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Gendoping –

18.04.2011
Nachweis gelingt durch Test auf Fremd-DNA

Freier Wissenschaftsjournalist, Brunnenstr. 16, D-72074 Tübingen, Tel. 07071/253015.

Zwei Ärzte der Uniklinik Tübingen haben einen Bluttest entwickelt, mit dem körperfremde, eingeschleuste DNA oder Genabschnitte noch Monate nach der Injektion nachgewiesen werden können. Zu den Olympischen Spielen 2012 in London könnte der Test zur Verfügung stehen.

Dopingmittel sind bereits seit der Antike bekannt. Ringer erhielten „Kraftfutter“, andere schwörten auf Säfte und geheimnisumwitterte Tränkchen, wie von den bereits 1000 Jahre vor Chr. ausgetragenen Olympischen Spielen berichtet wird. Die Siegesprämien waren damals allerdings recht bescheiden: einen Lorbeerkranz aufs Haupt und das Verlesen des Namens des Sportlers sowie seiner Heimatgemeinde. Diese war natürlich immens stolz auf ihren Sohn und ließ ihn hochleben, weil er auch ihren Namen in die Welt gebracht hatte. Unerlaubte Mittel für Ringer waren damals z.B. das Einfetten mit Salben, die die Hände des Gegners immer wieder abgleiten ließen.

In unserer modernen Welt gibt es deutlich mehr Kampfschiedsrichter als früher, auch mehr Schranken für unerlaubte Hilfsmittel oder Doping. Geblieben ist der oft unbändige Siegeswillen der Athleten als wesentliche Antriebsfeder, der ewige Ruhm des Ersten sowie astronomisch hohe Sieg-Gagen, die nach dem Olympiasieg ein sorgenfreies Leben versprechen. Ein erstes Doping-Opfer (Amphetamine) war der britische Radfahrer Tom Simpson bei der Tour de France 1967. Seitdem wurde die Liste der unerlaubten, z.T. lebensgefährlichen Methoden zur physischen oder psychischen Leistungssteigerung im Wettkampf immer länger. Als kurzfristig wirkende Dopingmittel sind bekannt:

Stimulanzien wie Koffein, Amphetamine, Kokain, Ephedrin etc. Es handelt sich hier um Aufputschmittel, die auf das zentrale Nervensystem wirken. Sie steigern die motorische Aktivität, die Risikobereitschaft des Athleten und verringern dessen Gefühl für die erreichte Leistungsgrenze. Ergänzend dazu verringern Narkotika das Schmerzempfinden.• Medikamente wie Beta-Blocker reduzieren die Herzfrequenz durch Hemmung der Stresshormone und ermöglichen z.B. den Schützen „eine ruhige Hand“ beim Schießen.• Diuretika werden meist von Kraftsportlern wie Gewichthebern oder Ringern eingesetzt zur raschen Verringerung des Körpergewichts wie auch zur Verschleierung anderer Doping-Substanzen.

Als erstes schwarzes Schaf gilt der frühere schottische 400-m-Meister David Jenkins, der in den 1980er Jahren den Gebrauch von Anabolika unter amerikanischen Sportlern hoffähig machte. Seine oft verkauften, jedoch verbotenen Steroide stellte er mit einem Kompagnon in einer gemeinsamen Firma in Mexiko für den US-Markt her. Von den sieben Jahren Gefängnis, zu denen Jenkins 1988 wegen Schmuggels verbotener Substanzen im Wert von 100 Mio. Dollar (!) verurteilt wurde, musste er nur neun Monate absitzen. Heute besitzt der in San Diego lebende Ex-Europameister eine Firma, die Nahrungsergänzungsmittel und Diätetika für Sportler herstellt.

