הנדסה גנטית – גנים מסממים ואיך זה קשור לטור דה פראנס?

אריתרופויטין הוא חלבון שממריץ את התפתחות תאי הדם האדומים, הנושאים חמצן. צורתו הסינתטית של החלבון הזה, תרופה הקרויה Epoietin, או בקיצור EPO, פותחה לטיפול באנמיה אך נוצלה לרעה בהיקף נרחב על ידי ספורטאים. המקרה הידוע ביותר היה זה של רוכבי אופניים ב”טור דה פרנס” של שנת 1998. קבוצה שלמה הושעתה מן המירוץ כשהתגלה שהשתמשו ב-EPO, אך למרות זאת השימוש ב-EPO בספורט נמשך.

מאת ה’ לי סוויני, סיינטיפיק אמריקן
באותו נושא: דילמת הסמים בספורט

ריפוי גני לשיקום שרירים, שהתנוונו בגלל הזדקנות או מחלה, עומד להיכנס לשימוש קליני וספורטאי צמרת חושקים בו לשיפור הישגיהם.

האם לא ירחק היום וסמים שמקורם בשינויים בגנים ישנו את פני הספורט?

באוגוסט 2004 נהרו ספורטאים רבים לאתונה כדי לקחת חלק במסורת שהחלה ביוון לפני יותר מ-2,000 שנה. בזמן שהאתלטים המצוינים בעולם בדקן את קצה גבול הכוח, המהירות והזריזות האנושיים, מקצתם בחנו כנראה מסורת אולימפית חדשה יותר, נאצלת פחות: סמים משפרי ביצועים. על אף שערוריות חוזרות ונשנות, ספורטאים רבים אינם יכולים לעמוד בפני פיתוי הסמים, ולו כדי שלא לפגר אחר המתחרים העושים זאת. כל עוד הניצחון הוא מעל לכול, יהיו תמיד ספורטאים שיעוטו על כל אפשרות להרוויח כמה חלקיקי שנייה במהירות או שיפור קל בסבולת.

רשויות הספורט חוששות משיטה חדשה לשימוש בסמים שלא יהיה אפשר לגלות אותה, ובוודאי שלא למנוע. טיפולים המחדשים את השריר, מחזקים אותו ומגינים עליו מהתנוונות ייכנסו בקרוב לניסויים קליניים בבני אדם, לשם טיפול במחלות מנוונות שריר. בחלק מהשיטות מקבלים המטופלים גן סינתטי, שיכול להחזיק מעמד שנים ולייצר כמויות גדולות של כימיקלים הבונים שריר באופן טבעי.

סוג זה של ריפוי גני יוכל לשנות את חייהם של קשישים ושל הלוקים בניוון שרירים. לרוע המזל, זה גם חלום שהתגשם לספורטאי החוטא בשימוש בסמים. הכימיקלים מיוצרים באופן מקומי בלבד ברקמת השריר, ואין שום הבדל בינם ובין המקבילים הטבעיים שלהם. דבר אינו נכנס לזרם הדם, כך שלרשויות לא יהיה מה לגלות בבדיקות דם ושתן. הסוכנות העולמית נגד שימוש בסמים (WADA) כבר פנתה אל מדענים בבקשה למצוא דרכים למניעת הפיכתו של הריפוי הגני לאמצעי החדש לסימום לגוף (gene doping). אך עם היכנסם של טיפולים אלה לניסויים קליניים, ובסופו של דבר לשימוש נרחב, לא יהיה אפשר למנוע מאתלטים את הגישה אליהם.

האם עומד הריפוי הגני להניח את התשתית להונאה מתוחכמת באתלטיקה? הדבר אפשרי בהחלט. האם יבוא יום והריפוי הגני יהיה נפוץ כל כך לטיפול במחלות, עד שמניפולציה של גנים לשיפור הישגים תהיה מקובלת על הכול? אולי. על כל פנים, העולם אולי צפה באחת האולימפיאדות האחרונות שבהן לא השתתפו ספורטאים משופרים גנטית.

מהפסד יוצא רווח

המחקר על שיפור גודל השריר וחוזקו לא התחיל כדי לשרת את ספורטאי הצמרת. את עבודתי שלי התחלתי מתוך צפייה בבני משפחתי, שרבים מהם האריכו ימים עד יותר מ-80 ו-90 שנה. אף שבריאותם הייתה טובה באופן כללי, איכות חייהם הייתה לקויה בשל החולשה הנלווית להזדקנות. מסת השריר וחוזקו עלולים לרדת בשליש בין גיל 30 ל-80.

