Изобретение относится к молекулярной биологии, медицинской и спортивной генетике и обеспечивает способ диагностики генетической предрасположенности: к различным видам физической работоспособности путем анализа дезоксирибонуклеиновой кислоты на наличие полиморфных вариантов генов, продукты которых (белки, мРНК) участвуют в процессах, детерминирующих определенные физические качества человека (сила, скорость, выносливость и др.) непосредственно в клиническом образце с использованием различных вариантов метода полимеразной цепной реакции и статистической обработки данных.
Благодаря прогрессу в изучении генома человека появилась реальная возможность не только проводить точную молекулярную диагностику всех генных болезней, но в определенной мере судить о предрасположенности человека к различным заболеваниям (Баранов B.C., Баранова Е.В., Иващенко Т.Э., Асеев М.В. Геном человека и гены «предрасположенности» (Введение в предиктивную медицину) // СПб. Издательство "Интермедика". 2000 г., стр.27-42) и оценивать его некоторые врожденные функциональные (физиологические) особенности (Рогозкин В.А. Расшифровка генома человека и спорт // Теория и практика физической культуры. 2001. N 6, стр.60-63).
С этой целью проводят анализ полиморфизма генов, принимающих участие в тех или иных метаболических процессах. При этом основное внимание уделяют функционально значимым полиморфным заменам нуклеотидов в молекуле ДНК, которые по-разному влияют на функциональную активность соответствующих генопродуктов. Большое значение в таких исследованиях имеет изучение полиморфизма генов, продукты которых обеспечивают различные звенья одной той же или близко сопряженных метаболических цепей, то есть входящих в одну генную сеть. Такой системный подход позволяет более адекватно оценить роль соответствующего полиморфного аллеля в формировании функционального статуса организма. Удобную модель для таких исследований представляет ренин-ангиотензиновая система (Blanchard В. Е., Tsongalis G.J., Guidry М. A., LaBelle L. A., Poulin М., Taylor A.L., Maresh С.М., Devaney J., Thompson P. D. Pescatello L. S. RAAS polymorphisms alter the acute blood pressure response to aerobic exercise among men with hypertension // Eur J Appl Physiol (2006) DOI -0142-8). Белковые продукты ее генов играют ключевую роль в регуляции кровяного давления и гомеостатической функции почек и обеспечивают таким образом важнейшие компенсаторные физиологические процессы в организме.
Анализ генетического полиморфизма человека зачастую ограничивается сравнительным анализом аллельных частот и распределения генотипов в популяции и у больных с различными мультифакториальными заболеваниями, что обусловлено, прежде всего, задачами практического здравоохранения - предиктивной (профилактической) медицины (Определение генетической предрасположенности к наследственным и мультифакториальным заболеваниям. Генетический паспорт // Методические рекомендации. - СПб.: ИКФ "Фолиант", 2001. - 48с.)
Стандартный способ определения предрасположенности человека к скоростно-силовым и выносливым видам физической работоспособности включает выделение ДНК, проведение полимеразной цепной реакции (ПЦР), анализ ПЦР продуктов методом полиморфизма длин рестрикционных фрагментов (ПДРФ) (Sambrook J., Fritsch E.F., Maniatis Т. Molecular cloning: a laboratory manual. Cold Spring Harbor Laboratory Press, USA, 1989, p.5.3-5.31, 6.36-6.45, 9.14-9.23, 14.14-14.19) или любым другим методом анализа генетического полиморфизма.
Не меньшее значение, однако, имеет изучение особенностей генетического полиморфизма среди условно "здоровых групп" населения, таких как долгожители, спортсмены, новорожденные и другие. Предполагается, что такого рода исследования также могут дать важную информацию о роли и функциях того или иного гена в сложной генетической сети, формирующей функциональный статус организма человека.
Известно, что формирование, проявление и развитие физических качеств человека подчинено сложной цепи взаимодействия генетических факторов и внешнего влияния окружающей среды, которая в процессе многолетней спортивной подготовки включает тренировочные воздействия, соревновательные нагрузки и необходимые средства восстановления. В результате такого взаимодействия наследственные признаки могут проявляться полностью или частично. Очевидно, можно говорить о наследовании определенной генетической предрасположенности к проявлению различных физических качеств человека, развитие которых зависит от биосоциальных условий. По оценке исследователей, на долю средовых (тренирующих) воздействий приходится лишь около 15-25% общей изменчивости тренируемости, а генотипический вклад составляет 75-85% (Сологуб Е.Б., Таймазов В.А., Спортивная генетика / М.: Терра-Спорт, 2000).
