Es war das Duell der Giganten: das 100-Meter-Finale der Männer bei den Olympischen Sommerspielen 1988 im südkoreanischen Seoul. Ben Johnson, breitschultrig und kräftig, forderte den bis dahin unschlagbaren Carl Lewis heraus. Johnson gewann in sagenhafter Weltrekordzeit von 9,79 Sekunden – und setzte sich damit vor die gesamte Weltelite. Doch sein Triumph währte nicht lange. Zwei Tage nach Johnsons Sieg wurden Spuren des unerlaubten Dopingmittels Stanozolol, eines anabolen Steroids, in seinem Urin gefunden. Johnson verlor Olympiasieg und Weltrekord. Zwei Jahre durfte er nicht bei Wettkämpfen starten. Seine Goldmedaille musste er an Carl Lewis abtreten.

Dennoch hat der Kanadier neue Maßstäbe gesetzt. Nicht allein wegen seines unglaublichen Rekords, gegen den die Sprinter elf Jahre vergebens anliefen. Erst 1999 gelang es dem US-Amerikaner Maurice Green Johnsons Zeit zu toppen. 2002 verbesserte Greens Landsmann Tim Montgomery den Rekord auf 9,78 Sekunden. Mit Ben Johnson hat sich auch die physische Erscheinung der Weltklassesprinter entscheidend gewandelt. Während die Läufer zuvor – Carl Lewis etwa oder Jesse Owens – eher von schlanker Statur waren, sind die Athleten heute immens muskulös.

„Die Sprintschnelligkeit resultiert aus den Faktoren Schrittlänge und Schrittfrequenz“, weiß Thomas Hilberg, Sportmediziner an der Universität Jena. Während man für eine hohe Schrittfrequenz in erster Linie koordinative Fähigkeiten braucht, entscheidet über die Schrittlänge die Muskelkraft. Die hängt vom Muskelquerschnitt ab. „Je mehr Muskelfasern innerhalb eines Muskels gleichzeitig aktiviert werden können, umso mehr Kraft kann der Muskel freisetzen und umso explosiver ist der Lauf des Sportlers“, sagt Hilberg.

Doch wie lassen sich Siegermuskeln à la Johnson, Green oder Montgomery trainieren? Hilbergs These: „Zum Sprinter muss man geboren sein.“ Forschungsergebnisse aus den letzten Jahren belegen, dass Athleten die Fähigkeit zu sportlichen Höchstleistungen bereits in die Wiege gelegt bekommen. „Zu etwa 20 bis 50 Prozent entscheidet allein die richtige genetische Ausstattung über den sportlichen Erfolg“, sagt auch Claude Bouchard, Leiter des Pennington Biomedical Research Center an der Louisiana State University.

Ende der neunziger Jahre ließ er Testpersonen – bis dahin allesamt „Couch Potatoes“ – aus verschiedenen Familien ein 20-wöchiges Trainingsprogramm absolvieren: Bis zu 50 Minuten täglich strampelten sich die fast 500 Versuchspersonen auf dem Ergometer ab. Während des Trainings ermittelten Bouchard und seine Kollegen, wie viel Sauerstoff die Testpersonen aufnahmen. Sauerstoff versorgt die Muskelzellen mit Energie und ist ein Gradmesser für ihre Ausdauer. Bouchard fand deutliche Unterschiede. Im Schnitt konnten die Personen nach dem Training etwa einen halben Liter Sauerstoff pro Minute mehr aufnehmen. Doch während das zusätzliche Volumen bei einigen Sportlern bis zu einem Liter pro Minute ausmachte, erzielten andere Personen nur minimale oder überhaupt keine Trainingseffekte. Auffällig dabei: Innerhalb der Familien und besonders bei eineiigen Zwillingen gab es eine große Übereinstimmung beim erzielten Trainingseffekt. „ Diese Ergebnisse zeigen, dass Trainingserfolge erblich bedingt sind“, sagt Bouchard.

Was die Muskulatur eines Weltklassesprinters neben ihrer Größe vor allem auszeichnet, ist ihr Vermögen, sich außerordentlich schnell zusammenzuziehen. Bereits in den sechziger Jahren entdeckten mehrere Wissenschaftler, darunter der Medizinnobelpreisträger von 1963, der Australier John Eccles, dass es unterschiedlich schnelle Muskelfasern gibt, die sich biochemisch unterscheiden (siehe Kasten „Die Muskel-Motoren“). Während Durchschnittsmenschen etwa die gleiche Zahl langsamer wie schneller Muskelfasern haben, besitzen Weltklassesprinter bis zu 80 Prozent schnelle Muskeln. Ausdauersportler hingegen – Marathonläufer, Ruderer oder Radsportler – verfügen über einen überdurchschnittlich hohen Anteil an langsameren, ausdauernden Muskelfasern.

