Multiomics analyses in de sport: een nieuwe revolutie?

Training

Multiomics analyses in de sport: een nieuwe revolutie?

Dieter Deprez Scientific accountmanager

Dieter Deprez studeerde in 2006 af als master lichamelijke opvoeding (optie sporttraining, UEFA-A diploma voetbal), waarna hij assistent werd aan de Universiteit Gent. In 2015 behaalde hij een doctoraat in de bewegings- en gezondheidswetenschappen met een focus op talentidentificatie en -ontwikkeling binnen het jeugdvoetbal, met speciale aandacht voor het relatieve leeftijdseffect en maturiteit. Ondertussen werkte hij onder meer in de jeugdopleidingen van SV Zulte Waregem en Club Brugge, waar hij instond voor de fysieke opvolging van de spelers in en rond de groeispurt. In 2015 werd hij opgenomen in de technische staf van het eerste team van Club Brugge, waar hij 8 seizoenen werkzaam was als sportwetenschapper en coördinator van het ‘ClubLAB’. Vandaag werkt hij voor Cosmogroup als scientific accountmanager. Cosmogroup is een bedrijf gespecialiseerd in multiomics analyses (DNA, metaboloom en microbioom) om de (sport)voeding en suppletie op maat van de atleet te maken.

Sporter Blog Training Training

Ooit al gehoord van 'sportomics'? Het is één van de nieuwe wetenschappelijke (r)evoluties die gebruikt kan worden in de sportwereld. Het kan in de toekomst misschien wel een rol spelen in sportprestatie en talentidentificatie! Bewegingswetenschapper Dieter Deprez vertelt je alles over 'sportomics' en geeft je een voorbeeld hoe het praktisch geïmplementeerd kan worden.

Inleiding

Sport en fysieke activiteit zijn complexe, multifactoriële en niet-lineaire activiteiten waarbij de omgeving en ervaring (voeding en training), samen met de biologische en genetische samenstelling van de atleet een heel belangrijke rol spelen, met daarnaast ook psychologische factoren (zoals motivatie). Deze combinatie van genetische eigenschappen en omgevingsfactoren bepaalt het atletisch fenotype, wat zichtbaar is (zie figuur 1).

Van genotype naar fenotype

Figuur 1. Van genotype naar fenotype.

In het laatste decennium zijn de studies naar het effect van sommige genetische varianten (i.e., polymorfismen) op bepaalde fysieke eigenschappen (zoals uithouding, kracht en snelheid) exponentieel gestegen. Hoewel het onderzoek op dit gebied uitgebreid is, is er is nog steeds controverse en debat over de omvang van het potentiële effect van genetica op sportprestaties en over hoe de invloed van positieve/negatieve erfelijke eigenschappen kunnen overwonnen worden door training en dieet. MAAR, via multiomics analyses zou het mogelijk zijn om het atletisch potentieel te optimaliseren en te maximaliseren, en zou ook het risico op sportblessures te voorspellen en dus te vermijden zijn. Daarnaast zouden dergelijke analyses ook in de talentidentificatie bij jongere atleten een rol kunnen spelen.

Multiomics analyses binnen de sport (i.e., sportomics) is een nieuwe, holistische aanpak waarbij de datasets van verschillende ‘omic’-groepen tijdens analyses worden gecombineerd.

Zo kunnen bij multiomics analyses in de sport verschillende markers geïdentificeerd worden die verband houden met de biologische processen in het lichaam én die relevant zijn voor sportieve prestaties.

Figuur 2 toont de verschillende omic-strategieën die tijdens multiomics analyses gebruikt kunnen worden:

- Genomics* > Studie van het menselijk genoom (in kaart brengen van het DNA).
- Epigenomics* > Studie van de omkeerbare wijzigingen in de genexpressie.
- Transcriptomics* > Studie van hoe de genexpressie tot stand komt (via RNA transcriptie).
- Proteomics* > Studie van alle eiwitten en hun functies in het lichaam.
- Metabolomics* > Studie van alle metabole processen in het lichaam.
- Microbiomics* > Studie van de bacteriën in het verteringssysteem.

