Examinez de près les athlètes participant aux Jeux olympiques d'été de cette année à Londres: leur musculature vous en dira beaucoup sur la manière dont ils ont atteint leur statut d'élite. D'innombrables heures d'entraînement et d'engagement envers leur sport ont joué un grand rôle dans la construction des corps qui les ont conduits à la plus grande compétition sportive au monde. Regardez de plus près - cela nécessite une microscopie - et vous verrez quelque chose d'autre, quelque chose de profondément ancré dans les plans génétiques de ces jeunes hommes et femmes qui est tout aussi important pour leur succès.
Dans presque tous les cas, ces athlètes ont pleinement exploité le potentiel de ces gènes. Et ce potentiel peut être beaucoup plus important au début que pour le reste de nous, mortels. Par exemple, les gènes dans les cellules qui composent les jambes du sprinter Tyson Gay ont été codés avec des instructions spéciales pour former de nombreux muscles à fibres rapides, donnant à ses jambes une puissance explosive hors du bloc de départ. En comparaison, la vitesse de contraction maximale des muscles de la jambe de la marathonienne Shalane Flanagan, dictée par ses gènes, est beaucoup plus lente que celle de Gay, mais optimisée pour l’endurance requise pour courir des heures à la fois, avec peu de fatigue. De tels ajustements génétiques aident également les compétiteurs de basketball, de volleyball et de nage synchronisée, bien que l'impact puisse être beaucoup moins important, car un travail d'équipe efficace et l'arbitrage influent également sur le succès dans ces sports.
Quand le coup d'envoi du sprint de 100 mètres a été donné, lorsque les nageurs Michael Phelps et Tyler McGill sont tombés à l'eau, lorsque Tom Daley a sauté de sa plate-forme de plongée, nous avons découvert le meilleur du pool de gènes du monde, même si les scientifiques en essayant de comprendre quels gènes ils sont. Malheureusement, l’histoire nous a dit que les manipulations géniques seraient peut-être aussi sophistiquées que d’autres athlètes, qui recherchent des performances optimales à l’aide de substances illégales de plus en plus difficiles à détecter.
Le maigre sur les muscles
Le corps humain produit deux types de fibres musculaires squelettiques: les contractions lentes (type 1) et les contractions rapides (type 2). Les fibres à contraction rapide se contractent plusieurs fois plus rapidement et avec plus de force que celles à contraction lente, mais elles se fatiguent également plus rapidement. Chacun de ces types de muscles peut être subdivisé en sous-catégories, en fonction de la vitesse contractile, de la force et de la résistance à la fatigue. Les fibres à contraction rapide de type 2B, par exemple, ont un temps de contraction plus rapide que le type 2A.
Les muscles peuvent être convertis d'une sous-catégorie à une autre, mais ne peuvent pas être convertis d'un type à un autre. Cela signifie que l'entraînement en endurance peut conférer au muscle de type 2B certaines des caractéristiques de résistance à la fatigue du muscle de type 2A et que la musculation peut donner au muscle de type 2A certaines des caractéristiques de résistance du muscle de type 2B. L'entraînement en endurance ne convertira toutefois pas le muscle de type 2 en type 1, ni l'entraînement en force ne convertira le muscle à contraction lente en mouvement rapide. Les athlètes d’endurance ont une plus grande proportion de fibres à contraction lente, alors que les sprinteurs et les sauteurs ont une plus grande variété de fibres à contraction rapide.
Tout comme nous ne pouvons modifier notre mélange musculaire que dans une certaine mesure, la croissance musculaire est également soigneusement régulée dans le corps. Une différence entre la composition musculaire et la taille, cependant, est que cette dernière peut être plus facilement manipulée. Le facteur de croissance 1 de type insuline (IGF-1) est à la fois un gène et la protéine qu’il exprime qui joue un rôle important pendant la croissance de l’enfant et stimule les effets anaboliques - tels que la construction musculaire - lorsque ces enfants deviennent adultes. L'IGF-1 contrôle la croissance musculaire à l'aide du gène de la myostatine (MSTN), qui produit la protéine de la myostatine.