Wie viel schnelle oder langsame Muskelfasern jemand besitzt, ist allerdings nicht nur eine Frage der Gene. „Muskeln sind extrem anpassungsfähig“, weiß Geoffrey Goldspink, einer der führenden Muskelforscher weltweit. Denn die unterschiedlichen Typen von Muskelfasern können sich ineinander umwandeln. Entdeckt wurde dieses Phänomen an Patienten mit Querschnittslähmung. Während sie insgesamt Muskelmasse verlieren, wandeln sich ihre langsamen, ausdauernden Fasern fast vollständig in schnelle Fasern um. Das Gleiche passiert Astronauten, die Wochen oder gar Monate in der Schwerelosigkeit verbringen. Biologen der Marquette University in Milwaukee im US-Bundesstaat Wisconsin haben Astronauten nach zweiwöchigen Shuttleflügen untersucht und festgestellt, dass die Kontraktionsfähigkeit ihrer langsamen Muskulatur um ein Fünftel abnahm. Der Durchmesser der einzelnen Muskelfasern schrumpfte ebenfalls.

Vor einigen Jahren entdeckten Geoffrey Goldspink und seine Kollegen von der Royal Free and University College Medical School der University of London, wie Krafttraining Muskeln wachsen lässt. Durch Dehnungsreize entsteht in den Muskelzellen ein bestimmtes Eiweiß, das Goldspink den „Mechano Growth Factor“ (MGF) nannte. Dieser natürliche Wachstumsfaktor entsteht vorwiegend in trainierten Muskelzellen und stimuliert die Synthese von Muskelfaser-Eiweißen.

Doch nicht nur gezieltes Krafttraining regt das Muskelwachstum an. Dutzende biochemische Substanzen im menschlichen Körper beeinflussen den Auf- und Abbau von Muskelzellen – vor allem Hormone, wie Wachstums-, Schilddrüsen- und Geschlechtshormone. Spitzenreiter der substanzaufbauenden, „anabolen“ Wirkung ist das männliche Sexualhormon Testosteron. Seiner effizienten Wirkung verdankt Testosteron eine steile Karriere als Dopingmittel. Seit fünf Jahrzehnten schlucken oder spritzen Sportler Testosteron oder dem Hormon verwandte Substanzen, um ihren Muskeln auf die Sprünge zu helfen. Über das Blut gelangen die Anabolika in die Muskelzellen. Dort dringen sie in die Zellkerne ein und veranlassen die Muskelzellen, vermehrt Aktin und Myosin zu produzieren, die „Muskel-Motoren“ (siehe gleichnamigen Kasten). Als Folge wachsen die Muskeln und können mehr Kraft entwickeln. Anabolika sind die weitaus am häufigsten eingesetzten Dopingmittel. Hunderte dieser Substanzen wurden seit den fünfziger Jahren synthetisiert und im Tierversuch getestet, darunter Nandrolon, Stanozolol und Metenolon. Besonders wirksam erwiesen sie sich bei Frauen, deren Spiegel an männlichen Sexualhormonen normalerweise niedrig ist. „Es ist nicht auszuschließen, dass etliche Spitzenleistungen in der Leichtathletik, aber auch in anderen Sportarten, in denen die Muskelkraft einen entscheidenden Faktor darstellt, durch Anabolika-Doping zustande kamen“, meint Thomas Hilberg vorsichtig.

Anabolika stehen seit 1976 auf der Liste der verbotenen Substanzen. Nach den Skandalen Ende der achtziger Jahre wurden die Kontrollen weltweit verschärft. Seit Einführung der Trainingskontrollen sinkt die Zahl der positiven Fälle. „Auch wenn die Kontrollen bei weitem nicht alles aufdecken können, stellen wir in Deutschland zumindest eine rückläufige Tendenz in Sachen Anabolika-Doping fest“, sagt Wilhelm Schänzer, Leiter des Instituts für Biochemie an der Sporthochschule Köln. Schänzers Labor ist eines der beiden vom IOC akkreditierten Dopinglabors in Deutschland. Gemeinsam mit dem Doping-Kontrolllabor im sächsischen Kreischa haben Schänzer und seine Kollegen im vergangenen Jahr fast 20 000 Doping-Proben analysiert. Weniger als ein Prozent erwies sich als positiv.

