Научная статья на тему 'Генетические маркеры предрасположенности к занятиям футболом'

Генетические маркеры предрасположенности к занятиям футболом Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

CC BY
1714
239
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по фундаментальной медицине , автор научной работы — Ахметов И. И., Дружевская А. М., Хакимуллина А. М., Можайская И. А., Рогозкин В. А.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Генетические маркеры предрасположенности к занятиям футболом»

спокойно работать.

Динамика изменения прибыли в контрольной и экспериментальной группах

месяцы

♦ Контр. группа Экспер. группа

Рис. 1. Динамика изменения прибыли в контрольной и экспериментальной группах

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МАРКЕРЫ ПРЕДРАСПОЛОЖЕННОСТИ К ЗАНЯТИЯМ

ФУТБОЛОМ

И.И. Ахметов, А.М. Дружевская, А.М. Хакимуллина, И.А. Можайская, В.А. Рогозкин

ВВЕДЕНИЕ

Высокая конкуренция на международной спортивной арене требуют неустанного поиска новых эффективных, методических, организационных и управленческих решений в многолетней подготовке футболистов. Важную роль в этой системе играет процесс совершенствования комплексного контроля и отбора перспективных футболистов на всех этапах многолетней подготовки.

В настоящее время признано аксиомой, что высоких спортивных результатов может достичь лишь талантливый человек, обладающий определенным комплексом генетических предпосылок к данному виду деятельности [3]. Еще в 80-90 гг. прошлого столетия учеными были разработаны диагностические комплексы, позволяющие определять спортивные задатки по серологическим, гормональным, морфологическим и функциональным маркерам. С совершенствованием методов молекулярной биологии появилась возможность определения генотипов уже сразу после рождения ребенка. В связи с этим, внедрение молекулярно-генетических методов в практику спортивной науки существенно повысило прогностические возможности спортивного отбора и профессиональной ориентации и привело к формированию молекулярной генетики спорта.

В спортивной генетике под термином «молекулярно-генетический маркер» понимается определенный аллель (вариант) гена, ассоциированный с развитием и проявлением какого-либо физического или психического качества, антропометрических, композиционных и других показателей.

В медико-биологическом аспекте элитный спортсмен представляет собой носителя большого числа аллелей генов с нужными для занятий каким-либо видом двигательной деятельности характеристиками. В соответствии с генетической концепцией спортивного отбора, частота благоприятствующих проявлению какого-либо физиче-

ского качества аллелей значимо выше у спортсменов по сравнению с контрольной группой и достигает максимальных значений у высококвалифицированных атлетов [1].

С физиологической точки зрения, футбол представляет собой преимущественно динамическую работу переменной интенсивности. Во время игры в различной последовательности и соотношении с разными интервалами чередуются упражнения, отличные по характеру, мощности и продолжительности. Интенсивность физической нагрузки во время игры колеблется от умеренной до максимальной. Основную часть нагрузки футболиста составляет работа скоростно-силового характера достаточно большой мощности, требующая проявления высокого уровня общей, скоростной и специальной выносливости [2].

Необходимость развития и совершенствования всего этого набора качеств как раз и составляет главную сложность организации и проведения тренировочного процесса в футболе. Если же учесть, что многие психические, психофизиологические или физические качества являются антагонистами, то одновременное развитие их с помощью варьирования различных физических нагрузок, составляющих на сегодняшний день главный арсенал тренировочных средств в футболе, представляет собой почти неразрешимую задачу. Не случайно в современном, особенно клубном и профессиональном, футболе широко распространены поиск и «покупка» талантливых игроков, которых природа уже наградила почти всеми необходимыми качествами [2].

К настоящему времени ассоциация полиморфизмов генов с предрасположенностью к занятиям футболом изучена мало. Так, например, известно, что среди испанских футболистов высокого класса чаще всего встречаются носители генотипа RR по гену альфа-актинина-3 (ЛСТЫ3) [10]. Ранее уже было показано, что наличие этого генотипа ассоциируется с выдающимися скоростно-силовыми возможностями [13], чем не преминула воспользоваться Австралийская футбольная лига в отборе детей для занятий футболом.

Цель настоящего исследования заключалась в изучении распределения частот аллелей генов у футболистов различной специализации и квалификации.