בגוף מצויים שלושה סוגי שרירים: שרירים חלקים, המקיפים חללים פנימיים כגון צינור העיכול, שרירי השלד, שרובנו רואים אותם בעיני רוחם כשאנו חושבים על שריר ושריר הלב. שרירי השלד מרכיבים יחדיו את האיבר הגדול ביותר בגוף, והם אלה המתדרדרים עם הגיל. הידרדרות מתרחשת בייחוד בסוג מסוים של שרירי שלד המכונה “סיבים מהירים”, שהוא הסוג החזק ביותר. כשהשריר נחלש, עולה הנטייה לאבד את שיווי המשקל וקשה יותר להתייצב ולמנוע נפילה. אם, כתוצאה מנפילה, נסדק האגן או נגרמה חבלה חמורה אחרת, האדם עלול לאבד כליל את ניידותו.

איבוד שרירי שלד מתרחש עם הגיל בכל היונקים, ונובע, ככל הנראה, מכשל מצטבר בתיקון נזקים הנגרמים בשימוש רגיל. מעניין לציין, שיש דמיון בין השינויים בשרירי השלד הנובעים מהזדקנות ובין השינויים הפיזיים והתפקודיים הנצפים בקבוצת המחלות הידועות בשם הכולל ניוון שרירים, אף כי הקצב בהזדקנות נמוך הרבה יותר.

בגרסה הנפוצה והחמורה ביותר של ניוון שרירים, ניוון שרירים מסוג דישן (Duchenne), מוטציה גנטית תורשתית גורמת להעדרו של החלבון דיסטרופין, המגן על סיבי השריר מן הנזקים שגורם הכוח שהם מפעילים בתנועתם הרגילה. בניוון שרירים השרירים מיטיבים לתקן את עצמם, אך מנגנון השיקום הרגיל שלהם אינו יכול לעמוד בקצב הפגיעה המואץ. בשרירים מזדקנים קצב הפגיעה אולי נורמלי, אבל מנגנוני התיקון אינם מגיבים עוד כפי שהגיבו קודם לכן. משום כך, גם בהזדקנות וגם בניוון שרירים מסוג דישן, סיבי שריר מתים ומוחלפים ברקמה סיבית חודרנית ובשומן.

לעומת זאת, איבוד השרירים החמור שחווים אסטרונאוטים בתת-כבידה וחולים חסרי יכולת תנועה נגרם, כנראה, בשל השבתה מוחלטת של מנגנוני התיקון והגדילה של השריר, בד בבד עם האצה באפופטוזה, מנגנון המוות המתוכנת של התא. תופעה זו, הקרויה אטרופיה של אי-שימוש, עדיין אינה מובנת במלואה, אך יש בה היגיון אבולוציוני. שריר שלד הוא רקמה שהעלות המטבולית של תחזוקתה גבוהה, ושמירה על יחס צמוד בין גודל השריר לפעילותו חוסכת אפוא אנרגיה. שריר השלד קשוב להפליא לשינויים בדרישות התפקודיות. כשם שהוא מתדלדל בשל אי-שימוש, כך הוא גדל בתגובה למאמצים חוזרים ונשנים (היפרטרופיה). המעמס המוגדל מפעיל כמה מסלולי איתות המובילים להיתווספות של רכיבים תאיים חדשים בתוך סיבי השריר, לשינויים בסוג הסיב, ובמצבים קיצוניים, גם להיתווספות של סיבי שריר חדשים.

המדענים המבקשים ללמוד איך להשפיע על גדילת השריר מצרפים אחד לאחד את הפרטים המולקולריים של תהליכי הבנייה והדלדול הטבעיים של השריר. שלא כמו תא טיפוסי, שהממברנה שלו סוגרת על ציטופלזמה נוזלית וגרעין יחיד, תא שריר הוא גליל מוארך מרובה גרעינים, והציטופלזמה שלו מורכבת מסיבים ארוכים זעירים הקרויים מיופיברילים (myofibrils). המיופיברילים בנויים מיחידות מתכווצות, מסודרות זו לצד זו, הקרויות סרקומרים (sarcomers). התקצרותם המתואמת של הסרקומרים מחוללת את התכווצויות השריר, אך הכוח שהם מפעילים, אם לא יתועל החוצה, עלול לפגוע בסיבי השריר. החלבון דיסטרופין, החסר בחולים בניוון שרירים מסוג דישן, מוליך את האנרגיה הזאת דרך הממברנה של תא השריר ומגן על הסיב.

