Спортивная генетика: генетические тесты для спортсменов

Источник: «Спортивная диагностика»
Автор: профессор В.П. Губа, 2016 год

Содержание

Спортивная генетика: особенности отбора и ориентации при оценке генов

Критические варианты полиморфизмов ДНК, лимитирующих спортивную работоспособность

Своевременное выявление факторов, лимитирующих физическую деятельность, умение устранять эти факторы и адекватное применение средств коррекции помогают достичь высоких результатов в спорте и сохранить здоровье спортсмена. Исследование распределения полиморфизмов генов 5НТТ и 5НТ2А у представителей игровых видов спорта позволяет на стадии ранней специализации осуществлять отбор лиц, предрасположенных к большей психологической устойчивости и успешности. Оценка зрительно-моторных реакций спортсменов позволяет сопоставлять генетические и фенотипические маркеры прогноза успешной спортивной деятельности.

В процессе спортивной деятельности - это возможность человека развить адаптационные способности организма в условиях экстремальной деятельности при значительных физических и психоэмоциональных нагрузках. Ограничение работоспособности фактором, поддающимся коррекции, но оставшимся незамеченным, завершает карьеру спортсмена..

Своевременное выявление факторов, лимитирующих физическую деятельность, умение устранять их и адекватное применение средств коррекции помогают достичь высоких результатов в спорте. Применение физического воздействия, прогноз эффективности фармакологических средств позволяет повышать работоспособность, возможность быстрого восстановления после экстремальной нагрузки.

Назначая спортсмену различные виды стимуляции, всегда следует учитывать индивидуальные особенности организма, степень тренированности и выносливости, ограничивающие его «верхнюю планку» - предел физиологически возможного адаптивного потенциала при мобилизации эндогенных механизмов обеспечения конечного спортивного результата.

Среди основных факторов, лимитирующих спортивную работоспособность, выделяют: биоэнергетические (анаэробные и аэробные) возможности спортсмена; нейромышечные (мышечная сила и техника выполнения упражнений); психологические (мотивация и тактика ведения спортивного состязания). Непременным условием установления фактора, лимитирующего работоспособность, являются методические возможности исследователя (биохимические и физиологические). К факторам, приобретающим особую значимость на современном этапе развития спортивной медицины, относятся также генетические.

Интенсивные занятия спортом, несоответствующие генетической предрасположенности, приведут к ограничению спортивной работоспособности и снижению соревновательного результата. В настоящее время считается всё более целесообразным построение спортивного отбора, выбора спортивной специализации с учетом генетической предрасположенности человека не только к выполнению различных нагрузок, но и возможности организма поддерживать гомеостаз, избежать дезадаптации и развития патологических состояний. Концепция отбора детей в спорт должна предусматривать использование здоровье сберегающих технологий в спортивной деятельности с учетом раннего определения генетических полиморфизмов предрасположенности ребенка к высокой физической активности, с учетом типа энергообеспечения физической активности, и своевременного прогнозирования риска развития патологических нарушений организма, препятствующих выполнению интенсивных физических нагрузок. В связи с этим, адекватный выбор типа нагрузок на основе генетической предрасположенности к различным видам деятельности на раннем этапе спортивной карьеры, а также коррекция тренировочного процесса на более поздних стадиях с учётом индивидуальных особенностей организма является одной из актуальных проблем современной спортивной медицины.

Генетический анализ предусматривал определение полиморфизмов L/S гена 5НТТ, С/Т гена 5НТ2А. В качестве проб биологического материала использовался буккальный эпителий, забор которого осуществляется с помощью специальных одноразовых стерильных зондов путём соскоба клеток с внутренней стороны щеки.

Рецептор серотонина 2А широко распространен в организме в периферических тканях, где опосредует сократительные реакции в гладкомышечной ткани сердечно-сосудистой, желудочно-кишечной и мочеполовой систем. В головном мозге 5НТ2А экспрессируется в районах, которые считаются ответственными за когнитивные функции (префронтальный кортекс, особенно в пирамидальных нейронах и интернейронах). В синапсах 5НТ2А расположен только на постсинаптической мембране. Это самый чувствительный тип серотониновых рецепторов, и эта чувствительность повышается при различных психических расстройствах.

В верхней части продолговатого мозга и в мосте находится наиболее обширное скопление серотонинэргических нейронов, проецирующихся краниально (кора, гиппокамп, лимбическая система, гипоталамус) и каудально (продолговатый и спинной мозг). Выделено 15 типов серотониновых рецепторов с дополнительными подразделениями для отдельных подтипов (5-HT1A-D, 5-НТ2АС). Отмечается роль серотониновых рецепторов в регуляции аффективного поведения тревоги, панических состояний), аппетита и пищевого поведения, двигательной активности, сегментарных механизмов контроля сексуального поведения. Серотонинерги-ческая система мозга принимает участие в регуляции агрессивных состояний: угнетение биосинтеза серотонина сопровождается усилением агрессивности, а повышение уровня серотонина в мозге - ослаблением агрессивности.

