遺伝子ドーピング

遺伝子ドーピングとは、遺伝子組み換え技術の応用が禁止されているスポーツ競技でのパフォーマンスを向上させるために、アスリートが遺伝子治療を非治療的に行うことを想定したものである^{[1] [2]}。また、病気の治療以外の理由でも行われる。2015年4月現在^[update]、スポーツ競技でアスリートのパフォーマンス向上のために遺伝子ドーピングが使用されたという証拠はない。^{[1]遺伝子ドーピングでは、}遺伝子導入を利用して特定のヒトタンパク質の遺伝子発現とタンパク質生合成を増加または減少させる。これは、遺伝子キャリアを人体に直接注入するか、人体から細胞を採取してその細胞に遺伝子を導入し、その細胞を人体に戻すことで行うことができる。^[1]

アスリートによる遺伝子ドーピングへの関心と、遺伝子ドーピングのリスクとその検出方法に関する懸念の歴史的発展は、遺伝子治療分野の発展と並行して進んできました。特に、インスリン様成長因子 1 を過剰発現するトランスジェニック マウスは老齢でも通常のマウスよりもはるかに強いという研究が 1998 年に発表され、遺伝子治療によってエリスロポエチン(EPO)を投与する方法の前臨床研究が 2002 年に発表され、PPARガンマを発現する遺伝子をマウスに投与することで、通常のマウスよりもはるかに優れた持久力を持つ「マラソン マウス」が作成されたという研究が 2004 年に発表されました。これらの論文を作成した科学者は、すべて、この技術へのアクセスを求めるアスリートやコーチから直接連絡を受けました。一般の人々がこうした活動に気付いたのは、2006 年に、このような取り組みがドイツのコーチの裁判で提出された証拠の一部であったときです。

2001年には、科学者自身や世界アンチ・ドーピング機構（WADA）、国際オリンピック委員会、アメリカ科学振興協会などの団体が遺伝子ドーピングのリスクについて議論を始め、2003年までにWADAは遺伝子ドーピングを禁止ドーピング行為のリストに加え、その後まもなく遺伝子ドーピングを検出する方法の研究に資金提供を開始した。

遺伝子強化には、健康なアスリートが身体的にパフォーマンスを向上させる目的で遺伝子を操作したり遺伝子を移入したりすることが含まれます。遺伝子強化には遺伝子ドーピングが含まれ、アスリートによる乱用の可能性があり、政治的および倫理的な論争の扉を開きます。^[3]

遺伝子ドーピングの可能性に関する懸念の歴史は、遺伝子治療、つまり病気の治療に遺伝子を医学的に利用するという歴史に続くもので、1990年代に初めて臨床試験が行われた。^{[4]スポーツ界の関心は、大学の研究室で}インスリン様成長因子1 を発現する遺伝子を持つウイルスをマウスに投与して作られた「マイティマウス」によって特に高まった。マウスはより強くなり、運動をしなくても年をとっても強いままだった。^{[4]研究室は}筋肉が消耗する病気の治療法を模索していたが、研究成果が公表されると、研究室には治療を求めるアスリートたちからの電話が殺到し、あるコーチはチーム全員を治療すると申し出た。^{[5]この科学者は2007年に}ニューヨークタイムズ紙に次のように語っている。「正直言って、かなり驚きました。『研究の進展に役立つ』などと言って私を誘惑しようとする人もいました。金銭を払うと申し出る人もいました。」彼はまた、同様の研究が発表されるたびに電話がかかってくるとタイムズ紙に語り、たとえ治療が人間に使えるようになったとしても、それには何年もかかるだろうが、死を含む重大なリスクがあることを説明していると語った。また、これを説明した後でも、選手たちはまだそれを望んでいると語った。^[5]

1999年、遺伝子治療の臨床試験中にジェシー・ゲルシンガーが薬剤に対する重篤な炎症反応で死亡し、遺伝子治療の分野は後退した。^{[4] [6]これにより、米国と欧州の規制当局は、}組み換えDNAのリスクに対処するためにバイオテクノロジー時代の初めに導入された当初の制限を超えて、臨床試験の安全性要件を強化することになった。^[7]

2001年6月、遺伝子治療の先駆者の一人であるセオドア・フリードマンと、オリンピックのスピードスケートの金メダリストであるヨハン・オラフ・コスが、遺伝子ドーピングに関する最初の公的な警告となる論文を発表しました。 ^{[7] [8]}また、2001年6月、国際オリンピック委員会の医療委員会が招集した遺伝子治療ワーキンググループは、「遺伝子治療薬の乱用の可能性があることは認識しており、このような技術を悪用する可能性のあるアスリートを特定するための手順と最先端の検査方法を確立し始める」と述べました。^[7]