Auch Amateure dopen
Der Deutsche Fußball-Bund (DFB) führte in der Saison 2008/9 gemeinsam mit der NADA (Nationale Anti-Doping-Agentur) 1428 Dopingtests im Training und bei Wettkämpfen durch.. Von den Urinproben der Sportler wurden 10 % auf EPO (Erythropoietin, ein Wachstumsfaktor für die Bildung roter Blutkörperchen, die Sauerstoff zu den Muskeln transportierten) getestet. Kontrolliert wird in den drei obersten Spielklassen bis zu den Frauen- und Junioren-Bundesligen. Durch Losentscheid in der Halbzeitpause werden die zu kontrollierenden Sportler ausgewählt. Trotz der Verdichtung der Kontrollen wurden bisher noch keine zwei Dutzend Sportler des Dopings überführt – und gesperrt. Ein Grund hierfür ist, dass Bundesliga-Spieler im Fuß- und Handball unter Dauerbeobachtung stehen und rund um die Uhr der NADA ihren Aufenthaltsort mitteilen müssen.

Manchmal führt ein leichtfertiger Umgang mit Arznei- oder Nahrungsmitteln zu Doping-verdächtigen Werten. So konnte im Februar 2011 der spanische Tour de France-Sieger Alberto Contador den Dopingverdacht entkräften, in dem er auf seinen Konsum von Fleisch hinwies, in dem sich das Kälbermastmittel Clenbuterol befand. Dagegen wurde der französische WM-Schwimmstar Frédéric Bousquet 2010 von seinem Verband für zwei Monate wegen verbotener Einnahme eines Medikaments gegen Erkältungen gesperrt.