ובכל זאת, סיבי שריר נפגעים בעת פעילות רגילה, גם עם השפעתו הממתנת של הדיסטרופין. למעשה, כך כנראה אימונים גופניים, בונים מסת שרירים וכוח. קרעים מיקרוסקופיים בסיב, הנוצרים בשל המאמץ, מפעילים אזעקה כימית המעוררת התחדשות של הרקמות. בשריר, ההתחדשות אינה מתבטאת בייצור של סיבי שריר חדשים אלא בתיקון הממברנה החיצונית של סיבים קיימים והתפחתם במיופיברילים חדשים. לשם ייצורו של החלבון החדש הזה מופעלים הגנים הרלוונטיים בתוך גרעיני תא השריר, וכשהדרישה למיופיברילים גדולה, דרושים גרעינים נוספים כדי להגביר את כושר הייצור של תאי השריר.

תאי לוויין מקומיים השוכנים מחוץ לסיבי השריר נענים לקריאה זו. תאי גזע אל[EK1] ה, הספציפיים לשריר, מתרבים תחילה באמצעות חלוקת תאים נורמלית, ואז חלק מצאצאיהם מתמזגים עם סיב השריר ותורמים את גרעיניהם לתא. בוויסות התהליך הזה מעורבים גם גורמים מעודדי גדילה וגם גורמים מעכבי גדילה. תאי לוויין מגיבים לגורם הגדילה הקרוי IGF-I, דמוי האינסולין, בהגדלת מספר החלוקות, ואילו גורם מווסת גדילה אחר, מיוסטטין, מעכב את שגשוגם.

בהכירנו את המנגנונים האלה, התחלנו לפני שבע שנים, קבוצתי באוניברסיטה של פנסילווניה בשיתוף פעולה עם נדיה רוזנטל ועמיתיה באוניברסיטת הרווארד, לחקור את האפשרות להשתמש ב-IGF-I כדי לשנות תפקוד של שרירים. ידענו שאם מזריקים חלבון IGF-I לבד, הוא מתפזר בתוך שעות ספורות. אך אם נחדיר גן לתא, הגן ימשיך לתפקד כל עוד התא חי, וסיבי שריר חיים זמן רב מאוד. מנה יחידה של הגן ל-IFG-I שתינתן לאדם זקן עשויה להחזיק מעמד למשך שארית חייו. נפנינו אפוא למצוא דרך להחדיר את גן ה-IGF-I היישר לרקמת השריר.

לובשים גנים חדשים

כאז כן עתה, מכשול מרכזי בדרך לריפוי גני מוצלח היה הקושי להכניס גן נבחר לרקמה הרצויה. כמו חוקרים רבים אחרים, בחרנו וירוס כאמצעי החדרה, הקרוי וקטור, כי הווירוסים מיומנים בהגנבת גנים לתוך תאים. הם שורדים ומתפשטים על ידי תחבולות שגורמות לתאי הפונדקאי להכניס אותם פנימה, כמו סוס טרויאני ביולוגי. וירוס שנכנס לגרעין של תא פונדקאי, משתמש במנגנוני התא כדי לתעתק את הגנים שלו ולייצר חלבונים. הריפוי הגני מנצל יכולת זו על ידי השתלת גן סינתטי בווירוס והרחקת כל גן שהווירוס עלול לעשות בו שימוש לגרימת מחלה או לתעתוק עצמו. בחרנו בווירוס קטנטן שנקרא AAV (adeno-associated virus) כווקטור שלנו, בין השאר מכיוון שהוא מדביק בקלות שרירי אדם, אך לא ידוע שהוא גורם למחלה כלשהי.

שינינו אותו באמצעות גן סינתטי שמייצר IGF-I רק בשרירי שלד, והתחלנו לנסות אותו בעכברים נורמליים. לאחר שהזרקנו את הווירוס המעובד (AAV-IGF-I) לעכברים צעירים, ראינו שהגודל הכולל של השרירים וקצב גדילתם גבוהים ב-15 עד 30 אחוז מהנורמלי, אף שהעכברים היו לא פעילים. יותר מזה, כשהזרקנו את הגן לעכברים בוגרים ונתנו להם להגיע לזקנה, שריריהם לא נחלשו.