2002年に、貧血の潜在的な治療薬としてエリスロポエチン（EPO）をコードする遺伝子を送達する Repoxygenと呼ばれる前臨床遺伝子治療に関する研究が発表されました。^[4] 同社の科学者もアスリートやコーチからの電話を受けました。^[4] 同年、世界アンチ・ドーピング機関は遺伝子ドーピングのリスクについて議論する最初の会議を開催し、^{[7] [9]}米国大統領生命倫理委員会はいくつかのセッションで人間の能力強化の文脈で遺伝子ドーピングについて議論しました。 ^{[10] [11] [12]}

2003年、遺伝子治療の分野は一歩前進し、一歩後退した。最初の遺伝子治療薬であるゲンディシンが承認され、これは中国で特定の癌の治療薬として承認されたが^{[13]、フランスでは}重症複合免疫不全症（非ヒト）の遺伝子治療で一見効果的に治療された子供たちが白血病を発症し始めた。^[6] 2003年には、化学者、トレーナー、アスリートが共謀して新しい検出不可能なドーピング物質を使ってドーピング管理を逃れたBALCOスキャンダルが公になった。 ^[7] 2003年、世界ドーピング機関は積極的に遺伝子ドーピングを禁止ドーピング行為のリストに追加した。^{[4]また2003年には、}アメリカ科学振興協会が主催したシンポジウムでこの問題が取り上げられた。^[14]

2004年に発表された研究によると、 PPARガンマと呼ばれるタンパク質をコードする遺伝子治療を受けたマウスは、治療を受けていないマウスの約2倍の持久力があり、「マラソンマウス」と呼ばれていました。これらの科学者はアスリートやコーチから電話を受けました。^[4] また、2004年に世界アンチ・ドーピング機関は遺伝子ドーピングを検出するための研究に資金提供を開始し、リスクについて助言し、資金を指導するための常設の専門家パネルを設置しました。^{[4] [9]}

2006年、アスリートの遺伝子ドーピングへの関心は、アスリートに無断でパフォーマンス向上薬を与えたとして告発され有罪判決を受けたドイツ人コーチの裁判中に言及されたため、メディアで広く取り上げられた。コーチがレポキシジェンを入手しようとした電子メールが、検察官によって公開法廷で読み上げられた。[ ^{4] [5]}これは、アスリートが遺伝子ドーピングに興味を持っていることが初めて公表された事件であった。^[4]

2011年に2番目の遺伝子治療薬が承認されました。VEGFをコードする遺伝子を送達するNeovasculgenは、末梢動脈疾患の治療薬としてロシアで承認されました。^{[15] [16]}

2012年、希少遺伝性疾患の治療薬であるグリベラが、欧州と米国で臨床使用が承認された最初の治療薬となった。^{[17] [18]}

遺伝子治療の分野が発展するにつれて、遺伝子ドーピングが現実のものとなるリスクも増加しました。^[6]

遺伝子ドーピングの対象となる遺伝子は数多くある。^{[1] [19] [7]}これらには、エリスロポエチン、インスリン様成長因子1、ヒト成長ホルモン、ミオスタチン、血管内皮増殖因子、線維芽細胞増殖因子、エンドルフィン、エンケファリン、α-アクチニン-3などが含まれる。^{[1] [19]}

遺伝子ドーピングのリスクは遺伝子治療のリスクと似ている。つまり、天然タンパク質に対する免疫反応が遺伝性疾患、大規模な炎症反応、癌、そして死につながるのだが、いずれの場合も、これらのリスクは深刻な疾患の治療ではなく、短期的な利益のために行われることになる。^{[6] [7]}

アルファアクチニン3はヒトの骨格筋にのみ存在し、いくつかの遺伝子研究において、世界クラスのアスリートと一般人では異なる多型性を持つことが特定されている。遺伝子により多くのタンパク質を生成させる1つの形態は短距離走者に見られ、パワーの増加と関連している。遺伝子にタンパク質をより少なく生成させるもう1つの形態は持久力アスリートに見られる。^{[19] [20]遺伝子ドーピング剤は、多型性、または持久力アスリート向けに、}小さな干渉RNA のように発現を妨害するDNA構造のいずれかを使用して設計することができる。^[19]

ミオスタチンは、筋肉の分化と成長を阻害するタンパク質です。ミオスタチン遺伝子を除去するか、その発現を制限すると、筋肉のサイズと力が増大します。^[6]これは、遺伝子を欠くノックアウトマウス で実証されており、 「シュワルツェネッガーマウス」と呼ばれています。^[21]欠陥遺伝子を持って生まれた人間も「ノックアウトモデル」として役立ちます。ミオスタチン遺伝子の両方のコピーに変異があるドイツの少年は、よく発達した筋肉を持って生まれました。^[22] 筋肉の発達は出生後も続き、少年は4歳で3kgの重量を持ち上げることができた。^[6] 2009年に発表された研究では、科学者は遺伝子治療を介して非ヒト霊長類の大腿四頭筋にフォリスタチンを投与し 、マウスと同様の局所的な筋肉の成長をもたらしました。^[6]