Для поиска ассоциаций были выбраны генетические маркеры, гипотетически способные оказать прямое либо косвенное влияние на скоростно-силовые качества, выносливость, а также мышечную массу: R577X полиморфизм генаЛСТЫ3, Gly482Ser полиморфизм гена 1-альфа-коактиватора гамма-рецептора, активируемого пролифера-торами пероксисом (РОС1Л), 2528G>C полиморфизм гена альфа-рецептора, активируемого пролифераторами пероксисом (РРЛЯЛ), Pro12Ala полиморфизм гена гамма-рецептора, активируемого пролифераторами пероксисом (РРЛЯО), Ala55Val полиморфизм гена разобщающего белка-2 (иСР2), -55^ полиморфизм гена разобщающего белка-3 (ПСР3), G-634C и A-2578C полиморфизмы гена фактора роста эндотелия сосудов (¥ЕОК).

В таблице 1 представлены основные функции вышеуказанных генов и характеристики их полиморфизмов.

МЕТОДИКА

В исследовании принял участие 41 футболист (мужчины в возрасте 18,9±1,2 лет). На момент получения биологического материала для генотипирования 3 спортсмена являлись кандидатами в мастера спорта (КМС) и 38 спортсменов имели взрослый разряд.

Контрольная группа состояла из 490 мужчин (возраст - 14-40 лет), жителей и студентов Санкт-Петербурга и Москвы, а также учащихся средних школ г. Набережные Челны. Главным условием для включения испытуемых в контрольную группу являлось отсутствие стажа регулярных занятий какими-либо видами спорта (по данным анкетирования респонденты не указывали наличие спортивного разряда).

Выделение ДНК из эпителиальных клеток ротовой полости. Для молекулярно-

генетического анализа использовали образцы ДНК испытуемых, выделенные методом щелочной экстракции или сорбентным методом, в зависимости от способа забора биологического материала (смыв либо соскоб эпителиальных клеток ротовой полости).

Анализ полиморфизма длин рестрикционных фрагментов. Полиморфизмы генов определяли с использованием двухпраймерной системы по методам, описанным ранее [1,5-7,9,13]. Для гидролиза ампликонов применяли специфические эндонуклеазы рестрикции. Анализ длин рестрикционных фрагментов продуктов проводили путем электрофоретического разделения.

Статистический анализ данных проводили, используя пакет прикладных программ «GraphPad 1^1а1». Значимость различий в частоте аллелей сравниваемых выборок определяли с использованием критерия хи-квадрат (для больших выборок) или точного теста Фишера (для малых выборок). Различия считались статистически значимыми при /><0.05.

Таблица 1

Описание основных функций генов ACTN3, PGC1A, PPARA, PPARG, UCP2,

UCP3, VEGF и их аллельных ва риантов

Ген Функция белка Аллели дикого типа Аллели альтернативного типа

ACTN3 Стабилизация сократительного аппарата быстрых мышечных волокон R, наличие белка в быстрых мышечных волокнах, аллель быстроты/силы [13] X, отсутствие белка в гомозиготном состоянии (генотип XX), ограничение скоростно-силового потенциала, аллель выносливости [13]

PGC1A Регуляция экспрессии генов, вовлеченных в жировой и углеводный обмен Gly, нормальная утилизация жирных кислот и глюкозы, аллель выносливости [1,8] Ser, снижение утилизации жирных кислот, аллель риска развития ожирения [8]

PPARA Регуляция экспрессии генов, вовлеченных в жировой и углеводный обмен G, нормальная утилизация жирных кислот и глюкозы, аллель выносливости [1,4] C, увеличение утилизации глюкозы, аллель быстроты/силы [4]

PPARG Регуляция экспрессии генов, вовлеченных в жировой и углеводный обмен Pro, аллель риск развития сахарного диабета 2 типа [6] Ala, пониженная транскрипционная активность гена, повышенная чувствительность к инсулину, аллель быстроты/силы [1,6]

UCP2 Разобщение окислительного фосфорилирования, терморегуляция Ala, нормальная терморегуляция [5] Val, увеличение метаболической эффективности мышечной деятельности [5]