כדי להוסיף ולבחון את הגישה ואת מידת הבטיחות שלה, פיתחה רוזנטל עכברים מהונדסים גנטית שייצור ה-IGF-I בשרירי השלד שלהם מוגבר. לשמחתנו, התפתחותם הייתה נורמלית חוץ מזה ששרירי השלד שלהם היו גדולים ב-20 עד 50 אחוז מאלה של עכברים רגילים. כשהזדקנו העכברים הטרנסגניים, שריריהם שמרו על יכולת התחדשות האופיינית לבעלי חיים צעירים יותר. וחשוב לא פחות, רמות ה-IGF-I שלהם היו גבוהות רק בשרירים, ולא בדם; רמות גבוהות של IGF-I בדם עלולות לגרום לבעיות לב ומעלות את הסיכון ללקות בסרטן. ניסויים נוספים הראו שייצור יתר של IGF-I מחיש את תיקון השרירים, אפילו בעכברים הלוקים בצורה קשה במיוחד של ניוון שרירים.

הגברת הייצור המקומי של IGF-I מאפשרת לנו להשיג את אחת מן המטרות המרכזיות של הריפוי הגני במלחמתו במחלות מנוונות שריר: לנתק את הקשר ההדוק בין השימוש בשריר ובין גודלו. חיקוי כזה של תוצאותיה של התעמלות שרירים קוסם, כמובן, לספורטאי הצמרת. קצב גדילת השרירים בבעלי חיים צעירים לא פעילים מרמז שבכוחו של הטיפול גם לשפר שיפור גנטי את יכולתו של שריר בריא. לאחרונה עבדה המעבדה שלי עם קבוצת חוקרים בפיזיולוגיה של ההתעמלות בראשות ד”ר פ’ פראר מן האוניברסיטה של טקסס באוסטין כדי לבדוק תיאוריה זו.

הזרקנו AAV-IGF-I לשריר ברגל אחת בלבד של כל אחת מחולדות המעבדה שלנו, ואז העברנו את החיות שמונה שבועות של פרוטוקול פיתוח שרירים באמצעות משקולות. עד תום תקופת האימון, התחזקו השרירים מוזרקי ה-AAV-IGF-I כמעט פי שניים לעומת שרירי הרגליים הלא מוזרקות באותן החיות. לאחר שהופסק האימון, איבדו השרירים המוזרקים מחוזקם הרבה יותר לאט מן השרירים הלא משופרים. אפילו בחולדות לא פעילות, AAV-IGF-I הביא לעלייה של 15 אחוזים בחוזק השריר, בדומה למה שראינו בניסויים הקודמים בעכברים.

בכוונתנו להמשיך לחקור ריפוי גני ב-IGF-I בכלבים, כי כלבים מגזע גולדן רטריוור נוטים לפתח צורה קשה במיוחד של ניוון שרירים. במקביל, נקיים את המחקר גם בכלבים בריאים כדי להוסיף ולבדוק את ההשפעה והבטיחות של השראת ייצור יתר של IGF-I. זהו גורם גדילה ואיתות רב עוצמה, שגם גידולים מגיבים אליו.

בהתחשב בסוגיית הבטיחות ובכך שטרם הוכרע האופן המיטבי להחדרת AAV לבני אדם, אם דרך זרם הדם ואם בהזרקה ישירה לשריר, נראה שיעברו עוד כעשר שנים לפחות עד שיאושר הטיפול ב-IGF-I בריפוי גני. בטווח הקצר, ניסויים בהחדרת גנים כדי להחליף את הגן לדיסטרופין בבני אדם כבר מצויים בשלבי תכנון, והאגודה לניוון שרירים תתחיל בקרוב ניסוי קליני בהזרקת IGF-I לטיפול בניוון שרירים מיוטוני, מצב של התכווצות שרירים מתמשכת שהורסת את השריר.

גישה מיידית עוד יותר לעידוד היפרטרופיה (גדילה) של שרירים עשויה לבוא מתרופות לחסימת מעכב הגדילה מיוסטטין. עדיין לא ברור איך בדיוק עיכוב מיוסטטין בונה שריר, אך החלבון מגביל כנראה את גדילת השריר במהלך ההתפתחות העוברית וחיי הבוגר. הוא פועל כבלם על הגדילה התקינה של השריר ואולי כמעודד אטרופיה כשיורדות דרישות התפקוד מן השריר. ניסויים בעכברים מהונדסים גנטית מלמדים שכאשר גורם נוגד גדילה זה נעדר, השרירים גדלים במידה ניכרת הן בשל היפרטרופיה של סיבי השריר הקיימים והן בשל היפרפלסיה, שהיא גידול במספר סיבי השריר.