Ген 5НТТ - наиболее исследуемый ген серотониновой системы (кодирует переносчик серотонина), при генотипе LL - нормальный вариант полиморфизма в гомозиготной форме, при экспрессии повышает концентрацию переносчика серотонина.Для носителей данного генотипа характерна низкая предрасположенность к депрессии, высокая устойчивость к психическим нагрузкам, развитию центрального утомления в условиях высоких физических и психических нагрузок, что возможно использовать при отборе в циклические виды спорта.

Носители генотипа LS - промежуточного гетерозиготного варианта имеют большую предрасположенность к игровым видам спорта.

Генотип SS - мутантный вариант полиморфизма в гомозиготной форме. У носителей данного генотипа снижена концентрация переносчика серотонина. В поведении отмечается выраженная косвенная агрессия.

Наибольшее внимание в пределах гена переносчика серотонина 5НТТ привлекают полиморфный участок вариации делеции/ инсерции в положении 44 п.о. в регионе промотора переносчика серотонина с формированием «короткой» S- и «длинной» L-аллелей. Наличие короткой аллели связано со снижением обратного захвата серотонина, что увеличивает длительность серотонинергической активности. Подобный полиморфизм может быть важен для людей с тревожными личностными характеристиками, депрессией и суицидальными тенденциями.

Для определения инсерционно-делеционного полиморфизма гена 5НТТ проводится ПЦР по описанной в п. 6.5 методике (с ПЦР-буфером № 4) со следующей парой праймеров (температура отжига - 58°С):

• прямой праймер: 5’-CAATCTCTGGTGCTTCCCGTACAT АТ-3’
• обратный праймер: 5’-GACААATСТGTСТТСТGGCTTСТG АА-3’

Для определения размеров продуктов амплификации проводится электрофорез. Генотипу LL соответствуют фрагменты длиной 311 п.о., генотипу L/S - два фрагмента длиной 267 и 311 п.о., а генотипу S/S - фрагмент длиной 267 п.о. (рис. 1).

Дорожки:

1. ДНК-маркер (50 bp DNA-ladder, CarlRoth).
2. Продукт амплификации ДНК индивидуума с генотипом S/S.
3. Продукт амплификации ДНК индивидуума с генотипом L/L.
4. Продукт амплификации ДНК индивидуума с генотипом S/L.

Рис. 1. Электрофореграмма результатов ПЦР-анализа полиморфизма L/S гена 5НТТ

Ген 5НТ2А находится в 13-й хромосоме. Один из наиболее значимых полиморфизмов - это замена Т₁₀₂->С. Аллель Т сопряжена с повышенной экспрессией гена по сравнению с аллелью С. У носителей генотипа ТТ агрессивность выше, чем у носителей С-аллели. Помимо агрессивности (важной черты личности для некоторых видов спорта) от плотности рецепторов серотонина зависит скорость развития усталости при тренировках.

• С/С - нормальный вариант полиморфизма в гомозиготной форме;

• С/Т - гетерозиготная форма полиморфизма;

• Т/Т - мутантный вариант полиморфизма в гомозиготной форме.

Для определения полиморфизма Т102С гена 5НТ2А проводится ПЦР (с ПЦР-буфером № 1) со следующей парой праймеров (температура отжига - 58°С):

• прямой праймер: б’-CATGGAGAATAATGAGCCCAAA -3’

• обратный праймер: 5’-TAACAATTGACAGCAGGAAATACC -3’

Продуктами амплификации в данной ПЦР являются фрагменты ДНК длиной 428 п.о.

Наличие замены С->Т нуклеотида в 102-м положении гена 5НТ2А создает сайт распознавания (C↓↓CGG1 для эндонуклеазы Mspl.

AACTC CGGAGA мутантная аллель

AACTCTGGAGA нормальная аллель

Для детекции этого полиморфизма проводят обработку продукта ПЦР рестриктазой Mspl при 37°С в течение одного часа.

Рис. 2. Электрофореграмма результатов ПЦР-ПДРФ анализа полиморфизма Т102С гена 5НТ2А

Генотипу ТТ соответствуют нерестрицированные фрагменты длиной 427 п.о., генотипу СТ - три фрагмента длиной 427, 252 и 175 п.о., а генотипу СС - 2 фрагмента длиной 252 и 175 п.о. (рис. 2).

Дорожки:

1. ДНК-маркер (50 bp DNA-ladder, CarlRoth)
2. Продукт амплификации и рестрикции ДНК индивидуума с генотипом ТТ
3. Продукт амплификации и рестрикции ДНК индивидуума с генотипом ТС
4. Продукт амплификации и рестрикции

Применение ДНК-диагностики в системе спортивного отбора и внутривидовой ориентации

Рис. 3. Распределение генотипов гена 5НТТ у юных футболистов

Для проведения эффективной системы спортивного отбора и внутривидовой ориентации применяют ДНК-диагностику, которая включает распределение полиморфизмов генов 5НТТ и 5НТ2А. Исследования проводились нами на базе Научно-исследовательской лаборатории лонгитудинальных исследований

Полесского государственного университета (Республика Беларусь). Всего обследовано 125 юных спортсменов детской спортивной школы по футболу.