Из патентной литературы известен способ определения предрасположенности к онкологическим заболеваниям мочеполовой системы, включающий исследование гена GP3a, при этом при обнаружении в нем сочетания аллелей PL-A1 и PL-A2 устанавливают предрасположенность к онкологическим заболеваниям, в том числе к инвазивным и метастатическим формам (заявка на изобретение РФ № 2004106510, C12Q1/68, опубл. 10.08.2005). Недостатком данного способа является неточность вследствие неучета влияния других генов на эту предрасположенность, таких как р53, GSTM1, GSTT1, Сур1А1 и др.
Известен способ прогнозирования спортивных способностей индивидуума, включающий в себя скрининг полученного от индивидуума образца на наличие одной или нескольких генетических разновидностей гена α-актинина-3 (ACTN3) и прогнозирование спортивных способностей на основании наличия одной или нескольких генетических разновидностей, а также скрининг полученного от индивидуума образца на наличие одной или нескольких разновидностей гена α-актинина-3 (ACTN3); и выбор индивидуальной тренировочной программы для оптимизации силовых возможностей, энергии или выносливости (заявка на изобретение РФ № 2005111236, C12Q1/68, C12N15/12, опубл. 20.11.2005.
Недостатком этого способа является неточность прогноза, обусловленная невозможностью на основе результатов тестирования одного гена делать полные рекомендации. Для прогнозирования спортивных способностей необходимо исследовать дополнительно гены, которые ответственны за влияние на физиологические, биохимические, гистологические и др. способности, ассоциированные с определенным типом физической работоспособности.
Известен способ выявления предрасположенности человека к выполнению длительной физической работы, в котором из промывной жидкости ротовой полости обследуемого выделяют геномную ДНК, в выделенной ДНК эпителиальных клеток посредством ПЦР определяют полиморфизм гена ангиотензин - превращающего фермента (АПФ), проводят разделение обследуемых на три генотипа ИИ, ИД и ДД и по наличию И-аллеля АПФ выявляют генетическую предрасположенность человека к выполнению длительной физической работы (патент РФ № 2194982, G01N33/48, C12Q1/68, опубл. 20.12.2002).
Недостатком этого способа является то, что на его основе нельзя сделать рекомендаций по конкретной принадлежности человека к различным видам физической работоспособности вследствие анализа только одного вида способностей человека и только по одному гену.
Известен способ определения предрасположенности человека к скоростно-силовым и выносливым видам физической работоспособности, включающий выделение ДНК; проведение полимеразной цепной реакции и анализ набора генов АроЕ, ecNOS, AGT, АСЕ, BKR, ADRB1, ADRB2, VDR3, PPAR-α, PPAR-γ, UCP2, UCP3, ACTN3 (Wolfarth В., Bray M. S, Hagberg J. M., et al., The Human Gene Map for Performance and Health-Related Fitness Phenotypes: The 2004 Update. Medicine & Science in Sports & Exercise. P.883-903. http://www.acsm-msse.org).
Недостатком этого способа определения способности человека к той или иной физической нагрузке является то, что в данной работе исследование касается недостаточного числа генов, на основании молекулярно-генетического теста которых можно сделать выводы о той или иной способности к физической нагрузке, в связи с чем невозможно на основе данной работы делать полные рекомендации.
Создание и внедрение в практику способа определения предрасположенности человека к скоростно-силовым и выносливым видам физической работоспособности для индивидуума на основании генетического теста позволит разработать и внедрить комплекс мер, направленных на снижение спортивных травм от неправильного выбора вида физической работоспособности, а также повысить эффективность тренировочных и восстановительных процессов в группах лиц, занимающихся различными видами физической деятельности.
В основу изобретения положена задача создания способа для определения предрасположенности человека к различным видам физической работоспособности и генетической панели для осуществления этого способа путем проведения медико-генетического анализа сразу нескольких мутаций (полиморфизмов) 19 генов.
Вследствие использования предлагаемого способа и панели (набора, группы), состоящей из 19 генов, и оптимизации заключений по результатам анализа всех генов панели качество интерпретаций и рекомендаций увеличивается, поэтому применение способа определения предрасположенности человека к скоростно-силовым и выносливым видам физической работоспособности на основании генетического теста приводит к повышению точности и качества рекомендаций и интерпретаций и делает его пригодным для проведения молекулярных исследований как в специализированных центрах, так и в лабораториях широкого спектра.