לעשות שריר ויותר

חברות תרופות וחברות ביוטכנולוגיה עובדות על מגוון של מעכבי מיוסטטין. בהתחלה, עוררה האפשרות לייצר בעלי חיים בשרניים יותר עניין מסחרי. הטבע כבר סיפק דוגמאות להשפעה של חסימת מיוסטטין בזני הבקר “בלגי כחול” ו”פיידמונטי”, שלשניהם מוטציה גנטית תורשתית המייצרת גרסה מקוצצת וחסרת השפעה של מיוסטטין. חזותן של בהמות עתירות שרירים אלה מרשימה עוד יותר, שכן היעדר מיוסטטין פוגע גם בריבוד השומן, ומקנה להן מראה מפוסל נטול שומן.

התרופות הראשונות המבוססות על חסימת מיוסטטין הן נוגדנים למיוסטטין, ואחת מתרופות אלה עשויה להיכנס בקרוב לניסויים קליניים בחולי ניוון שרירים. גישה שונה מחקה את מוטציית הבקר על ידי יצירת גרסה קצרה יותר של מיוסטטין, החסרה את יכולת האיתות של מולקולת מיוסטטין תקינה אך שומרת על המבנים המאפשרים לה להיקשר אל תאי לוויין סמוכים. החלבון המוקטן, או הפפטיד, חוסם למעשה את אתרי העיגון ומונע ממולקולות מיוסטטין תקינות להיקשר אליהם. הזרקת הפפטיד לעכברים גורמת לגדילה של שרירי השלד, ועמיתי ואני ננסה לחולל אפקט דומה בכלבים על ידי החדרת גן סינתטי לייצור הפפטיד.

גם אנשים בריאים החפצים בפיתוח שרירים מהיר מגלים עניין בחסימת מיוסטטין. אף שתרופות מערכתיות (סיסטמיות) אינן מתבייתות על שריר ספציפי כמו החדרת גנים, יתרון התרופות הוא בקלות נטילתן, ובכך שאפשר להפסיק מיד את השימוש בהן אם מתעוררת בעיה. עם זאת, רשויות הספורט יוכלו לגלות תרופות כאלה בקלות יחסית בבדיקות דם.

אך מה אם ספורטאים ישתמשו בריפוי גני בגישה הדומה לאסטרטגיית AAV-IGF-I שלנו? תוצר הגן יימצא רק בשריר, לא בדם או בשתן, ויהיה זהה למקבילו הטבעי. רק ביופסיה של השריר תוכל לבדוק נוכחות של גן סינתטי מסוים או של וקטור. אך במקרה של AAV, אפשר שאנשים רבים נגועים באופן טבעי בווירוס תמים זה, כך שהבדיקה לא תוכיח חד-משמעית שימוש בסמים. ויותר מזה, מאחר שרוב הספורטאים יסרבו לעבור ביופסיה פולשנית לפני תחרות, יישאר סוג זה של שיפור גנטי סמוי לכל דבר.

ומה באשר לבטיחות של הגדלה מהירה של מסת השריר ב-20 עד 40 אחוזים? האם ספורטאי שיתרגל את שריריו המותפחים גנטית עלול להפעיל כוח חזק דיו לפצח את עצמותיו או או את גידיו ? נראה שלא, אנו מוטרדים יותר בדבר בניית שרירים בקשישים שעצמותיהם נחלשו בגלל אוסטאופורוזיס. באדם צעיר ובריא, גדילת שרירים על פני שבועות או חודשים תיתן לגורמי תמיכה בשלד זמן לגדול כדי לעמוד בדרישות החדשות.

שאלת בטיחות זו היא רק אחת מן השאלות הרבות שעלינו להמשיך ולחקור בבעלי חיים לפני שנוכל אפילו לשקול את השימוש בטיפולים כאלה על אנשים בריאים ככה סתם לצורך שיפור היכולת שלהם. עם זאת, כשהריפוי הגני עומד להפוך לטיפול רפואי שגרתי, ברור שהשימוש בסימום גני לא יפגר אחריו בהרבה, והגדלת שרירים היא רק אחד השימושים האלה. בענפי ספורט כגון ריצה למרחקים קצרים, יהיה ביקוש למניפולציה של גנים כך שיהפכו סיבי שריר רגילים לסיבים מן סוג המהיר. לרצי מרתון, החשוב מכול הוא להגביר את הסבולת.