エリスロポエチンは、赤血球の産生を制御するホルモンとして働く糖タンパク質です。アスリートは長年、パフォーマンス向上物質として EPO タンパク質を注射してきました (血液ドーピング)。追加の EPO によって循環内の赤血球の産生が増加すると、筋肉に供給される酸素の量が増加し、アスリートの持久力が向上します。^{[6] [23]最近の研究では、別の EPO 遺伝子を動物に導入して、}内因的にEPO の産生を増やすことができる可能性があることが示唆されています。^{[22] EPO 遺伝子はマウスと}サル にうまく挿入されており、これらの動物のヘマトクリットが80 パーセントも増加することがわかりました。^[22] しかし、内因性およびトランスジーン由来の EPO は、一部の動物で重度の貧血という形で自己免疫反応を引き起こしました。^[22]

インスリン様成長因子1は成長ホルモンの媒介に関与するタンパク質です。マウスにIGF-1を投与すると、筋肉の成長が促進され、筋肉と神経の再生が早まりました。 [ ^{19] [6]}アスリートがこれを使用した場合、IGF-1の持続的な生成により心臓病や癌を引き起こす可能性があります。^[19]

心理に影響を与えるタンパク質のレベルを調節することも、遺伝子ドーピングの潜在的な目標です。たとえば、痛みの知覚はエンドルフィンとエンケファリンに依存し、ストレスへの反応はBDNFに依存し、モノアミンの合成増加はアスリートの気分を改善できます。^[19] プレプロエンケファリンは、神経を標的とする複製欠損型単純ヘルペスウイルスを使用した遺伝子治療によってマウスに投与され、制御不能な痛みのある末期癌患者を対象とした第I相臨床試験を正当化するのに十分な結果が得られました。^[6]この方法をアスリートに適用すると、痛みの消失が永続的になる可能性が高いため、問題があります。^[6]

VEGFは臨床試験で血流増加の効果がテストされており、遺伝子ドーピング剤としての可能性もあると考えられてきましたが、臨床試験の被験者を長期にわたって追跡調査したところ、結果は芳しくありませんでした。^[6]線維芽細胞増殖因子 についても同様です。^[6]グルカゴン様ペプチド-1は肝臓内のブドウ糖量を増加させ、糖尿病のマウスモデルの肝臓に遺伝子治療で投与され、糖新生を増加させることが示されました。アスリートの場合、これにより利用可能なエネルギーが増加し、乳酸の蓄積が軽減されます。^[6]

世界アンチ・ドーピング機構（WADA）は、遺伝子ドーピング検出の問題を調査する主な規制機関である。 ^[9] この機関では、直接的および間接的な検査方法の両方が研究されている。遺伝子治療の使用を直接検出するには、通常、組み換えタンパク質または遺伝子挿入ベクターの発見が必要であるが、間接的な方法のほとんどは、アスリートを検査して、内因性タンパク質と組み換えタンパク質の身体的変化または構造的違いを検出しようとするものである。^{[6] [24] [25]}

間接的な方法は、どの異常が遺伝子ドーピングの証拠で、どの異常が単に自然な生物学的特性なのかを判断するのが非常に難しいため、本質的により主観的になります。^[6] たとえば、オリンピックのクロスカントリースキー選手であるエーロ・マンティランタは、突然変異により、体が異常に多くの赤血球を生成するようになりました。マンティランタの赤血球レベルが生来の遺伝的優位性によるものなのか、人工的なものなのかを判断するのは非常に困難です。^[26]

遺伝子ドーピング検出のアイデアは、WADA が遺伝子ドーピングを禁止リストに載せ、挿入されたトランス遺伝子を検出できる新しい方法の調査を開始した 2004 年に始まりました。

遺伝子ドーピング検出技術の第一世代では、トランスジーンの配列をターゲットとするPCR検査が使用されました。少量のトランスジーンが血流に漏れ出すため、血液サンプルから採取できます。トランスジーンはRNAから逆転写酵素で得られるcDNAを使用する可能性が高いため、イントロンがないため内因性DNAと簡単に区別できます。cDNAはRNAスプライシングによってイントロンが除去され、コード配列とプロモーターなどの重要な配列のみを含むエクソン-エクソン接合部のみが残ります。ウイルスの勝者の能力は限られているため、PCRはこれらのエクソン-エクソン接合部をgDNAには存在しない独自の配列としてターゲットにすることができます^{[27] 。}