„Es wird ständig nach neuen Möglichkeiten gesucht, sportliche Leistungen zu steigern“, sagt Schänzer. „Das im vergan-

genen Jahr aufgetauchte THG ist sicher kein Einzelfall.“ THG steht für Tetrahydrogestrinon, ein anaboles Steroid, das im Oktober 2003 zum ersten Mal bei US-Athleten nachgewiesen wurde. Es gilt als die erste eigens zu Dopingzwecken entwickelte Substanz. Doch egal ob Designer-Substanz oder Altbewährtes – bisher haben alle Dopingmittel einen Haken: Sie müssen während des Trainings über Wochen und Monate praktisch ständig eingenommen werden. Sobald man sie absetzt, bleibt ihre Wirkung aus. Hormone werden im Körper rasch abgebaut und ausgeschieden. Doch einige Sportler träumen längst davon, ihre Physis dauerhaft aufzupolieren: mit der Genspritze.

„Der Vorteil des Gendopings liegt klar auf der Hand“, erklärt Peter Schjerling, Genetiker am Muskel-Forschungszentrum der Universität Kopenhagen. „Theoretisch braucht sich der Athlet eine einzige Spritze setzen zu lassen und ist für den Rest seines Lebens gedopt.“ Durch die Spritze wird ein Stück Erbsubstanz mit einem zusätzlichen Gen in die Muskelzellen geschleust. Es sorgt dafür, dass die Muskelzellen die notwendigen Eiweiße von selbst produzieren, um zu wachsen. Die ersten derartig genmanipulierten Muskelprotze gibt es bereits. Als die Forscher um Geoffrey Goldspink das Gen für den „Mechano Growth Factor“ in die Muskeln von Mäusen spritzten, wuchsen die Muskeln der Tiere innerhalb von zwei Wochen um ein Viertel. „Was in der Maus funktioniert, wirkt auch beim Menschen“, ist Goldspink überzeugt.

Andere Wissenschaftler bestätigen Goldspinks Befunde. Forscher der Universitäten von Philadelphia und Austin haben das Gen für einen dem MGF verwandten Wachstumsfaktor, den IGF-1, in die Muskelzellen von Ratten injiziert. Danach ließen sie einen Teil der Tiere ein Krafttraining absolvieren: Mit Gewichten beladen, mussten die Ratten eine fast senkrecht stehende, einen Meter lange Leiter erklimmen. Als die Forscher die Tiere acht Wochen später untersuchten, stellten sie fest, dass die Muskeln der „ IGF-1-Ratten“ um durchschnittlich 15 Prozent gewachsen waren. Muskeln von Ratten, die zusätzlich das Krafttraining absolviert hatten, wuchsen gar um ein Drittel. Doch Elisabeth Barton, eine der beteiligten Wissenschaftlerinnen, stellt klar: „Wir wollen keine Dopingmethode etablieren, sondern Patienten mit Muskelschwäche heilen.“ Besonders ältere Menschen, deren Muskeln aufgrund des Alters immer kraftloser werden, könnten von einer Gentherapie profitieren. „Doch natürlich lässt sich eine solche Therapie missbrauchen“, ist sich Barton bewusst.

Einmal in das Erbgut der Muskelzellen eingebracht, bleibt das zusätzliche Gen im Idealfall erhalten, solange die Zelle lebt. „ Der zusätzlich von der Zelle gebildete Wachstumsfaktor ist übrigens mit dem natürlichen absolut identisch“, sagt Barton. Das bedeutet: Dopingtests wären nutzlos. „Nur durch eine Muskelbiopsie könnte man Dopingsündern auf die Schliche kommen.“ Da als „Transportmittel“ für die transferierten Gene meist umfunktionierte Viren benutzt werden, müssten sich die Reste des Viren-Erbgutes in den Muskelzellen aufspüren lassen. „Das ist technisch zwar möglich, aber man muss ganz genau wissen, wo man zu suchen hat.“

Doch für Horst Michna, Sportwissenschaftler und Biologe, sind Gentherapie und Gendoping bislang nicht mehr als Zukunftsmusik. „ Die Risiken zum gegenwärtigen Zeitpunkt sind viel zu hoch“, sagt der ehemalige deutsche Meister im Rudern, der heute den Lehrstuhl für Sport und Gesundheitsförderung der Technischen Universität München leitet. Michna verweist auf eine Reihe von Fehlschlägen in klinischen Studien. So starb 1999 der damals 18-jährige Jesse Gelsinger an den Folgen einer Gentherapie gegen eine erbliche Stoffwechselstörung. 2002 musste eine Gentherapie-Studie in Frankreich abgebrochen werden, da zwei von zehn Kindern mit der angeborenen schweren Immunschwäche SCID infolge der Therapie an Leukämie erkrankten. „Bisher gibt es weltweit kein zugelassenes Gentherapie-Verfahren“, sagt Michna.