רקמת שריר תהיה, קרוב לוודאי, הראשונה שבה יתבצעו שיפורים גנטיים, אך ייתכן שבעקבותיה יבואו אחרות. לדוגמה, הסבולת מושפעת מכמות החמצן המגיעה אל השרירים. אריתרופויטין הוא חלבון שממריץ את התפתחות תאי הדם האדומים, הנושאים חמצן. צורתו הסינתטית של החלבון הזה, תרופה הקרויה Epoietin, או בקיצור EPO, פותחה לטיפול באנמיה אך נוצלה לרעה בהיקף נרחב על ידי ספורטאים. המקרה הידוע ביותר היה זה של רוכבי אופניים ב”טור דה פרנס” של שנת 1998. קבוצה שלמה הושעתה מן המירוץ כשהתגלה שהשתמשו ב-EPO, אך למרות זאת השימוש ב-EPO בספורט נמשך.

החדרת גנים לשם הגברת הייצור של אריתרופויטין כבר נוסתה בבעלי חיים, והתוצאות מדגימות היטב את הסכנות הגלומות בניסיון להחיל טיפולים כאלה בבני אדם בטרם עת. ב-1997 וב-1998 ניסו מדענים גנים סינתטיים לאריתרופויטין על קופים ובבונים. בשני הניסויים, ספירת תאי הדם האדומים של בעלי החיים כמעט הוכפלה בתוך 10 שבועות, ודמם נעשה כה סמיך שהיה צריך לדלל אותו באופן קבוע כדי למנוע כשל של הלב.

הטכנולוגיה הנחוצה לשם שימוש לא אתי בהחדרת גנים בוודאי אינה בהישג ידו של הספורטאי הממוצע. אך בקהיליית הספורט חוששים, כי כשם שכיום מיוצרים ונמכרים “סטרואידים לפי הזמנה”, כך לא ירחק היום וגם שיפורים גנטיים יוצעו למכירה בשוק החופשי. על השימוש בחומרים אלה יהיה קשה לפקח הרבה יותר מלפקח על סמים, כי קשה לגלות את נוכחותם בגוף.

יש גם סיכוי לא רע שבעשורים הקרובים יוכחו כמה מן הטיפולים הגניים האלה כבטוחים לשימוש ויוצעו לקהל הרחב. אם יבוא יום וייעשה שימוש נרחב בשיטות לשיפור גנטי כדי לשפר את איכות החיים, מן הסתם תהיה העמדה האתית של החברה לגבי מניפולציה של גניםשונה מאוד משהיא היום. רשויות הספורט כבר מכירות בכך שתרפיות לשיקום שרירים עשויות לעזור בהחלמה מפציעות ספורט.

האם נמצא את עצמנו יום אחד מהנדסים ספורטאי-על, או משפרים את בריאות האוכלוסייה כולה באמצעות החדרת גנים? אפילו בחיתוליה, יש בטכנולוגיה זו פוטנציאל אדיר לשנות גם את פני הספורט וגם את פני החברה שלנו. הסוגיות האתיות הכרוכות בשיפור גנטי הן רבות מורכבות. אך הפעם לפחות יש לנו זמן לדון בהן ולהתווכח עליהן קודם שיש בידינו היכולת להשתמש בכוח זה.
[EK1]ההערה אולי נכונה, אבל אנחנו רוצים להיות קודם כל מובנים, המונח תאי גזע חדר גם לעולם האקדמי. ולראייה, בגיליון הזה יש מאמר שלם על הנושא, והמתרגמת, ביולוגית בהכשרתה, והעורכת המדעית, גם היא ביולוגיות בחרו במונח זה. כך גם עשה פרופ’ מישל רוול בהרצאתו בחמד”ע – איתן

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

סקירה כללית \ בניית שרירים מולקולרית

בקרת הגדילה והתיקון של השרירים נעשית על ידי אותות כימיים, ואלה, מצדם, נשלטים על ידי גנים. המרצה או חסימה של אותות אלה באמצעות גן סינתטי מאפשרת לחדש שרירים שאבדו בגלל זקנה או מחלה.

ספורטאים יכולים להשתמש באותה הטכניקה להגדיל את שריריהם ולחזקם, ועקבות הטיפול לא יתגלו.

