎหมายของ WADA ในปีถัดมา
ตั้งแต่นั้นมา WADA ได้ทุ่มเทส่วนหนึ่งของทรัพยากรเพื่อเปิดใช้งานการตรวจจับการยาสลบยีน (รวมถึงการสร้างกลุ่มและแผงของผู้เชี่ยวชาญด้านการยาสลบยีนหลายกลุ่ม) และในปี 2559 ได้มีการดำเนินการทดสอบตามปกติสำหรับการเติมยีน EPO ในห้องปฏิบัติการที่ได้รับการรับรองจาก WADA ในออสเตรเลีย ห้องปฏิบัติการทดสอบยาการกีฬาของออสเตรเลีย
อย่างไรก็ตาม วิธีการทดสอบยาสลบของยีนอาจลำบากและต้องการความรู้อย่างกว้างขวางเกี่ยวกับลำดับดีเอ็นเอเฉพาะสำหรับการทดสอบจริง
ในทางกลับกัน วิธีการที่ ADOPE เสนอจะมุ่งเน้นไปที่การจัดลำดับเป้าหมายและรวมหลักการที่เป็นประโยชน์ของวิธีอื่นๆ ในลักษณะที่อาจมีประสิทธิภาพและตรงเป้าหมายมากขึ้น
วิธีการทดสอบ ADOPE
วิธีการทดสอบ ADOPE ได้รับการพัฒนาผ่านการทดสอบที่ดำเนินการกับเลือดวัวและมีโครงสร้างเป็นสองขั้นตอน: ขั้นตอนแรกคือขั้นตอนก่อนการคัดกรองที่กำหนดเป้าหมายไปที่เลือดที่เจือด้วยยีนที่เป็นไปได้ ในขณะที่ขั้นตอนที่สองกำหนดเป้าหมายลำดับทางพันธุกรรมเฉพาะไปที่ ตรวจสอบว่า DNA ถูกเจือด้วยยีนจริงหรือไม่
'ในหน้าจอล่วงหน้า ' Jard Mattens ผู้จัดการฝ่ายปฏิบัติการด้านมนุษยธรรมของทีม TU Delft ที่พัฒนา ADOPE อธิบาย 'เราพัฒนาเพิ่มเติมโดยใช้อนุภาคนาโนทองคำที่หุ้มด้วยเดกซ์ทรินเพื่อตรวจหายาสลบยีน
'หลักการนี้ตั้งอยู่บนข้อเท็จจริงที่ว่าอนุภาคนาโนทองคำทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสีในเชิงปริมาณอย่างค่อยเป็นค่อยไปของตัวอย่างเมื่อมี DNA ของ "ยาสลบ"'
เพื่อทดลองและทดสอบ 'DNA ที่เจือด้วยยีน' – แต่ไม่จำเป็นต้องใช้ยีน-ยาเสพติดนักกีฬาหรือสัตว์ – ทีมงาน TU Delft ได้ทำการ 'แทง' เลือดวัวเทียมด้วยลำดับ DNA เสริมหลายชุด
เป้าหมายของการทดสอบคือกำหนดเป้าหมายและค้นหาลำดับ 'ยีนเจือปน' ที่พวกเขาเพิ่มเข้าไปในเลือด
'เราใช้เลือดวัวแทนเลือดมนุษย์ได้ดีเพราะหลักการทำงานในลักษณะเดียวกัน' Mattens อธิบาย
'สำหรับการทดสอบของเรา เราได้เพิ่ม DNA หลายประเภทให้กับเลือดวัวนี้ในระดับความเข้มข้นต่างๆ เพื่อเลียนแบบการพัฒนาความเข้มข้นเมื่อเวลาผ่านไปตามที่เราจำลองแบบไว้ก่อนหน้านี้สำหรับมนุษย์
'จากจุดนั้นในวิธีการตรวจหาของเราจะเหมือนเดิมและ DNA ที่เราเพิ่มลงในเลือดวัวควรถูกตรวจพบโดยวิธีการของเรา'
เมื่อตรวจพบเลือดเจือยีนที่เป็นไปได้เนื่องจากการเปลี่ยนสี การทดสอบระยะที่สองจะตามมา โดยกำหนดเป้าหมายลำดับเฉพาะที่เพิ่มเข้าไปในเลือด
'ในการตรวจสอบการคัดกรองเบื้องต้นนี้ ' Mattens กล่าวต่อ 'เราใช้ CRISPR-Cas – Transposase fusion protein ที่มีเอกลักษณ์ทางเทคนิคและเป็นนวัตกรรมใหม่
'สิ่งนี้สามารถถูกมองว่าเป็นเครื่องนาโนที่สามารถตรวจจับความแตกต่างเฉพาะที่มีอยู่ใน DNA ยาสลบของยีนได้'
CRISPR หรือ CRISPR-Cas9 (หรือการแก้ไขยีน) เป็นเทคนิคที่แตกต่างและล้ำหน้ากว่าซึ่งช่วยให้นักพันธุศาสตร์ใช้สองโมเลกุล – เอนไซม์ที่เรียกว่า Cas9 และชิ้นส่วนของ RNA – เพื่อสร้างการเปลี่ยนแปลง (กลายพันธุ์) เข้าไปใน DNA