Andere Wissenschaftler, darunter Peter Schjerling, sehen im Gendoping durchaus eine ernst zu nehmende Gefahr. Auch die Welt-Anti-Doping-Agentur (WADA) hat inzwischen reagiert. Seit dem vergangenen Jahr ist Gendoping explizit verboten. Die klinische Anwendungen der Gentherapie lässt zwar noch auf sich warten, doch das schließt nach Ansicht Schjerlings die Möglichkeit nicht aus, dass Gendoping bereits ausprobiert wird. „Es gibt etliche Beispiele von Substanzen, die zuerst als Dopingmittel benutzt wurden, bis sie sich in der Behandlung von Kranken durchsetzten.“ Dazu gehört das Blutdopingmittel Erythropoietin, kurz EPO. Das Mittel ist seit 1989 als Medikament zur Behandlung von Nierenkranken zugelassen, tauchte aber bereits während der Erprobungsphase im Radsport auf. „Ich sehe keinen Grund, warum Gendoping nicht eines Tages funktionieren sollte. Die Methode ist einfach. Jeder Molekularbiologe kann das“, ist Schjerling überzeugt.

Laut Schjerling wird EPO der erste Praxistest für Gendoping sein. EPO, ein körpereigenes Hormon, entsteht in der Niere und ist für die Bildung der roten Blutkörperchen unerlässlich. Patienten, deren Nieren versagen, leiden an Blutarmut. Zur Therapie wird ihnen gentechnisch gewonnenes EPO gespritzt, wodurch die Zahl ihrer roten Blutzellen steigt. Den gleichen Effekt hat EPO bei Sportlern, denen das Plus an Blutfarbstoff bis zu sieben Prozent Leistungszuwachs bringt. Vor allem Ausdauersportler profitieren davon.

Zahllose EPO-Skandale in den vergangenen Jahren belegen die Attraktivität des Blutdopings. So wurde während der Tour de France 1998 ein Mannschaftswagen des französischen Festina-Teams voller EPO-Ampullen aufgespürt und das Team disqualifiziert. Der Olympia-Sieger über 50 Kilometer Skilanglauf, Johann Mühlegg, musste nach einer positiven Dopingprobe während der Winterspiele 2002 seine Medaille wieder abliefern. Im Blut des Sportlers konnten die Doping-fahnder das gentechnisch hergestellte EPO nachweisen, das sich geringfügig von dem unterscheidet, das der Körper selbst bildet. Durch eine Gentherapie könnten Patienten wie Sportlern zusätzliche EPO-Gene verabreicht werden, was sie mehr körpereigenes EPO produzieren ließe. Dass so etwas möglich ist, haben Mediziner der Universität Chicago bereits 1997 bewiesen. Sie injizierten Mäusen und Affen zusätzliche EPO-Gene. Daraufhin stieg der Anteil der roten Blutzellen im Blut der Tiere auf 70 bis 80 Prozent. Die Hälfte ist normal.

Der Fundus möglicher genetischer Manipulationsstellen wächst indessen rapide. „Inzwischen sind zahlreiche Gene des Menschen bekannt, die etwas mit der sportlichen Leistungsfähigkeit zu tun haben könnten“, weiß Bernd Wolfarth, leitender Oberarzt der Abteilung für Präventive und Rehabilitative Sportmedizin des „ Klinikums rechts der Isar“ der Technischen Universität München. Allerdings, so der Mediziner, werden sportliche Leistungsmerkmale in der Regel nicht durch einzelne Gene bestimmt. Vielmehr sei eine Vielzahl von Genen an der Ausprägung jedes einzelnen Parameters beteiligt. „In den meisten Fällen tappen wir noch völlig im Dunkeln“. Gemeinsam mit einem internationalen Team von Wissenschaftlern dokumentiert Wolfarth die Erforschung dieser „ Fitness-Gene“. Jedes Jahr geben die Forscher eine Genkarte heraus. Die aktuelle Ausgabe umfasst bereits über 100 Gene. Darunter sind Abschnitte des Erbgutes, die die Energieversorgung der Muskulatur oder die Knochenfestigkeit regulieren. Andere Gene bestimmen, wie effizient Sauerstoff aus dem Blut in die Muskeln gelangt und damit, wie ausdauernd sich diese Muskeln zusammenziehen können. Allein für den Bereich Ausdauer sind im vergangenen Jahr vier Einträge in der Genkarte hinzugekommen.

Erste Fälle von Gendoping seien, so die Schlussfolgerung Peter Schjerlings, nur noch eine Frage der Zeit. Bei den gerade beginnenden Olympischen Sommerspielen in Athen rechnet der Forscher zwar noch nicht damit. „In vier Jahren in Peking werden wir aber sicher Athleten am Start sehen, die sich durch Gendoping fit gemacht haben“, ist Schjerling überzeugt. ■

DR. Ute Schönfelder arbeitet als Wissenschaftsjournalistin und Biochemikerin in Jena.

Ute Schönfelder