כשיהפוך ריפוי גני לטיפול רפואי שגרתי, יהיה קשה מאוד למנוע שימוש בו לרעה. אולם, גם העמדות לגבי שיפור גנטי של הגוף עשויות להשתנות.

תחנת הכוח של הגוף

שרירי השלד מהווים יותר משליש ממסת הגוף של אדם ממוצע בריא בן שלושים. תאי השרירים האלה שונים משאר תאי הגוף. תאי השריר הם למעשה סיבים גליליים ארוכים, עד 30 ס”מ אורכם, המכילים גרעינים רבים. צרורות של סיבים קטנים יותר בתוך כל תא שריר מתכווצים ובכך מספקים את התמיכה היציבה הדרושה לנו לישיבה זקופה באולם הקולנוע או לפרץ הכוח הנחוץ לזינוק מן הקו ולריצה של קילומטר ב-2.5 דקות.

כדי לענות על הדרישות הקבועות והמשתנות למיניהן, יש בשרירים סיבים מסוגים שונים המותאמים למאמצים מתמשכים או לפרצי כוח מהירים, וכן מבנים תאיים המונעים מכוח ההתכווצויות של הסיבים לפגוע בסיבים עצמם.

צרורות של סיבי שריר, מאוגדים בעצמם לצרורות, מוקפים רקמות חיבור ושומן (משמאל). יש שני סוגים עיקריים של סיבי שריר. הסיבים הכהים, ה”איטיים”, שורפים אנרגיה לאט יותר; אלה מתעייפים פחות אך גם מגיבים פחות כאשר דרוש פרץ של כוח. הסיבים הבהירים, ה”מהירים”, זריזים וחזקים יותר, אך תת-סוגים מסוימים שלהם מתעייפים בקלות. הסיבים יכולים להסתגל לצורכי כוח וסבולת משתנים על ידי החלפת סוגם.

מיופיברילים ממלאים כל תא שריר. כל מיופיבריל עשוי מיחידות הקרויות סרקומרים (למטה), המסודרות זו לצד זו. סרקומר הוא סריג של החלבונים אקטין ומיוזין (למעלה). סיבי חלבון אלה מחליקים זה על פני זה כדי לכווץ את הסרקומר. כתוצאה מההתכווצויות המתואמות של הסרקומרים מתכווץ סיב השריר כולו.

הכוח שמפעילים הסרקומרים המתכווצים מתועל החוצה מהסיבים על ידי חלבונים החוצים את ממברנת התא ומתחברים אל רקמת החומר החוץ-תאי. מבין אלה, דיסטרופין משמש גם כבלם זעזועים ומגן על התא מנזק.

על המחבר

ה’ לי סוויני (Sweeney) הוא פרופסור וראש המחלקה לפיזיולוגיה בבית הספר לרפואה באוניברסיטה של פנסילווניה. הוא חבר במועצת היועצים המדעיים של המכון הלאומי לארתריטיס ומחלות שרירים ושלד, מנהל מדעי של פרויקט ההורים למלחמה בניוון שרירים וחבר במועצה המייעצת לחקר תרגום חלבונים של האגודה לניוון שרירים. עבודתו מקיפה הן מחקר בסיסי של מבנים המאפשרים לתאים לנוע ולהפיק כוח, בפרט משפחת המנועים המולקולריים של החלבון מיוזין, והן תרגום של תובנות על המבנה וההתנהגות של תאי השריר לטיפול באמצעות ריפוי גני במחלות שונות, כולל ניוון שרירים מסוג דישן. הוא השתתף בסימפוזיון של שנת 2002 על עתיד הריפוי הגני שארגנה הסוכנות העולמית נגד השימוש בסמים.

יתרון טבעי

ביוני 2004 התפרסם בכתב העת לרפואה של ניו אינגלנד התיאור המתועד הראשון של אדם הנושא מוטציה גנטית שמונעת ייצור מיוסטטין. מקרים כאלה נדונו בחוגי מדע, אך מעולם לא פורסמו כי האנשים ובני משפחותיהם לא רצו להסתכן בחשיפה. השמועה אומרת, שאלוף אירופי בהרמת משקולות הוא בן לאחת המשפחות האלה, מה שלא יהיה מפתיע אם יתברר כנכון, בהתחשב ביתרון העצום שמעניקה מוטציה טבעית חוסמת מיוסטטין בכל הקשור לפיתוח שרירים ולחיזוקם.