Il y a plus d'une décennie, H. Lee Sweeney, physiologiste moléculaire à l'Université de Pennsylvanie, a dirigé une équipe de chercheurs qui ont eu recours à la manipulation génétique pour créer les «souris Schwarzenegger» liées aux muscles. Les souris ayant reçu une copie supplémentaire du gène IGF-1 ont ajouté du muscle et sont devenues 30% plus fortes. Sweeney a conclu qu'il était très probable que les différences de niveaux de protéines IGF-1 et MSTN d'une personne déterminent sa capacité à se muscler lorsqu'il fait de l'exercice, bien qu'il admette que ce scénario n'a pas fait l'objet d'études approfondies.
La croissance et l'endurance musculaires lentes des fibres peuvent également être contrôlées par manipulation de gènes. En août 2004, une équipe de chercheurs, parmi lesquels Ronald Evans de l’Institut Salk pour la recherche biologique, a annoncé avoir modifié un gène appelé PPAR-Delta afin d’améliorer son activité chez la souris, aidant ainsi à nourrir les muscles à contraction lente et résistants à la fatigue. Ces souris dites "marathoniennes" pourraient courir deux fois plus loin et presque deux fois plus longtemps que leurs homologues non modifiées.
Cette capacité démontrée à bricoler avec des types de muscles à contraction rapide ou lente soulève la question suivante: que se passerait-il si on introduisait des gènes pour la construction de muscles à contraction lente et lente chez un athlète? "Nous avons parlé de le faire mais nous ne l'avons jamais fait", dit Sweeney. "Je suppose que vous vous retrouveriez avec un compromis qui conviendrait parfaitement à un sport comme le cyclisme, où vous avez besoin d'une combinaison d'endurance et de puissance." Néanmoins, ajoute Sweeney, il existe peu de raisons scientifiques (qui se traduisent par un financement) de mener une telle étude chez la souris, encore moins l'homme.
La manipulation des gènes aura l’impact le plus important sur le traitement des maladies et la promotion de la santé plutôt que sur l’amélioration des capacités sportives, bien que cette recherche profite certainement au sport. Les scientifiques étudient déjà si les thérapies géniques peuvent aider les personnes souffrant de maladies musculaires telles que la dystrophie musculaire. "On a beaucoup appris sur la manière de rendre les muscles plus forts et plus gros et de se contracter avec plus de force", a déclaré Theodore Friedmann, généticien à l'Université de Californie à San Diego, et président du comité consultatif sur le dopage génétique du World Anti Agence antidopage (AMA). Des études scientifiques ont introduit la protéine IGF-1 dans les tissus de souris pour prévenir la dégradation musculaire normale au cours du vieillissement. "Quelque part, des efforts pourraient être faits pour accomplir la même chose chez les gens", ajoute-t-il. "Qui ne ferait pas la queue pour quelque chose comme ça?"
La thérapie génique s'est déjà révélée utile dans des études sans lien avec le traitement musculaire. En décembre 2011, par exemple, une équipe de chercheurs britanniques a rapporté dans le New England Journal of Medicine avoir été en mesure de traiter six patients atteints d'hémophilie B - une maladie dans laquelle le sang ne peut pas se coaguler correctement pour contrôler le saignement - en utilisant un virus pour délivrer un gène leur permettant de produire davantage d’agent de coagulation, le facteur IX.
Cibles difficiles
Malgré les expériences sur les niveaux de protéines IGF-1 et MSTN dans le muscle de souris, l'identification des gènes directement responsables des prouesses sportives est une tâche compliquée. "Ce que nous avons appris au cours des 10 dernières années depuis le séquençage du génome humain, c'est qu'il y a énormément plus de complexité que ce que nous avions envisagé à l'origine", a déclaré Stephen Roth, professeur agrégé de physiologie de l'exercice à l'université du Maryland. et génétique. "Tout le monde veut savoir quels sont les gènes qui contribuent à la performance sportive en général, à la force musculaire, à la capacité aérobique ou à quelque chose du genre. Nous n'avons toujours pas d'objectifs précis reconnus par la communauté scientifique pour leur contribution à la performance sportive."