PCR は、 DNA 分析を含む分子生物学の分野で多くの用途があります。PCR の主な目的は、DNA 配列を指数関数的に増幅して 2 倍にすることです。

遺伝子ドーピング検出では、配列が増幅し始めて指数関数グラフを生成した場合、検査は陽性となり、その人から採取したサンプルに遺伝子が存在することを示します。しかし、配列が増幅せず直線グラフが生成された場合、検査は陰性となり、標的のDNA配列はその人のサンプルには存在しなかったとみなされます。^[28]

第一世代の検出方法には限界があったため、これまでの失敗を克服し、PCR 法では検出できなかった DNA 配列の操作を高精度で検出できる新しい方法を開発することが重要でした。

解決策は、ゲノム全体のヌクレオチド配列を決定したり、トランスジェニック内のエクソン-エクソン接合部をターゲットにして参照遺伝子配列と比較したりできる次世代シーケンシング（NGS）法を使用することでした。この方法は高速で正確であり、時間の経過とともに安価になり、ゲノム全体のシーケンシングなど、以前は不可能だった科学の新しい分野を開拓しました。^[29]

DNA配列決定は1970年代に2次元クロマトグラフィーで確立され、約30億ドルの費用がかかり、全ゲノム配列決定を完了するのに15年を要したヒトゲノムプロジェクトの完了とともに2001年まで改良が続けられました。しかし、今日の配列決定技術では、全ゲノム配列決定（WGS）は1日しかかからず、費用は約1,000ドルです。さらに、WGSの費用がわずか100ドルになる新しい配列決定技術が開発中です。^[30]

DNAシークエンシングには多くのNGS技術が使用されていますが、最もよく使用されているのはイルミナによる方法です^[31]

2016年のレビューでは、文献では運動能力の何らかの側面に関連する約120のDNA多型が特定されており、そのうち77は持久力に関連し、43はパワーに関連していることが判明しました。11は3つ以上の研究で再現され、6つはゲノムワイド関連研究で特定されましたが、29は少なくとも1つの研究で再現されていませんでした。^[20]

複製された11のマーカーは以下の通りである: ^[20]

持久力

• ACE Alu I/D (rs4646994) (ACE I と呼ばれる)
• ACTN3 577X
• PPARA rs4253778 G、
• PPARGC1Aグリシン482;

パワー/強さマーカー

• ACE Alu I/D (rs4646994) (ACE D と呼ばれる)
• ACTN3 Arg577
• AMPD1 グルン12
• HIF1A 582Ser
• MTHFR rs1801131 C
• NOS3 rs2070744 T
• PPARG 12アラ

6つのGWASマーカーは以下の通りであった: ^[20]

• CREM rs1531550 A、
• DMD rs939787 T
• GALNT13 rs10196189 G
• NFIA -AS1 rs1572312 C、
• RBFOX1 rs7191721 G
• TSHR rs7144481 C

世界アンチ・ドーピング機構（WADA）は、運動能力の向上を目的とした非治療的遺伝子操作は、その規約で禁止されていると決定した。この技術がスポーツで禁止されるべきかどうかを決定するガイドラインがあり、3つの条件のうち2つが満たされる場合、その技術はスポーツで禁止される（健康に有害、パフォーマンス向上、および/または「スポーツ精神」に反する）。^[32]

ケイザーらは、遺伝子ドーピングがすべてのアスリートに平等に提供されるなら、競技の公平性は保たれると主張している。批評家は、非治療/強化目的の治療介入は医学とスポーツの倫理的基盤を損なうと主張している。^[33]

遺伝子治療に伴う高いリスクは、病気の人の命を救う可能性によって上回られる可能性がある。重症複合免疫不全症の子供の遺伝子治療の臨床試験に携わったアラン・フィッシャーによると、 「遺伝子治療を使用する合理的な根拠があるのは、死に瀕している人だけだ。遺伝子治療をドーピングに使うことは倫理的に受け入れられず、科学的にも愚かだ」という。^[34] ステロイドテトラヒドロゲストリノン（THG）を含む過去の事例で見られるように、アスリートは危険な遺伝子技術をトレーニング計画に取り入れることを選択する可能性がある。^[3]

遺伝子ドーピングは、非治療目的や強化目的での治療介入の適用と同様に、危険で非倫理的であり、医学の倫理的基盤とスポーツ精神を損なうというのが主流の見解です。^{[4] [35] [36] [7] [37]}より広い観点から人間の強化 を支持する人々や、 ^{[38] 「自然」と「人工」の}誤った二分法や、スポーツパフォーマンスの向上におけるテクノロジーの役割の否定をみる人々は、遺伝子ドーピングに反対も支持もしません。^[39]

• スポーツにおけるドーピング
• 人間の遺伝子強化
• 幹細胞ドーピング

帰属には、2020年10月26日17:03時点の ヒト遺伝子強化からのテキストが含まれています