UCP3 Транспорт жирных кислот, разобщение окислительного фосфорилирова-ния, терморегуляция C, нормальная терморегуляция [7,11] T, больший расход энергии в покое за счет повышенной экспрессии гена, пониженный риск развития ожирения [7,11]

VEGF G634C Стимуляция роста кровеносных и лимфатических сосудов G, нормальная экспрессия гена [9] C, высокая экспрессия гена, аллель выносливости [9]

VEGF A2578C Стимуляция роста кровеносных и лимфатических сосудов A, нормальная экспрессия гена [12] C, высокая экспрессия гена, аллель выносливости [9,12]

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Анализ распределения частот аллелей по полиморфизмам изучаемых генов в группе футболистов и в контрольной выборке выявил между ними статистически значимые различия. Как видно из таблицы 2, частота РОС1Л Ser (аллель быстроты и силы), РРЛЯЛ С (аллель быстроты и силы), ПСР2 Val (аллель высокой метаболической эффективности мышечной деятельности) и УЕОЕ 634С (аллель выносливости) аллелей была значимо выше у футболистов по сравнению с контрольной группой.

Таблица 2

Распределение частот аллелей генов у футболистов и в контрольной группе

Аллели генов Частота аллелей, % P

Футболисты Контрольная группа

ACTN3 R 63.4 60.8 0.72

PGC1A Ser 43.9 29.9 0.037*

PPARAC 30.5 18.3 0.012*

PPARG Ala 18.3 13.8 0.25

UCP2 Val 56.1 35.4 0.0003*

UCP3 T 30.5 23.2 0.14

VEGF 634C 34.1 23.8 0.045*

VEGF 2578C 58.5 47.4 0.089

Все аллели 41.9 30.4 <0.0001*

Интересно отметить, что преобладающие в группе футболистов аллели являются антагонистами (в одном случае благоприятствующие проявлению быстроты и силы, в другом - выносливости). Однако в биохимическом аспекте эти аллели не интерферируют друг с другом: PGC1A Ser и PPARA C аллели увеличивают утилизацию глюкозы (и, соответственно, анаэробную мощность скелетных мышц и миокарда); UCP2 Val аллель повышает КПД энергопродукции; VEGF 634C аллель повышает аэробные возможности за счет увеличения капилляризации скелетных мышц и миокарда.

Помимо обнаружения значимых аллелей, следует выделить аллели, преобладающие в группе футболистов по сравнению с контролем, но лишь на уровне значимости, близкой к/>=0.05. Это - PPARG Ala (аллель быстроты и силы: увеличивает утилизацию глюкозы за счет повышенной чувствительности мышц к инсулину), UCP3 T (аллель выносливости: увеличивает утилизацию жирных кислот) и VEGF 2578C (аллель выносливости: увеличивает капилляризацию мышц) аллели (табл. 2). Что касается ACTN3 R аллеля (аллель быстроты и силы), который преобладал у испанских футболистов [10], то в нашем исследовании существенных различий в частоте аллелей по ACTN3 получено не было. Тем не менее, заметим, что все футболисты-КМС являлись носителями генотипа RR.

Проведение комплексного анализа позволило выявить значимое преобладание суммарной частоты вышеуказанных аллелей у футболистов по сравнению с контрольной группой (41.9% против 30.4%, Р0.0001).

Дед (полузащитник, высшая лига) Нет генетических данных

Отец (защитник, первый дивншон) ACTN3 RR. PGC'IA Gly Gly. PPARA GC, PPARG Pro Ala. UCP2 Ala/Val, UCP3 C'T, VEGF GC. VEGF AC

X

Сын 1 (действующий полузащитник. П-ой днвіп ) ACTN3 RX, PGCIA Gly/Sei, PPARA GC, PPARG Pi о Pi о, UCP2 Ala/Val, UCP3 CT, VEGF CC, VEGF CC

Мать і (принтер. разряд)

ACTN3 XX. PGCIA Gly Ser, PPARA GC, PPARG Pro Pro. UCP2 Ala/Val, UCP3 C'T, \TGF GC. VEGF AC

Сын 2 (действующий полузащнтннк. П-ой дивіп.) ACTN3 RX, PGCIA Gly/Sei, PPARA GC, PPARG Pi о Ala, UCP2 Val/Val, UCP3 CC, VEGF GC, VEGF CC

Дочь (спорт гимнастика) ACTN3 RX, PGCIA Gly/Gly, PPARA GG, PPARG Pi о Pi о UCP2 Ala/Val, UCP3 CT,

. VEGF GC, VEGF AC .