En 2004, les scientifiques avaient découvert plus de 90 gènes ou emplacements chromosomiques qui, selon eux, étaient les principaux responsables de la détermination des performances sportives. Aujourd'hui, le nombre total de gènes est passé à 220.
Malgré ce manque de certitude, certaines entreprises ont déjà tenté d'exploiter ce que l'on a appris jusqu'à présent pour commercialiser des tests génétiques qui, selon elles, peuvent révéler les prédispositions sportives d'un enfant. Ces sociétés "sont en quelque sorte en train de cueillir des documents et de dire:" Oh, ces quatre ou cinq variations géniques vont vous dire quelque chose ", explique Roth. Mais en bout de ligne, plus nous avons fait d’études, moins nous sommes certains que l’un quelconque de ces gènes est en soi un facteur très important. "
Atlas Sports Genetics, LLC, à Boulder, dans le Colorado, a commencé à vendre un test de 149 $ en décembre 2008, lui permettant de rechercher des variants du gène ACTN3, qui, chez les sportifs de haut niveau, est associé à la présence de la protéine alpha-actinine-3 aide le corps à produire des fibres musculaires à contraction rapide. Le muscle des souris de laboratoire dépourvues d’alpha-actinine-3 agit plus comme une fibre musculaire à contraction lente et utilise l’énergie plus efficacement, ce qui convient mieux à l’endurance qu'à la masse et à la puissance. "La difficulté tient au fait que des études plus avancées n'ont pas montré exactement comment la perte d'alpha-actinine-3 affectait la fonction musculaire chez l'homme", explique Roth.
L'ACE, un autre gène étudié en relation avec l'endurance physique, a rendu des résultats incertains. Les chercheurs ont initialement fait valoir que les personnes avec une variante de l' ACE seraient plus douées pour les sports d'endurance et celles avec une variante différente seraient mieux adaptées à la force et à la puissance, mais les résultats n'ont pas été concluants. Ainsi, bien que l' ACE et l' ACTN3 soient les gènes les plus reconnus en matière d'athlétisme, aucun d'eux n'est clairement prédictif de la performance. Il y a 10 ou 15 ans, l'idée prédominante selon laquelle il pourrait y avoir deux, trois ou quatre gènes contribuant fortement à un trait particulier, tel que la force musculaire ", est en train de s'effondrer", explique Roth. "Nous avons réalisé, et cela a été confirmé au cours des dernières années, qu'il ne s'agissait pas de 10 ou 20 gènes, mais plutôt de centaines de gènes, chacun avec de très petites variations et un grand nombre de combinaisons possibles de ces nombreux, de nombreux gènes pouvant entraîner une prédisposition à l’excellence.
"Rien dans la science n'a changé", ajoute-t-il. "Nous avons rapidement deviné que la plupart du temps, la science ne se révélait pas juste. C'est de la science."
Dopage génétique
L’Agence s’est tournée vers Friedmann pour obtenir de l’aide après les Jeux olympiques d’été de Sydney en 2000, après que des rumeurs avaient commencé à faire croire que certains de ses athlètes avaient été génétiquement modifiées. Rien n'a été trouvé, mais la menace semblait réelle. Les fonctionnaires étaient au courant d'un récent essai de thérapie génique mené à l'Université de Pennsylvanie et ayant entraîné la mort d'un patient.
"En médecine, de tels risques sont acceptés par les patients et par la profession que le danger existe pour la guérison et la prévention de la douleur et de la souffrance", a déclaré Friedmann. "Si ces mêmes outils s’appliquaient mal à un jeune athlète en bonne santé, le fait de le faire serait bien moins confortable. Et on ne voudrait pas être au milieu d’une société qui accepte aveuglément de lancer [ érythropoïétine ( EPO )] gènes chez les athlètes afin qu'ils puissent avoir une meilleure performance d'endurance. " L’EPO est une cible privilégiée pour les personnes intéressées par la manipulation de la production de sang chez les patients atteints de cancer ou de maladie rénale chronique. Il a également été utilisé et maltraité par les cyclistes professionnels et autres athlètes cherchant à améliorer leur endurance.
