Muscoli, geni e manipolazione genica

Muscoli, geni e manipolazione genica

Basta dare un’occhiata da vicino agli atleti che partecipano alle Olimpiadi: la loro muscolatura ti dirà molto su come hanno raggiunto il loro status di élite. Le infinite ore di allenamento e l’impegno per il loro sport hanno giocato un ruolo importante nella costruzione dei corpi che li hanno portati alla prima competizione atletica mondiale.

Osserva ancora più da vicino – questo richiede la 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 lo fosse per il resto di noi mortali.  Ma esiste o sarà possibile l’intervento della manipolazione genica sugli atleti?

La manipolazione genica 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 più forza di 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 a fatica. Le fibre a contrazione rapida tipo 2B, ad esempio, hanno un tempo di contrazione più veloce rispetto al tipo 2A.

I muscoli possono essere convertiti da una sottocategoria all’altra ma non possono essere convertiti da un tipo all’altro. Ciò significa che l’allenamento di resistenza può conferire al muscolo di tipo 2B alcune delle caratteristiche di resistenza alla fatica del muscolo di tipo 2A. L’allenamento con i pesi può conferire al muscolo di tipo 2A alcune caratteristiche di forza del muscolo di tipo 2B.

L’allenamento di resistenza

Non convertirà il muscolo di tipo 2 in quello di tipo 1, né l’allenamento per la forza convertirà i muscoli a contrazione lenta a quelli veloci. Gli atleti di resistenza hanno una percentuale maggiore di fibre a contrazione lenta. I velocisti e i saltatori hanno più della varietà a contrazione rapida.

Proprio come possiamo alterare il nostro mix muscolare solo in una certa misura, anche la crescita muscolare viene attentamente regolata nel corpo. Una differenza tra composizione muscolare e dimensioni, tuttavia, è che quest’ultimo può essere più facilmente manipolato. Fattore di crescita insulino-1 (IGF-1) è sia un gene e 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 della miostatina.

Più di dieci anni fa, H. Lee Sweeney, un fisiologo molecolare dell’Università della Pennsylvania, ha guidato un team di ricercatori che ha utilizzato la manipolazione genetica per creare i “topi Schwarzenegger” legati ai muscoli . I topi iniettati con una copia extra del gene IGF-1 hanno aggiunto muscoli 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 mettere su muscoli durante l’esercizio. Anche se ammette che questo scenario non è stato studiato ampiamente.

Anche la crescita e la resistenza dei muscoli a fibra lenta possono essere controllate attraverso la manipolazione genica.

Nell’agosto del 2004 un team di ricercatori che ha incluso il Salk Institute for Biological Study di Ronald Evans hanno riferito che hanno alterato un gene chiamato PPAR-Delta per migliorare la sua attività nei topi, aiutando a consolidare i muscoli a contrazione lenta resistenti all’affaticamento. Questi cosiddetti “topi maratona” potrebbero correre il doppio del tempo e per quasi il doppio delle loro controparti non modificate.

Questa capacità dimostrata di “lavorare” con i tipi di muscoli a contrazione veloce o lenta fa sorgere la domanda. “Che cosa accadrebbe se si introducessero geni per la costruzione di muscoli a contrazione rapida e lenta in un atleta? “Abbiamo parlato di farlo ma non l’abbiamo mai fatto”, dice Sweeney. “Immagino che ti ritroverai con un compromesso che sarebbe adatto per uno sport come il ciclismo, in cui hai bisogno di una combinazione di resistenza e potenza.” Tuttavia, aggiunge Sweeney, c’è stata poca ragione scientifica (che si traduce in finanziamenti) per condurre un tale studio sui topi, e molto meno sugli esseri umani.

La manipolazione genica avrà il suo impatto più significativo nel trattamento delle malattie e nella promozione della salute

piuttosto che nel potenziamento delle capacità atletiche, sebbene gli sport trarranno certamente 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 contrarsi con maggiore forza“. Dice Theodore Friedmann, un genetista presso l’Università della California. A San Diego, e capo di un comitato di consulenza sul gene-doping per il World Anti -Agenzia del 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 in fondo alla strada si possono compiere sforzi per raggiungere lo stesso risultato nelle persone“, aggiunge.

La manipolazione genica si è già dimostrata utile in studi non correlati al trattamento muscolare. Nel dicembre del 2011, ad esempio, un team di ricercatori britannici ha riportato nel New England Journal of Medicine che sono stati in grado di trattare sei pazienti con emofilia B -a malattia in cui il sangue non si può coagulare correttamente per controllare il sanguinamento, utilizzando un virus per fornire un gene che consente loro di produrre più dell’agente coagulante, fattore IX.