Решение этих задач обеспечивается тем, что в генетической панели для определения предрасположенности человека к различным видам физической работоспособности включают соотношение способности и наличия генотипов и аллелей генов АроЕ (Е2.ЕЗ.Е4), ecNOS (4/5), AGT (М/Т), АСЕ (I/D), BKR (I/D, T/C), ADRB1 (Arg/Gly), ADRB2 (Gln27Glu, Arg/Gly), VDR3 (T/t), PPAR-α (G/C), PPAR-γ (Pro/Ala), UCP2 (Ala/Val), UCP3 (C/T), ACTN3 (R/X), AGTR1 (A/C), AGTR2 (C/A), REN (G/A), AR (CAG-повторы), PPAR-δ (T/C), PGC1A (Gly/Ser):
С/С
Т/Т
Arg/Arg
При этом в способе для определения предрасположенности человека к различным видам физической работоспособности, включающем выделение ДНК; проведение полимеразной цепной реакции, анализ генетической панели, содержащей гены и их полиморфизмы АроЕ (Е2,ЕЗ,Е4), ecNOS (4/5), AGT (М/Т), АСЕ (I/D), BKR (I/D, T/C), ADRB1 (Arg/Gly), ADRB2 (Gln27Glu, Arg/Gly), VDR3 (T/t), PPAR-α (G/C), PPAR-γ (Pro/Ala), UCP2 (Ala/Val), UCP3 (С/T), ACTN3 (R/X), AGTR1 (A/C), AGTR2 (C/A), REN (G/A), AR (CAG-повторы), PPAR-δ (T/C), PGC1A (Gly/Ser), анализируют введенные в генетическую панель гены AGTR1 (А/С), AGTR2 (С/А), REN (G/A), AR (CAG-повторы), PPAR-δ (T/C), PGC1A (Gly/Ser), при этом всю генетическую панель анализируют с учетом всех возможных мутаций (полиморфизмов), имеющих функциональное значение и ассоциированных с различными типами физической работоспособностью на основании генетической панели и/или которые могут влиять на физиологические, биохимические, гистологические и др. способности, ассоциированные с определенным типом физической работоспособности; и пишут заключение по анализу «предрасположенности» путем суммирования эффектов разных генотипов по формулам:
если μ*Σ(c1+c2+...cn) ≥ Σ(в1+в2+...вn), то индивидуум положительно ассоциирован со спринтерскими и/или силовыми способностями и отрицательно ассоциирован с выносливостью; если μ*Σ(в1+в2+...вn) ≥ Σ(c1+c2+...cn), то индивидуум положительно ассоциирован с выносливостью и отрицательно ассоциирован со спринтерскими и/или силовыми способностями;
если μ*Σ(c1+c2+...cn) ≥ Σ(в1+в2+...вn) и/или если μ*Σ(в1+в2+...вn) < Σ( c1+c2+...cn), то индивидуум положительно ассоциирован со спринтерскими и/или силовыми способностями и с выносливостью, при этом значение коэффициента и лежит в диапазоне от 0,61 до 0,72, а величины в1-вn, с1-cn в случае наличия способности, при этом каждой «с» соответствует показатель силы и «в» - показатель выносливости, приравнивают к «1», а в случае ее отсутствия приравнивают к «0», то есть каждому генотипу, ассоциированному с определенным типом физической работоспособности присваивается значение 1, а неассоциированному ни с одним из типов типом физической работоспособности, присваивается значение 0.
Повышение точности, более полные рекомендации основываются на введении в рассмотрение большего количества генов и интерпретации результатов на основании суммирования эффектов влияния разных генотипов.
Способ состоит из 4 этапов и осуществляется следующим образом.
Этап I. Выделение ДНК, кДНК по стандартному протоколу.
Этап II. Проведение полимеразной цепной реакции (ПЦР) 19 генов.
Этап III. Анализ ПЦР продуктов методом полиморфизма длин рестрикционных фрагментов (ПДРФ) и/или любым другим методом анализа генетического полиморфизма.
Этап IV. Подбор рекомендаций по прогнозированию предрасположенности человека к различным видам физической работоспособности, например определение наличия спортивных способностей человека к скоростно-силовым и выносливым видам физической работоспособности на основании молекулярно-генетического анализа мутаций и/или полиморфизма, который делается на основании таблицы.
Мало того, следует учитывать также влияние на анализируемые способности физиологические, биохимические, гистологические и др. параметры, ассоциированные с определенным типом физической работоспособности. В этой таблице к таковым относятся те ссылки, на которые помечены «**».