Verbotene Hormone werden auch in Sportstudios zum Aufbau von Körpermasse, Stärkung der Skelettmuskulatur oder der Muskelfasern genutzt. Gelegentlich werden Ärzte wie der spanische Doping-Arzt Fuentes verhaftet, meist werden jedoch die Trainer der Athleten als Beschaffer von Dopingsubstanzen auffällig. Als längerfristig einzunehmende Dopingmittel sind bekannt:
Anabole Steroide, die in ihrer Wirkung dem männlichen Geschlechtshormon Testosteron ( = Leistungshormon) ähneln. Der Testosteron-Ersatz fördert den Muskel-Aufbau und wirkt euphorisierend. Anabole Steroide werden auch im Amateursport massenhaft konsumiert.• Peptidhormone wie das schwer nachzuweisende Wachstumshormon Somatotropin sowie das in den Nieren gebildete EPO (Erythropoietin). Das Hormon EPO produziert mehr rote Blutkörperchen im Blut, das vermehrt Sauerstoff aufnehmen kann, was die Leistungsfähigkeit des Sportlers steigert. Ein Hinweis: Seit es gelang, EPO-Doping nachzuweisen, sank der Umsatz des US-Biotech-Unternehmens Amgen um ein Drittel. Dies bedeutet, dass auch Amateursportler massenhaft zu EPO greifen.• Dem gleichen Ziel einer erhöhten sportlichen Ausdauer dient das Blut-Doping. Kurz vor dem Wettkampf wird dem Athleten fremdes oder früher abgezapftes Eigenblut zugeführt. Die derart vergrößerte Blutmenge verbessert die Sauerstoffzufuhr der Muskulatur.
Bisher konnte der deutsche Radsportler und Tour de France-Sieger Jan Ullrich, dessen Blutbeutel 2006 bei einer polizeilichen Durchsuchung in einer spanischen Arztpraxis gefunden wurden, dem drohenden Verlust von viel Geld und Ehre entgehen, der zuletzt einige prominente Sportler ereilte. Zuletzt hatte Ullrich 2009 vor dem Düsseldorfer Oberlandesgericht bestritten, gedopt zu haben. Sein spanischer „Dopingarzt“ Eufemiano Fuentes wurde jedoch Mitte Dezember 2010 mit 13 weiteren Personen, darunter der 35jährigen Weltmeisterin im 3000-m-Hindernislauf, Marta Dominguez, erneut verhaftet. Fuentes soll seit 2006 spanische Leichtathleten und -innen mit obskuren Doping- bzw. Trainingsplänen versorgt haben. In der Wohnung von Dominguez wurden verdächtige Substanzen in Päckchen mit verschlüsselten Personen- bzw. Adressangaben gefunden. Auch ihr Trainer Cesar Perez wurde festgenommen. Er galt halb-offiziell als „der Dealer von Fuentes.“ Und in Nidda, Hessen, hob die Polizei Mitte Februar 2011 ein geheimes Pharmaka-Lager mit Doping-Medikamenten im Wert von 10 Mio. Euro aus.Die bisher bekanntesten Beispiele für abgestrittenes und später zugegebenes Doping sind die dreimalige US-Olympiasiegerin Marion Jones, die 2008 wegen Falschaussage vor Gericht sechs Monate im Gefängnis verbrachte. Ebenso die griechische 100-m-Weltmeisterin von 2002, Ekaterina Thanou, die vor den Olympischen Spielen 2004 in Athen mit ihrem ebenfalls Doping-verdächtigen Sprinter-Kollegen Kenteris einen Motorrad-Unfall vortäuschte, um sich einer Doping-Kontrolle zu entziehen. Ausgerechnet Thanou sollte 2009 als „Nachrückerin“ für die geständige Marion Jones für die Olympischen Spiele 2000 in Sydney rückwirkend die Goldmedaille erhalten. Doch das IOC beließ ihr lediglich die Silbermedaille und hatte dergestalt Druck ausgeübt, dass Thanou bei den Olympischen Spielen in Peking nicht mehr startete. Auch der deutsche Profi-Radsportler Stefan Schumacher wurde 2009 bei der Tour de France positiv auf EPO-Doping getestet, doch trotz Sperre streitet er jegliches Doping ab.
Nach Doping nun Gendoping
Herkömmliche Dopingsubstanzen sind durch Urin- oder Bluttests zu erkennen. Bislang nicht nachweisbar war das sogenannte Gendoping, d.h. die Veränderung von Erbgut zur Leistungssteigerung. Bei dieser Doping-Form werden fremde DNA-Fragmente, Gen-Teile oder ganze Fremd-Gene in die Zelle des Athleten eingeschleust, um die Gene zu unterstützen, die eine Überproduktion bestimmter, leistungssteigernder Enzyme und Hormone bewirken. Da der Körper des Sportlers selbst diese leistungsfördernden Stoffe produziert, war ein Nachweis bislang nicht möglich. Nach Auffassung vieler Sportärzte und der WADA (World Anti-Doping Agency) beschreiten zahlreiche Athleten