Möglichkeiten und Grenzen des Gendoping

Aufsicht auf die Netzhaut einer Ratte: Nervenzelle mit eingeschleustem grünfluoreszierendem Gen einer Tiefseequalle (Aquorea Victoria). UKT, Dr. Perikles Simon

Spezialisten befürchten seit einiger Zeit die Anwendung genetischer Manipulationen im Spitzensport. Beim so genannten Gendoping wird DNA von leistungsrelevanten Genen in die Körperzellen der Sportler eingeschleust. Diese transgene DNA sorgt dann vor Ort für eine erhöhte Produktion körpereigener leistungssteigernder Stoffe.

Möglich wird dies beispielsweise durch die Verwendung geeigneter Viren als Genfähren, die transgene DNA entweder ins menschliche Genom integrieren oder im Zellplasma einlagern können.

Das resultierende Genprodukt ist mit der natürlichen Substanz identisch und lässt sich daher nicht nachweisen. Dr. Dr. Perikles Simon von der Abteilung Sportmedizin der Medizinischen Universitätsklinik Tübingen hat jetzt ein Verfahren entwickelt mit dem sich geringste Spuren transgener DNA auch im Blut nachweisen lassen.

Bei Anwendung der bisher gängigen Gentransferverfahren am Menschen ist davon auszugehen, dass transgene DNA oder Bruchteile derselben in irgendeiner Form im Blut anfallen. Die Menge der im Blut befindlichen tDNA-Moleküle ist dabei prinzipiell davon abhängig wie lange ein Gentransfer zurückliegt und auf welche Weise dieser erfolgte. Ein klassisches Beispiel für ein Gendoping wäre die Vermittlung einer tDNA in Form der genetischen Basenabfolge, welche für das leistungssteigernde (da blutbildende) Protein Erythropoetin kodiert.

Ein direktes Gendoping-Testverfahren sollte in der Lage sein, in einer gängigen Blutprobe von rund zehn ml einige wenige Moleküle transgener DNA spezifisch nachzuweisen.

Hieraus erwachsen erhebliche technische Schwierigkeiten. Zunächst einmal ist das Massenverhältnis zwischen der gesamten in der Blutprobe vorhandenen DNA und der transgenen DNA in etwa mit dem Faktor 1014 anzusetzen. Erschwerend kommt hinzu, dass die transgene DNA in einer durchschnittlichen Blutprobe mit rund zwei bis zehn Millionen Molekülen der im Gesamtpool vorhandenen DNA fast identisch ist. Bei diesen fast identischen Molekülen handelt es sich im Konkreten um die Sequenz des in natürlicher Weise in allen Zellen vorhandenen Gens, welches homolog zur vermittelten tDNA ist. Um auf das Beispiel zurück zu kommen, ist eben die tDNA Erythropoetin homolog zur Sequenz des natürlich vorkommenden Erythropoetin-Gens.

Transgene DNA, die dem Menschen erfolgreich vermittelt werden kann, enthält allerdings bestimmte Sequenzabschnitte, die in fast jedem menschlichen Gen vorhanden sind - so genannte Introns - nicht. Mit Hilfe dieses Unterschieds und durch Einsatz und Modifikation der in der Präimplantationsdiagnostik (Reproduktionsmedizin) bereits eingesetzten single cell PCR (Polymerase chain reaction) wurde ein Verfahren entwickelt, dass die wichtigsten dopingrelevanten tDNAs, die bereits in der klinischen und experimentellen Gentherapie verwandt werden, hochsensitiv nachweisen kann.
Wie in der klassischen single cell PCR werden bei dem Verfahren zwei PCR-Durchläufe hintereinander durchgeführt, wobei eine Verdünnung des Ergebnisses des ersten Laufs in einem zweiten Lauf eingesetzt wird. Hierdurch wird auch der Hintergrund an vorhandener Gesamt-DNA herabgesetzt. So genannte Primer sorgen dabei für eine spezifische Erkennung der tDNA und im Rahmen der PCR für eine exponentielle Vervielfältigung der tDNA. Die Primer im ersten und zweiten Durchlauf sind dabei unterschiedlich gewählt, um eine möglichst hohe Spezifität zu erreichen. In Laborversuchen ist es auf diese Weise gelungen, in der Gesamt-DNA aus zwei ml Blut vier Moleküle zuvor zugegebener tDNA des Erythropoetin Gens spezifisch nachzuweisen. Hierfür wurde die tDNA ver-1013-facht, um sie in einfacher Weise in einer Standard-Gel-Elektrophorese sichtbar machen zu können.

Zurzeit befindet sich das Verfahren noch in der Weiterentwicklung. Auf Grund vorgegebener Grenzen, wie beispielsweise dem Volumen der Blutprobe, ist allerdings nur noch von einer bedingten Ausbaufähigkeit für die Sensitivität auszugehen.

Ziel ist es, die Methode so weiter zu entwickeln, dass sie letztendlich auch für den Einsatz als Nachweisverfahren von Gendoping in Frage kommt. Dies ist zwar mit dem Einsatz nicht unerheblicher Ressourcen verbunden, könnte sich aber auch lohnen, wenn man bedenkt, dass der Markt des ethisch in mancherlei Hinsicht als sehr bedenklich eingestuften genetischen enhancements vor Leistungssportlern und Nahrungsmitteln möglicherweise nicht halt macht.

Trotz der im Laborversuch bereits erreichten Sensitivität für den Nachweis von Erythropoetin tDNA bleibt zunächst offen, ob und wie lange sich bei den teilweise sehr unterschiedlichen Gentransferverfahren tDNA im Blut nach-weisen lässt. Im günstigsten Fall weist ein einmal gengedopter Athlet noch auf Jahre hinaus in geringen Mengen tDNA im Blut auf und könnte dann auch Jahre nach erfolgtem Gentransfer überführt werden. Ein positiver Befund kann auch Jahre nach Gentransfer zustande kommen, wenn transfizierte Zellen in größerem Umfang absterben oder auch geschädigt werden - wie beispielsweise Muskelzellen nach starker sportlicher Belastung- und in der Folge tDNA in das Blut freigesetzt wird. Auf diesem Prinzip basiert in der Tumordiagnostik der Direktnachweis tumorspezifischer DNA im Blut und Stuhl.

In jetzt unmittelbar anstehenden Untersuchungen wird das Verfahren zunächst auf seine Spezifität an Sportlern und Normalprobanden getestet. Es gilt in erster Linie zu vermeiden, unschuldige Sportler falsch positiv zu testen.

Quelle: Pressemitteilung Informationsdienst Wissenschaft e.V.