Нами дополнительно введены в рассмотрение гены и дополнительные полиморфизмы ряда генов, отмеченные «*», на основании исследования полученных собственных данных (Глотов А.С., Глотов О.С, Москаленко М.В. и др. Генетическая предрасположенность к физической работоспособности у спортсменов-гребцов // в сб. Медико-биологические технологии повышения работоспособности в условиях напряженных физических нагрузок, выпуск 2, ООО "Анита Пресс", 2006, стр.39-51) и исследований об ассоциации определенных аллелей и генотипов по этим генам других авторов (см. табл.1) с различными биохимическими, физиологическими и анатомическими параметрами и признаками, которые могут предопределить определенный тип физической работоспособности.
Важно отметить, что в таблице 1 приведен лишь один из вариантов обозначения генов, но следует помнить, что мы подразумеваем все принятые в литературе обозначения этих генов (www.pubmed.org) и все возможные мутации (полиморфизмы) для этих генов. Данный подход применяется для повышения точности результатов анализа и рекомендаций. Его можно объяснить на примере гена VDR3. В обзоре (Wolfarth В., Bray М. S, Hagberg J. М., et al., The Human Gene Map for Performance and Health-Related Fitness Phenotypes: The 2004 Update. Medicine & Science in Sports & Exercise. P.883-903. http://www.acsm-msse.org) показана связь Fokl и Apal полиморфизма по гену VDR3 с физической работоспособностью. Мы для повышения точности предлагаем проводить анализ еще и Taql полиморфизма по гену VDR3 с физической работоспособностью (см. табл.1). В связи с вышеизложенным, для проведения более точного молекулярно-генетического анализа мы экстраполируем данные по изучению мутаций (полиморфизма) гена VDR3 на другие гены, подразумевая все возможные мутации (полиморфизмы), приведенные в таблице генов, имеющие функциональное значение и ассоциированные с различными типами физической работоспособностью и/или которые могут влиять на физиологические, биохимические, гистологические и др. способности, ассоциированные с определенным типом физической работоспособности (в таблице приведены только примеры определенных вариантов генотипов и аллелей, ассоциированных с определенным типом физической работоспособности и/или связанными с ней другими способностями).
Прогнозирование предрасположенности человека к различным видам физической работоспособности осуществляется на основании суммирования эффектов разных генотипов по формуле:
если μ*Σ(c1+c2+...cn)≥Σ(в1+в2+...вn), μ=0,66, 0,61<μ<0,72
(Значение параметра μ=0,66 выбрано в связи с тем, что всех людей мы можем подразделить на 3 группы по физическим качествам: обладающие выраженной выносливостью, выраженными скоростно-силовыми качествами и промежуточный тип (каждая группа представлена равной долей)),
то индивидуум положительно ассоциирован со спринтерскими и/или силовыми способностями и отрицательно ассоциирован с выносливостью.
Если μ*Σ(в1+в2+...вn)≥Σ(c1+c2+...cn),
то индивидуум положительно ассоциирован с выносливостью и отрицательно ассоциирован со спринтерскими и/или силовыми способностями.
Если μ*Σ(c1+c2+...cn)<Σ(в1+в2+...вn),
если μ*Σ(в1+в2+...вn)<Σ(c1+c2+...cn),
то индивидуум положительно ассоциирован со спринтерскими и/или силовыми способностями и с выносливостью, то есть ассоциирован с промежуточным типом физической работоспособности.
с1+с2+....cn - количество выявленных у индивидуума генотипов, положительно ассоциированных со спринтерскими и/или силовыми способностями,
в1+в2+...вn - количество выявленных у индивидуума генотипов, положительно ассоциированных с выносливостью.
Каждому генотипу, ассоциированному с определенным типом физической работоспособности, присваивается значение 1, а неассоциированному ни с одним из типов типом физической работоспособности присваивается значение 0.
Пример 1. Выявление генетических маркеров у индивидуума для определения предрасположенности человека к скоростно-силовым и выносливым видам физической работоспособности (см. табл.2).
На основании данных таблицы 2 нами был сделан следующий прогноз спортивных способностей человека к скоростно-силовым и выносливым видам физической работоспособности:
Сумма показателей выносливости=5
Сумма показателей силы=8
μ *8 ≥ 5, следовательно, индивидуум положительно ассоциирован со спринтерскими и/или силовыми способностями и отрицательно ассоциирован с выносливостью.