diesen dunklen Weg. In welchem Ausmaß zu dieser riskanten Methode gegriffen wird, ist noch unklar. Gendoping soll nicht allein von Spitzenathleten, sondern häufig auch von Freizeitsportlern in Fitnesscentern betrieben werden. Auch hier sind die Dunkelziffern sehr hoch. Andererseits geben selbst nach ihrer Überführung durch sichere Urin- oder Blutproben die betreffenden Sportler keineswegs ihr Doping-Vergehen zu. Manche leugnen alles ab, erklären ihre ausgefallenen physiologischen Parameter gar als Wunder der Natur. Im Jahr 2010 fiel Tour-Sieger Alberto Contador unter Doping-Verdacht. Er führte seine überhöhten Blutwerte auf den Konsum von kontaminierten Nahrungsmitteln zurück. Weder Contador noch der siebenfache Tour de France-Sieger Lance Armstrong aus den USA, der früher an Hoden-Krebs erkrankt war und den die französische Sport-Zeitung „L’Equipe“ ebenfalls des Dopings verdächtigt, gaben bisher Doping zu. Aus Umfragen wisse man allerdings, so berichtet der frühere Tübinger Klinikarzt Perikles Simon, einer der beiden Entdecker des Gen-Doping-Nachweises, dass „über die Hälfte der befragten Hochleistungssportler bereit ist, alles für einen Olympia- oder WM-Sieg zu tun.“
Für den Sportler stellt Gendoping eine potenziell tödliche Gefahr dar, betont Prof. Simon, der an die Uni Mainz wechselte. Die transferierte fremde DNA im Körper bewirkt nämlich, dass der Sportler zeitlebens mit der Überproduktion des Ziel-Gens leben muss. Bereits seit 2003 steht Gen-Doping auf der Liste der verbotenen Mittel und Strategien der Welt-Antidoping-Agentur (WADA). Mit seinem Kollegen Michael Bitzer, der in der Gentherapie-Abteilung des UK Tübingens tätig ist, entwickelte Simon den Nachweis, um Patienten, die eine Gentherapie erhalten sollten, herauszufinden. Die Definition der WADA-Experten in Montreal ist denn auch identisch mit der der beiden Tübinger Klinik-Ärzte: Gen-Doping beinhaltet einen unrechtmäßigen Gebrauch des Gentransfer-Verfahrens mit dem Ziel, einen Sportler – und nicht einen kranken Patienten – in den Vorteil dieses medizinischen Verfahrens zu bringen. Prof. Simon und Prof. Bitzer erläutern das relativ einfache Vorgehen: Mithilfe eines Vektors – meist nutzt man hierfür sich schnell im Körper verbreitende, harmlose Viren – werden fremde DNA-Abschnitte in die Zellen des Sportlers geschleust. Dort werden sie abgelesen und führen zu einer Überexpression der betreffenden Gene bzw. der von ihnen hergestellten Eiweiße und Proteine.
Gendoping kann auf zwei verschiedenen Wegen betrieben werden: Als Missbrauch gentherapeutischer Maßnahmen wie die Zuführung fremder DNA oder RNA in den Körper des Sportlers, die dort lebenslang verbleiben. Oder als Veränderung der Genexpression eines Sportlers mithilfe von Substanzen (Medikamenten), die die Transkription von DNA in RNA entweder beschleunigen oder verlangsamen und dadurch zur Leistungssteigerung des Sportlers beitragen.
Nach aktuellem Stand des Wissens kommen verschiedene Ansatzpunkte im Körper infrage:
Die Modulierung der Sauerstoff-Versorgung des Körpers, z.B. über das Einschleusen des Gens für Erythropoietin, das die Produktion der roten Blutkörperchen stimuliert. Der Wachstumsfaktor VEGF (Vascular Endothelial Growth Factor) wird überexprimiert und zum verstärkten Aufbau von Muskulatur genutzt. Das Eiweiß Myostatin („Muskelbremse“), auch „Schwarzenegger-Gen“ genannt: Gene für Myostatin-Inhibitoren wie Follistatin können eingeschleust werden und hemmen so die Expression von Myostatin, das nicht mehr als Bremse beim Muskelwachstum wirkt. Weitere Angriffspunkte für Gendoping sind das Wachstumshormon HGH (Human Growth Hormone) in Verbindung mit den Wachstumsfaktoren IGF (Insulin-like Growth Factor) und der Unterform MGF (Mechano Growth Factor).