Un autre stratagème a consisté à injecter dans les muscles d'un athlète un gène qui inhibe la myostatine, une protéine inhibant la croissance musculaire. Cela dit Sweeney, "vous êtes un géniteur malin. Je ne sais pas si quelqu'un le fait, mais je pense que si quelqu'un de formation scientifique lit la littérature, il pourra peut-être trouver le moyen de réussir. à ce stade, "même si les essais d'inhibiteurs de la myostatine injectés directement dans des muscles spécifiques n'ont pas progressé au-delà des animaux.
Les inhibiteurs de la myostatine ainsi que les gènes EPO et IGF-1 ont été les premiers candidats au dopage à base de gènes, mais ils ne sont pas les seuls, explique Friedmann. Le gène du facteur de croissance endothélial vasculaire ( VEGF ) indique au corps de former des protéines de signalisation qui l’aident à augmenter le flux sanguin en faisant germer de nouveaux vaisseaux sanguins dans le muscle. Ces protéines ont été utilisées pour traiter la dégénérescence maculaire et rétablir l'apport en oxygène aux tissus lorsque la circulation sanguine est inadéquate. D'autres gènes tentants pourraient être ceux qui affectent la perception de la douleur, régulent les niveaux de glucose, influencent l'adaptation des muscles squelettiques à l'exercice et facilitent la respiration.
Jeux aux Jeux Olympiques de 2012
La manipulation des gènes est un gros joker aux Jeux olympiques de cette année, dit Roth. "Depuis plusieurs éditions des Jeux Olympiques, les gens prévoient qu'il y aura du dopage génétique aux prochains Olympiques, mais il n'y a jamais eu de preuves solides." La thérapie génique est souvent étudiée dans un contexte médical et échoue souvent, note-t-il. "Même si une thérapie génique est réputée solide pour traiter une maladie, lorsque vous la placez dans le contexte de la performance sportive, vous faites face à l'inconnu."
La présence de dopage génétique est difficile à détecter avec certitude. La plupart des tests qui pourraient réussir nécessitent des échantillons de tissus d'athlètes suspectés. "Nous parlons d'une biopsie musculaire et peu d'athlètes seront prêts à donner des échantillons de tissus lorsqu'ils se prépareront pour la compétition", a déclaré Roth. Il est peu probable que la manipulation des gènes apparaisse dans la circulation sanguine, l'urine ou la salive, de sorte que les tests relativement non intrusifs de ces fluides ont peu de chances de déterminer beaucoup.
En réponse, l'AMA a adopté une nouvelle approche de test appelée passeport biologique de l'athlète (PBA), qui sera utilisée aux Jeux olympiques de Londres. Plusieurs autorités sportives internationales telles que l'Union cycliste internationale ont également commencé à l'utiliser. Le succès d'ABP réside dans le fait que, plutôt que de rechercher ponctuellement un agent spécifique, tel qu'EPO, le corps surveille le corps d'un athlète au fil du temps, à la recherche de changements soudains, tels qu'une augmentation du nombre de globules rouges.
Un autre moyen de détecter la présence de dopage génétique consiste à reconnaître la manière dont le corps réagit à un gène étranger, notamment les mécanismes de défense qu'il pourrait déployer. "L'effet de tout médicament ou gène étranger sera compliqué par un organisme essayant de prévenir les dommages résultant de cette manipulation", explique Friedmann, plutôt que des modifications prévues induites par l' EPO, par exemple.
Les Jeux Olympiques indiquent clairement que tous les athlètes ne sont pas créés égaux, mais que le travail acharné et leur dévouement peuvent donner à un athlète au moins une chance extérieure de victoire, même si les compétiteurs viennent du plus profond du pool génétique. "La performance d'élite est nécessairement une combinaison de talents génétiques et d'une formation qui exploite ces dons", a déclaré Roth. "Si vous pouviez égaliser tous les facteurs environnementaux, la personne ayant un avantage physique ou mental gagnerait la compétition. Heureusement, ces facteurs environnementaux entrent en jeu, ce qui donne au sport l'incertitude et la magie dont les spectateurs ont besoin."