Пример 2. Человек, про которого известны данные по генотипам 6 генов (см. табл.3).
Сумма показателей выносливости = 4
Сумма показателей силы = 1
μ *4 ≥ 1, следовательно, индивидуум положительно ассоциирован с выносливостью и отрицательно ассоциирован со спринтерскими и/или силовыми способностями.
Данные теста полностью подтверждают отнесение этого индивидуума к группе лиц с выносливой физической работоспособностью.
Один из примеров использования данного способа приведен в нашей работе (Глотов А.С., Глотов О.С, Москаленко М.В. и др. Генетическая предрасположенность к физической работоспособности у спортсменов-гребцов // в сб. Медико-биологические технологии повышения работоспособности в условиях напряженных физических нагрузок, выпуск 2, ООО "Анита Пресс", 2006, стр.39-51), на которую мы ссылались ранее. В работе проведен анализ генов сердечно-сосудистой и костной систем и выявлено, что у гребцов преобладают генотипы, ассоциированные с промежуточным типом физической работоспособности, что подтверждается также другими тестами по отнесению этого вида спорта к промежуточному типу физической работоспособности.
Данный способ позволил оптимизировать заключения по результатам молекулярно-генетического анализа 19 генов, повысить качество интерпретаций и рекомендаций.
Способ определения предрасположенности человека к различным видам физической работоспособности и генетическая панель для осуществления этого способа на основании генетического теста 19 генов приводит к повышению точности и качества рекомендаций и интерпретаций и делает его пригодным для проведения молекулярных исследований, связанных с исследованием ДНК, как в специализированных центрах, так и в лабораториях широкого спектра.
Изобретение относится к молекулярной биологии и генетике и может быть использовано в спорте и в медицине. Предрасположенность человека к различным видам физической работоспособности определяют путем анализа дезоксирибонуклеиновой кислоты с помощью генетической панели, включающей соотношение способности и наличия генотипов и аллелей генов, и суммирования эффектов разных генотипов. Генетическая панель включает в себя полиморфизмы генов АроЕ, ecNOS, AGT, AGTR1, АСЕ, AGTR2, BKR, REN, ADRB1, ADRB2, VDR3, AR, PRAR-α, PRAR-δ, PRAR-γ, PGC1A, UCP2, UCP3, ACTN3. Эти полиморфизмы ассоциированы с различными типами физической работоспособности и/или способностями, влияющими на определенный тип физической работоспособности. Применение изобретения позволяет повысить точность и качество рекомендаций и интерпретаций при определении предрасположенности человека к различным видам физической работоспособности. 2 н.п. ф-лы, 3 табл.
если μ*Σ(с1+с2+...cn)≥Σ(в1+в2+...вn), то индивидуум положительно ассоциирован со спринтерскими и/или силовыми способностями и отрицательно ассоциирован с выносливостью; если μ*Σ(в1+в2+...вn)≥Σ(с1+с2+...cn), то индивидуум положительно ассоциирован с выносливостью и отрицательно ассоциирован со спринтерскими и/или силовыми способностями;
если μ*Σ(с1+с2+...cn)<Σ(в1+в2+...вn) и/или если μ*Σ(в1+в2+...вn)<Σ(с1+с2+...cn), то индивидуум положительно ассоциирован со спринтерскими и/или силовыми способностями и с выносливостью, при этом значение коэффициента μ лежит в диапазоне от 0,61 до 0,72, а величины в1-вn, c1-cn в случае наличия способности, при этом каждой «с» соответствует показатель силы и «в» - показатель выносливости, приравнивают к «1», а в случае ее отсутствия приравнивают к «0», то есть каждому генотипу, ассоциированному с определенным типом физической работоспособности присваивается значение 1, неассоциированным ни с одним из типов типом физической работоспособности присваивается значение 0.
| WOLFARTH В, BRAY MS, HAGBERG JM, PÉ RUSSE L, RAURAMAA R, RIVERA MA, ROTH SM, RANKINEN T, BOUCHARD C | |||
| Способ приготовления мыла | 1923 |
|
SU2004A1 |
| Med Sci Sports Exerc | |||
| Способ обработки целлюлозных материалов, с целью тонкого измельчения или переведения в коллоидальный раствор | 1923 |
|
SU2005A1 |
| DELMONICO MJ, FERRELL RE, MEERASAHIB A, MARTEL GF, ROTH SM, KOSTEK MC, HURLEY BF | |||
| Blood pressure | |||