Как видно из полученных данных 60% обследованных являлись носителями смешанного генотипа гена 5НТТ, что определило отбор в игровые виды спорта по фенотипическим показателям. Однако около 20% юных футболистов относились к неблагоприятному генетическому варианту,склонному к проявлению косвенной агрессии (рис. 3).

Рис. 4. Распределение скорости зрительно-моторной реакции у носителей генотипа SS гена 5НТТ (слева) и у носителей генотипа LL гена 5НТТ (справа)

Носители генотипа SS отличались наиболее высокой скоростью простой зрительно-моторной реакции, устойчивостью реакции выбора и реакции различения. Носителей генотипа LL в большинстве своем отмечали средние значения зрительно-моторных реакций (рис. 4).

У обследованных юных футболистов оценивали преобладающий тип высшей нервной деятельности (рис. 5).

Рис. 5. Распределение типа высшей нервной деятельности у носителей генотипа SS гена 5НТТ (сверху) и у носителей генотипа LL гена 5НТТ (снизу)

При этом носители мутантного генотипа гена 5НТТ характеризовались преобладанием подвижного типа нервной деятельности, в то время как у обладателей генотипа LL доминировал вариант, промежуточный между инертным и подвижным.

Ген 5Т2А кодирует рецептор серотонина 2А, который распространен в периферических тканях, опосредует сократительные реакции гладких мышц. СС - нормальный вариант полиморфизма. Для его носителей характерно повышение скорости реакции под воздействием физической нагрузки, генотип СТ предпочтителен при отборе в игровые виды спорта; ТТ - мутантный вариант полиморфизма, для него характерна высокая агрессивность, быстрое развитие усталости, снижение адаптации к нагрузкам. Распределение генотипов данного гена у обследованных юных футболистов представлено на рисунке 6.

Рис. 6. Распределение полиморфизмов гена 5Т2А у юных футболистов

Как показали проведенные исследования, среди обследованных отмечалось преобладание генотипов СС и СТ. При этом было характерно равное их распределение у респондентов (рис. 7).

Как показали проведенные исследования, подвижный тип нервной деятельности, как наиболее предпочтительный у представителей игровых видов спорта отмечался у носителей генотипа СС гена 5НТ2А, при этом у 60% данного контингента, отмечалась высокая скорость зрительно-моторных реакций и устойчивость внимания при реакции выбора и различения.

Таким образом, установлена зависимость скорости простой и сложной сенсомоторной реакции у обследованных в зависимости от распределения полиморфизмов генов 5НТТ и 5НТ2А. Полученные данные необходимо учитывать при отборе в игровые виды спорта: при выявлении «нежелательных» денотипов - проведение психологической и медикаментозной коррекции, динамический мониторинг психофизиологических показателей для индивидуализации тренировочного процесса.

Рис. 7. Тип высшей нервной деятельности и характеристика сенсомоторной реакции в зависимости от генотипа гена 5НТ2А

За последние 10 лет выявлено относительно немного генетических маркеров, ассоциированных со спортивной деятельностью, что, по-видимому, обусловлено тремя основными причинами. Во-первых, один ДНК-полиморфизм вносит лишь незначительный вклад в общее развитие какого-либо признака. Определение этого вклада представляется крайне сложной задачей (нужны большие выборки, метаанализ данных независимых исследований, проведение корреляционного анализа маркера с фенотипами ядерного, клеточного и тканевого уровней).

Очевидно, что приоритетным направлением является не спорт, а здоровье человека: эти предпочтения отражены в генетической карте физической активности человека в виде соотношения «спортивных» генов и генов, ассоциированных со значимыми для здоровья фенотипами, изменяющимися в ответ на физические нагрузки.

Необходимо подчеркнуть значимость фенотипических маркеров, поскольку только они могут отражать влияние среды на генетически детерминированные признаки. Отличительная особенность генетических маркеров, не меняющихся на протяжении всей жизни, - это возможность их определения сразу после рождения, а значит, прогноз развития показателей, значимых в условиях спортивной деятельности, можно составить очень рано.

При решении проблем спортивного отбора и спортивной ориентации, особенно на этапе начального отбора, несмотря на солидный опыт педагогов и тренеров, очень часто составляются неправильные прогнозы успешности отдельных спортсменов.

Современные методы спортивной медицины и генетики позволяют избежать многих «неуспешных» решений в этом плане с помощью своевременного определения фенотипических и генетических маркеров, в разной степени отражающих наследственные задатки отдельных индивидуумов. Кроме того, на основании изучения этих маркеров появляются предпосылки к индивидуализации и оптимизации тренировочного процесса для достижения максимального тренировочного эффекта.

Читайте также

• Генетика и бодибилдинг
• Генетические факторы нарушения обмена веществ у детей
• Определение тренировочной и соревновательной нагрузки
• Функциональные возможности дыхательной системы
• Функциональные возможности сердечно-сосудистой системы
• Оценка психологического состояния спортсмена (тесты)
• Развитие физических качеств