Entwickelt wurden all diese Interventionen ins Erbgut per Gentransfer ursprünglich zur Behandlung von schwerkranken bzw. körperlich sehr geschwächten Patienten in der Klinik. Sportärzte, denen sie bekannt waren, konnten sie bisher ohne Gefahr entdeckt zu werden, zum Gendoping nutzen. Seit dem spanischen Radsport-Arzt Dr. Fuentes ist bekannt, dass auch hin und wieder Sportärzte hohe Risiken für die von ihnen betreuten Athleten eingehen. Die WADA fördert auch hier die Forschung an neuen Gen-Doping-Nachweisverfahren mit hohen Geldsummen. Speziell ist hier das sog. „Schwarzenegger-Gen“ zu nennen, d.i. das Eiweiß Myostatin, das als „Muskelbremse“ wirkt und zuletzt von sich reden machte. Zur Bekämpfung dieses Muskel- bzw. Gendopings erhielt der deutsche Doping-Experte Patrick Diel, Sporthochschule Köln, von der WADA den Auftrag, einen speziellen Nachweistest für Myostatin-Inhibitoren zu entwickeln.
Körperfremde DNA lebenslang im Blut
Seit dem Abschluss der Arbeiten der beiden Klinik-Ärzte Simon (jetzt Universität Mainz) und Bitzer (UKT) hat sich die Lage grundlegend verändert: Der heimliche Transfer von körperfremder DNA ist nachweisbar! Der neue Bluttest könnte zur Olympiade 2012 in London einsatzbereit sein. Das relativ einfache Testverfahren ist bereits patentiert und liefert eindeutige „Ja-oder-Nein-Antworten“ auf die Frage, ob sich im untersuchten Blut transgene DNA (tDNA) befindet. Zum Nachweis von tDNA nutzten die beiden Ärzte einen simplen Umstand: Da die Vektoren, mit denen die tDNA in die Körperzellen des Athleten eingeschleust wird, nur eine geringe Aufnahme-Kapazität besitzen, dürfen die zu transportierenden DNA-Abschnitte nicht zu groß sein. Deshalb fehlen ihnen die sog. Introns. Introns sind nicht-codierende Abschnitte in Genen und werden vor dem Gentransfer aus dem betreffenden DNA-Strang herausgeschnitten. Da gewöhnlich die codierenden Abschnitte eines Gens (Exons) von nichtcodierenden (Introns) unterbrochen werden, ergibt sich ein klares Unterscheidungsmerkmal: Fehlen die Introns, handelt es sich um fremde, eingeschleuste DNA, die sich in ihrer Länge deutlich von der normalen zellulären Erbsubstanz unterscheidet. Dieser kleine messbare Unterschied wurde zur Basis für den von Prof. Simon und Prof. Bitzer entwickelten Gentransfer-Nachweis mittels einer Art Schablone. Sie nutzten ihr Verfahren zunächst zur Behandlung von schwerstkranken Klinik-Patienten, die eine Gentherapie erhalten sollten. Für die Weiterentwicklung zum Gendoping-Test für Sportler erhielten sie von der WADA in den letzten vier Jahren insgesamt 980000 Dollar.
Ob ihr Test funktioniert, wurde zunächst im Mausmodell überprüft. Hierbei wurden die Mäuse „gengedopt“, indem ihnen per Injektion in die Muskulatur eine Erbsubstanz verabreicht wurde. Dadurch wurde ein Hormon produziert, das die Blutgefäß-Neubildung anregt. Noch zwei Monate nach der Injektion konnten Simon und Bitzer mittels kleiner Blutproben sicher feststellen, welche Tiere ein Gendoping erhalten hatten und welche nicht. Dass ihr Nachweisverfahren sicher und fehlerfrei arbeitet, wiesen sie in einer Spezifitätsprüfung an 327 Blutproben von Leistungs- und Freizeitsportlern innerhalb und außerhalb von deren Trainingszeiten nach. Es gab kein einziges falsch-positives Resultat, berichtet Simon. Veröffentlicht wurde ihre Arbeit in der Fachzeitschrift „Gene Therapy“ (doi: 10.1038/gt.2010.122).

Die beiden Ärzte gehen davon aus, dass sich für Athleten fortan der Missbrauch von Gentherapien zu Dopingzwecken nicht mehr lohnt. „Das Wissen um das Risiko, auch Monate nach einem durchgeführten Gentransfer noch bei einer Wettkampfkontrolle entdeckt zu werden, dürfte auch die waghalsigsten Doper abschrecken“, glaubt Professor Simon. Ein einziger Gendoping-Test pro Jahr genügt für den Nachweis. Und Professor Bitzer fügt hinzu: „Durch die Entwicklung dieses zuverlässigen Nachweisverfahrens für den Missbrauch von Gentransfers soll gewährleistet werden, dass die neue Technologie mit bisher nur zum Teil bekannten Nebenwirkungen nur bei schwerwiegenden Erkrankungen eingesetzt wird.“ Die Universitätsklinik Tübingen plant in den nächsten Monaten eine erste Gentherapiestudie bei Patienten mit fortgeschrittenen Tumoren.

Richard E. Schneider*) | LABO
Weitere Informationen:
http://www.labo.de/produkt-innovationen/Life-Sciences-Innovations---Gendoping--.htm

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