אך האם יהיה בכך משום יתרון לא הוגן לספורטאי, והאם הדבר יצדיק שימוש של מתחרים אחרים בתרופות מעכבות מיוסטטין או בריפוי גני פשוט כדי להציב את כולם על אותו קו הזינוק? שאלות אלה יועלו בלי ספק בוויכוח המתמשך על האפשרות שספורטאים ישתמשו בתרפיות גניות חדשות כדי לשפר את ביצועיהם.

“מוטנטים” טבעיים בקרב ספורטאים תועדו בעבר, ובהם זוכה במדליית זהב אולימפית. אצן הסקי הפיני, ארו מונטירנטה, זכה בשתי מדליות זהב באולימפיאדת החורף של 1964. רק כמה עשרות שנים לאחר מכן איתרו מדענים פיניים מוטציה גנטית במשפחתו של מונטירנטה כולה, מוטציה הגורמת תגובת יתר לאריתרופויטין, שכתוצאה ממנה עולה מאוד מספר תאי הדם האדומים, הנושאים חמצן. התברר, שרבים מבני משפחתו של מונטירנטה היו גם הם אלופים בתחומי ספורט המצריכים סבולת גבוהה.

מלבד מוטציות בעלות אפקט דרמתי, החלו חוקרים לגלות גם גרסאות שונות של גנים טבעיים המקנות יתרון בסוגי ספורט שונים, אם כי באופן בולט פחות. לדוגמה, בשנה שעברה בדקו חוקרים אוסטרליים גן הקרוי ACTN3 בקבוצה של אצני צמרת משני המינים. כמעט 20% מבני האדם חסרים גרסה מתפקדת של גן זה, המייצר חלבון ספציפי לסיבי שריר מהירים. בדרך כלל, מפצה על חסרונו חלבון אחר, יעיל פחות. המדענים מצאו בקרב האצנים והאצניות שכיחות גבוהה באופן חריג של הגן הפעיל ACTN3. בפרט, בקרב האצניות נמצאו שני עותקים של הגן בשכיחות גבוהה מן הצפוי אילו נבחרה הקבוצה באקראי.

קבוצות מחקר רבות מנסות לזהות גרסאות של גנים אחרים המקנות יתרון לספורטאים על ידי הגברה של קליטת החמצן, יעילות הלב, תפוקת הכוח, הסבולת ותכונות אחרות. עד כה, נמצא קשר בין יותר מ-90 גנים או אתרים כרומוזומליים ובין ביצועים ספורטיוויים, ומחקר זה כבר מעורר את מחלוקותיו האתיות. מבקרים חוששים שילדים יגויסו לתחומי ספורט מסוימים בהתבסס על ההרכב הגנטי שלהם, או, אם לא נולדו עם תמהיל הגנים הנכון, לא תינתן להם אף הזדמנות להגיע לאימוני ספורט ברמה הגבוהה ביותר. היו מי שחזו אפילו הכלאה בררנית כדי להוליד ספורטאי-על.

תוצאה ודאית יותר של סריקת הגנומים של ספורטאים תהיה התגלית שקצתם, כמו זה של מונטירנטה, מכילים מוטציות גנטיות ממש השקולות לשיפור גנטי. תגליות כאלה יוסיפו מורכבות רבה עוד יותר לוויכוחים אתיים על עתיד הסמים הגניים בספורט.

ועוד בנושא

Viral Mediated Expression of Insulin-like Growth Factor I Blocks the Aging-Related Loss of Skeletal Muscle Function. Elisabeth R. Barton-Davis et al. in Proceedings of the National Academy of Sciences USA, Vol. 95, No. 26, pages 15,603–15,607; December 22, 1998.

Muscle, Genes and Athletic Performance. Jasper L. Anderson, Peter Schjerling and Bengt Saltin in Scientific American, Vol. 283, No. 3, pages 48–55; September 2000.

Toward Molecular Talent Scouting. Gary Taubes in Scientific American Presents: Building the Elite Athlete, Vol. 11, No. 3, pages 26–31; Fall 2000.

Viral Expression of Insulin-like Growth Factor-I Enhances Muscle Hypertrophy in Resistance-Trained Rats. Sukho Lee et al. in Journal of Applied Physiology, Vol. 96, No. 3, pages 1097–1104; March 2004.

Epoetin בויקיפדיה

המאמר הופיע במקור בסיינטיפיק אמריקן במאי 2004