WADA ห้ามใช้เทคนิคนี้ตั้งแต่ต้นปี 2018 เนื่องจากเป็นเทคนิคการเติมยีนขั้นสูง แต่ในกรณีของ ADOPE จะใช้เทคนิค CRISPR-CAS เพื่อค้นหา DNA ที่ดัดแปลงแทนที่จะดัดแปลง
ความจำเพาะของ ADOPE
รูปแบบการทดสอบที่พัฒนาโดย ADOPE ได้รับการออกแบบและพัฒนาขึ้นโดยเฉพาะเพื่อตรวจหายีนที่ช่วยให้สามารถผลิต EPO ในร่างกายมนุษย์ได้ แต่เนื่องจากวิธีการนี้มีความหลากหลายสูง นักวิจัยของ TU Delft อ้างว่าสามารถทำได้ 'ขยายเพื่อตรวจหายาสลบของยีนทุกชนิด'
ขึ้นอยู่กับวัฏจักรระหว่างที่ EPO มีประสิทธิภาพในร่างกาย เวลาที่นักกีฬาจะเสพยาโดยใช้ยีนที่เฉพาะเจาะจงนี้น่าจะเป็นไปได้ก่อนการแข่งขัน แต่ในขณะเดียวกัน ยีนอื่นๆ ที่กำหนดเป้าหมายไปที่โปรตีนและสรีรวิทยาต่างกัน การปรับปรุงอาจมีผลเร็วกว่ามาก
นั่นคือเหตุผลที่ ADOPE ตั้งเป้าที่จะใช้การทดสอบต่อต้านยาสลบเป็นประจำตลอดปฏิทินการฝึกซ้อมและการแข่งขันทั้งหมด
อย่างไรก็ตาม เนื่องจากสิ่งที่เรียกว่า 'DNA ปลอดเซลล์' ซึ่งกำหนดเป้าหมายโดยการทดสอบนั้น คาดว่าจะมีปัสสาวะน้อยมาก (แม้ว่าจะมีอยู่ที่นี่ด้วย) ในขณะที่ ADOPE จะใช้ได้เฉพาะกับตัวอย่างเลือดและการตรวจหาเท่านั้น หน้าต่างยังมีจำกัด
'จากการทดสอบทดลองกับไพรเมตที่ไม่ใช่มนุษย์โดย Ni et al ในปี 2011' Mattens กล่าว 'เราคาดว่าหน้าต่างการตรวจจับจะใช้เวลาเพียงไม่กี่สัปดาห์
'การพัฒนาวิธีการต่อไปอาจทำให้วิธีการเดียวกันนี้ใช้ได้กับปัสสาวะเช่นกันในอนาคต'
ความแตกต่างระหว่าง ADOPE กับวิธีอื่นๆ
'วิธีการ [ของการทดสอบยาสลบยีนอื่น ๆ] ส่วนใหญ่อาศัยปฏิกิริยาจาก PCR [ปฏิกิริยาลูกโซ่โพลีเมอเรส: เทคนิคที่สร้างสำเนาของบริเวณ DNA เฉพาะในหลอดทดลอง] ซึ่งมีข้อเสียมากมาย ' เพิ่ม Mattens
'ปฏิกิริยาเหล่านี้ค่อนข้างลำบากและต้องการความรู้ก่อนหน้าอย่างละเอียดเกี่ยวกับลำดับดีเอ็นเอ นอกจากนี้ การใช้เทคโนโลยีการทดสอบการต่อต้านยาสลบเหล่านี้ ทำให้โอกาสในการหลบเลี่ยงการตรวจจับสูงขึ้นอย่างมาก'
อีกวิธีหนึ่ง แนวทางการทดสอบอื่นๆ มุ่งเน้นไปที่ลำดับจีโนมทั้งหมด นั่นคือสารพันธุกรรมทั้งหมดที่มีอยู่ในเซลล์หรือสิ่งมีชีวิต
แต่ข้อเสียของแนวทางนี้คือต้องคำนึงถึงลำดับจีโนมทั้งหมด ซึ่งใช้เวลานาน ไม่มีประสิทธิภาพ และอาจถูกมองว่าเป็นการบุกรุกความเป็นส่วนตัวของนักกีฬา
'แนวทางของเรา' Mattens กล่าว 'มุ่งเน้นไปที่การจัดลำดับเป้าหมาย ซึ่งรวมเอาหลักการที่เป็นประโยชน์จากทั้งสองวิธีในลักษณะเสริมกัน
'มันใช้หลักการเฉพาะของ PCR อย่างไรก็ตาม มันต้องการเพียงหนึ่งไซต์เป้าหมายในทรานส์ยีน (แต่ต้องใช้หลายไซต์ในการค้นหา) ทำให้โอกาสในการหลบเลี่ยงการตรวจจับลดลงอย่างมาก
'[ADOPE] ใช้หลักการจัดลำดับของการจัดลำดับจีโนมทั้งหมด อย่างไรก็ตาม ในลักษณะที่มีประสิทธิภาพและตรงเป้าหมายมากขึ้น ช่วยลดปริมาณข้อมูลได้อย่างมาก
'ด้วยเหตุนี้เราจึงเชื่อว่าการจัดลำดับเป้าหมายเป็นวิธีที่ดีกว่ามากและอนาคตของการตรวจจับยาสลบของยีน'