Obiettivi difficili

Nonostante gli esperimenti con i livelli di proteina IGF-1 e MSTN nel muscolo dei topi, l’identificazione di quali geni siano direttamente responsabili dell’abilità atletica è una questione complicata. “Quello che abbiamo imparato negli ultimi 10 anni dal sequenziamento del genoma umano è che qui c’è una grossa complessità in più di quanto non avessimo immaginato prima“. Dice Stephen Roth, professore associato di fisiologia degli esercizi dell’Università del Maryland, che invecchia e genetica. “Tutti vogliono sapere quali sono i geni che contribuiscono alla prestazione atletica in modo ampio o forza muscolare o capacità aerobica o qualcosa del genere. Non abbiamo ancora obiettivi duri riconosciuti solidamente dalla comunità scientifica per il loro contributo alle prestazioni atletiche.”

Dal 2004 gli scienziati hanno scoperto più di 90 geni o punti cromosomici che si crede sia  responsabili per determinare le prestazioni atletiche . Oggi il conteggio è salito a 220 geni .

Anche con questa mancanza di certezza, alcune aziende hanno già cercato di sfruttare ciò che è stato appreso finora per commercializzare test genetici che affermano che  possano rivelare le predisposizioni atletiche di un bambino.

Atlas Sports Genetics, LLC , a Boulder, Colorado,

ha iniziato a vendere test genetici a 149$ nel Dicembre 2008 sostenendo che questo poteva analizzare la variante del gene ACTN3, che negli atleti d’élite è associato alla presenza della proteina alfa-actinina-3 che aiuta l’organismo 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 influisce sulla funzione muscolare negli esseri umani“, dice Roth.

L’ACE, un altro gene studiato in relazione alla resistenza fisica, ha fornito risultati incerti. I ricercatori hanno inizialmente sostenuto che le persone con una variante di ACE sarebbero avvantaggiati negli sport di resistenza e quelli con una variante diversa sarebbero più adatti a forza e potenza, ma i risultati sono stati inconcludenti.

Quindi, anche se ACE e ACTN3 sono i geni più riconosciuti quando si tratta di atletica, nessuno dei due è chiaramente predittivo delle prestazioni. L’idea predominante 10 o 15 anni fa che ci potrebbero essere due, tre o quattro geni contribuenti davvero forti a un tratto particolare come la forza muscolare “è una versione caduta”, dice RotS”. Ci siamo resi conto, ed è stato dimostrato negli ultimi anni, che non è nell’ordine dei 10 o 20 geni, ma piuttosto di centinaia di geni. Ognuno con variazioni davvero piccole e un numero enorme di combinazioni possibili, che si può verificare la predisposizione all’eccellenza”

“Nulla sulla scienza è cambiato “, aggiunge. “Abbiamo fatto un’ipotesi all’inizio che non si è rivelata giusta nella maggior parte dei casi, questa è la scienza.”

Il doping genetico

WADA si è rivolta a Friedmann per chiedere aiuto dopo le Olimpiadi estive di Sydney del 2000. Dopo che alcune voci avevano iniziato a circolare che alcuni degli atleti si fossero sottoposti a terapie di manipolazione genica. Non si è trovato, ma la minaccia sembrava reale. I funzionari erano ben consapevoli di un recente studio di terapia genica presso l’Università della Pennsylvania che aveva provocato la morte di un paziente.

“In medicina, tali rischi sono accettati dai pazienti e dalla professione che il pericolo è stato intrapreso ai fini della guarigione e della prevenzione del dolore e della sofferenza“, dice Friedmann. “Se quegli stessi strumenti applicati a un giovane atleta sano dovessero andare male, ci sarebbe molto meno conforto etico per averlo fatto e non vorremmo essere nel mezzo di una società che accetta ciecamente iniettando [ eritropoietina (EPO ) ] geni in atleti in modo che possano avere prestazioni di resistenza migliorate. ”

L’EPO

è stato l’obiettivo preferito per le persone interessate a manipolare la produzione di sangue in pazienti con cancro o malattia renale cronica. Inoltre è stato usat e abusato da ciclisti professionisti e altri atleti che cercano di migliorare la loro 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.

Gli inibitori della miostatina così come i geni EPO e IGF-1 sono stati i primi candidati per il doping basato sui geni. Non sono gli unici, dice Friedmann. Il fattore di crescita endoteliale vascolare (VEGF) istruisce il corpo a formare proteine ​​segnale che lo aiutano ad aumentare il flusso sanguigno, facendo germogliare nuovi vasi sanguigni nel muscolo. Queste proteine ​​si sono utilizzate per trattare la degenerazione maculare e ripristinare l’apporto di ossigeno ai tessuti quando la circolazione del sangue è inadeguata. Altri geni allettanti potrebbero essere quelli che influenzano la percezione del dolore, regolano i livelli di glucosio. Influenzano l’adattamento dei muscoli scheletrici all’esercizio fisico e aiutano la respirazione.