Рис. 1. Пример спортивной семьи, в которой все мужчины занимались либо продолжают заниматься футболом (с указанием генотипов по АСТШ, PGC1A, PPARA, PPARG, иСР2, иСРЗ и VEGF)

Для установления факта передачи аллелей, благоприятствующих занятиям фут-

болом, нами дополнительно был проведен генеалогический анализ одной спортивной семьи, в которой все представители мужской линии профессионально занимались футболом (сыновья продолжают заниматься), мать - бегом на короткие дистанции, дочь - спортивной гимнастикой.

В настоящем исследовании у пловцов и в контрольной выборке нами были изучены полиморфизмы 5 генов, регулирующих активность нескольких десятков генов, вовлеченных в энергообеспечение мышечной деятельности и обмен кальция. Показано, что частоты аллелей выносливости преобладают у стайеров и достигают максимальных значений у высококвалифицированных спортсменов. Аналогичным образом частоты аллелей быстроты/силы превалируют в группе спринтеров и имеют тенденцию к повышению по мере роста спортивной квалификации. Эти факты согласуются с генетической концепцией спортивного отбора и отражают феномен накопления благоприятных для определенной двигательной деятельности аллелей.

Таким образом, результаты проведенного исследования открыли возможность создания диагностических комплексов на основе ДНК-технологий для выявления индивидуальной наследственной предрасположенности человека к занятиямразличными видами спорта.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ассоциация полиморфизмов генов-регуляторов с аэробной и анаэробной работоспособностью спортсменов / И.И. Ахметов, Д.В. Попов, И.А. Можайская, С.С. Миссина, И.В. Астратенкова, О.Л. Виноградова, В.А. Рогозкин // Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. - 2007. - Т. 93 - №.8. - С. 837-843.

2. Высочин, Ю.В. Факторы, лимитирующие прогресс спортивных результатов и квалификации футболистов / Ю.В. Высочин, Ю.П. Денисенко // Теория и практика физ. культуры. - 2001. - № 2. - С. 17-21.

3. Сергиенко, Л.П. Основы спортивной генетики : учеб. пособие / Л.П. Серги-енко. - Киев : Вища шк., 2004. - 631 с.

4. A novel polymorphism in the proximal UCP3 promoter region: effect on skeletal muscle UCP3 mRNA expression and obesity in male non-diabetic Pima Indians / P. Schrau-wen, J. Xia, K. Walder, S. Snitker, E. Ravussin // Int J Obes Relat Metab Disord. - 1999. -23 (12). - P. 1242-1245.

5. A Pro12Ala substitution in PPARgamma2 associated with decreased receptor activity, lower body mass index and improved insulin sensitivity / S.S. Deeb, L. Fajas, M. Nemoto, J. Pihlajamaki, L. Mykkanen, J. Kuusisto, M. Laakso, W. Fujimoto, J. Auwerx // Nat Genet. - 1998. - V. 20 (3). - P. 284-7.

6. ACTN3 genotype is associated with human elite athletic performance / N. Yang, D.G. MacArthur, J.P. Gulbin, A.G. Hahn, A.H. Beggs, S. Easteal, K. North // Am J Hum Genet. - 2003. - V. 7 3(3). - P. 627-631.

7. ACTN3 genotype in professional soccer players / C. Santiago, M. Gonzalez-Freire, L. Serratosa, F.J. Morate, T. Meyer, F. Gomez-Gallego, A. Lucia // Br J Sports Med.

- 2007. - 5 June. - 10.1136/bjsm.2007.039172.

8. DNA sequence variation in the promoter region of the VEGF gene impacts VEGF gene expression and maximal oxygen consumption / S.J. Prior, J.M. Hagberg, C.M. Paton, L.W. Douglass, M.D. Brown, J.C. McLenithan, S.M. Roth // Am J Physiol Heart Circ Physiol. - 2006. - V. 290. - P. 1848-1855.

9. Effect of polymorphism of uncoupling protein 3 gene -55 (C>T) on the resting energy expenditure, total body fat and regional body fat in Chinese / Q.C. Fang, W.P. Jia, M. Yang, Y.Q. Bao, L. Chen, R. Zhang, K.S. Xiang // Chin J Cardiovasс Diseas. - 2005. - 22 (5). - P. 485-488.

10. Polymorphisms in vascular endothelial growth factor gene are associated with increased risk of acute rejection in renal transplant recipients / M. Shahbazi, A.A. Fryer, V. Pravica, I.J. Brogan, H.M. Ramsay, I.V. Hutchinson // J Am Soc Nephrol. - 2002. - V. 13. -

P. 260-264.

11. PPARalpha gene variation and physical performance in Russian athletes / I.I. Ahmetov, I.A. Mozhayskaya, D.M. Flavell, I.V. Astratenkova, A.I. Komkova, E.V. Lyu-baeva, P.P. Tarakin, B.S. Shenkman, A.B. Vdovina, A.I. Netreba, D.V. Popov, O.L. Vinogradova, H.E. Montgomery, V.A. Rogozkin // Eur J Appl Physiol. - 2006. - V. 97 (1). - P. 103-108.

12. PPARGC1A genotype (Gly482Ser) predicts exceptional endurance capacity in European men / A. Lucia, F. Gomez-Gallego, I. Barroso, M. Rabadan, F. Bandres, A.F. San Juan, J.L. Chicharro, U. Ekelund, S. Brage, C.P. Earnest, N.J. Wareham, P.W. Franks // J Appl Physiol. - 2005. - V. 99 (1). - P. 344-8.

13. The association between the val/ala-55 polymorphism of the uncoupling protein 2 gene and exercise efficiency / B. Buemann, B. Schierning, S. Toubro, B.M. Bibby, T. Sorensen, L. Dalgaard, O. Pedersen, A. Astrup // Int J Obes Relat Metab Disord. - 2001. - 25 (4).

- P. 467-471.

ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕХОДА ВУЗОВ НА ЕВРОПЕЙСКИЕ СТАНДАРТЫ ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Н.Н. Быков, А.А. Князев, С.Н. Труфанова

При переходе на европейские стандарты профессионального образования, и особенно в области физической культуры и спорта, необходимо научное сопровождение переходных процессов, ибо тривиальная компиляция методологии и методики, содержания и форм даже очень хорошей системы образования без всестороннего анализа всех возможностей и последствий внедрения этой системы в уже существующую приводит, как правило, к снижению ее эффективности и дискредитации инноваций. Простое сопоставление некоторых параметров российской системы профессионального образования с европейской в области физической культуры и спорта показывает, что по объему аудиторной учебной нагрузки аналогичные специальности в воссийских вузах в полтора - два раза превосходят европейские. Аналогичное соотношение наблюдается и в объемах годовой учебной нагрузки, приходящейся на одного преподавателя. Этот видимый невооруженным глазом факт является отражением существенных различий в системах профессионального образования и условиях их функционирования в России и Европе. К основным факторам, характеризующим западноевропейскую систему профессионального образования, можно отнести:

1. Наличие и доступность для преподавателей и студентов высокотехнологичных информационных технологий в области физической культуры и спорта, высокий уровень развития информационной инфрастуктуры как в самих вузах, так и в странах.

2. Нацеленность системы образования, прежде всего, на рыночный спрос и высокая конкуренция в области физической культуры и спорта.

3. Преобладание в структуре бюджета рабочего времени профессорско-преподавательского состава доли времени, отводимого на научную и методическую работу. Это позволяет на более высоком научно-методическом уровне своевременно обеспечивать учебный процесс необходимыми дидактическими материалами.

Перечисленные факторы обеспечивают мобильность и быструю перестраивае-мость системы образования, оперативное формирование и изменение учебных планов и программ по различным специальностям и учебным дисциплинам, а также их высокое качество. Именно высокое качество учебных программ в сочетании с высоким уровнем материально-технического, информационного и кадрового обеспечения учебного процесса западноевропейских вузов позволило ввести систему зачетных единиц (СЗЕ)в качестве основного критерия конвертируемости учебных планов и учебных программ.

Мы считаем, что необходимым условием перехода российских вузов на СЗЕ является доведение социально-экономических условий функционирования вузов до ев-

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.