* zie verklarende woordenlijst

Met de komst van sequencing technologie is de biologie steeds afhankelijker geworden van gegevens die op deze niveaus worden gegenereerd. Deze geïntegreerde benadering combineert individuele omics-gegevens (single omics), om het samenspel van moleculen te begrijpen. Ze helpen bij het beoordelen van de informatiestroom van het ene omics-niveau naar het andere en helpen zo bij het overbruggen van de kloof tussen genotype en fenotype.

Multiomics vs

Figuur 2. Multiomics vs. single omics dataset.

In de praktijk

Hoe kunnen we nu in de praktijk omgaan met deze nieuwe analyses en technieken? Om een beeld te hebben van de verschillende omics-datasets moeten stoelgang-, speeksel, zweet- en urinestalen worden verzameld (Figuur 3). Deze staaltjes worden in specifieke toestellen geanalyseerd en geïntegreerd doorheen de verschillende omics-lagen waarbij de resultaten geïnterpreteerd moeten worden naargelang de specificiteit van de sport. Bijvoorbeeld, de interactie tussen het genoom, metaboloom en microbioom zal voor een uithoudingssport (bv. wielrennen) anders zijn dan voor een explosieve sport (bv. voetbal).

Bij een multiomics rapport worden alle uitkomsten in kaart gebracht die relevant zijn voor een specifieke sport, en er kan gepersonaliseerd advies naar training, recuperatie en voeding gegeven worden.

Multiomics analyses in de praktijk

Figuur 3. Multiomics analyses in de praktijk.

Hieronder wat specifieke voorbeelden wat allemaal in kaart kan gebracht worden na multiomics analyses:

Recuperatie (al naargelang de sport)
Blessuregevoeligheid (in bindweefsel)
Trainingstype (veel snelle of trage spiervezels)
Trainbaarheid (snelle of trage opbouw)
Persoonlijkheidstype (bv. ‘warrior’ vs. ‘worrier’)
Circadiaans ritme (ochtend of avondtype)
Microbioom variatie (aantal soorten en verhouding van bacteriën)
Intoleranties/gevoeligheden (voor lactose of gluten bijvoorbeeld)

Op deze manier kan een gepersonaliseerd trainings- en voedingsadvies gegeven worden. Een voorbeeld voor een voetbalspeler:

*Multiomics*	Resultaat
Recuperatie	48u
Blessuregevoeligheid	Laag
Trainingstype	Snelle spiervezels
Trainbaarheid	Laag
Persoonlijkheidstype	Warrior
Circadiaans ritme	Avondtype
Microbioom variatie	Uit balans
Intoleranties	Gluten

ADVIES voor deze speler:

- Stap 1: Aanpassen van het dieet, rekening houdend met gluten intolerantie en een microbioom uit balans > nutrigenomische oplossing: dieet zodanig aanpassen zodat de genen op een andere manier tot uiting komen, waarbij een zo groot mogelijke variatie in bacteriën wordt nagestreefd.
- Stap 2: Trainingsproces aanpassen zodat het microbioom zo dicht mogelijk aanleunt bij het genetisch potentieel. Met andere woorden, een microbioom in balans zorgt voor een maximale expressie van het genetisch potentieel. In een volgende stap kunnen specifieke trainingsvormen geïntegreerd worden om het atletisch fenotype te wijzigen (bv. meer uithouding trainen voor middenvelders), waarbij ook de voeding zal afgestemd moeten zijn (bv. welke bacteriën zorgen voor een optimalisatie van het zuurstoftransport, wat belangrijk is voor uithouding).
- Stap 3: Gepersonaliseerde supplementen ondersteunen de interactie tussen de genen, de bacteriën en de atleet (fenotype). Bij deze voetballer zal specifieke suppletie aangewezen zijn vóór middagwedstrijden om alerter en frisser te zijn omdat hij een avondtype is.

Conclusie

De verschillende ‘omics’ specialiteiten lijken samen te komen in een unieke benadering, genaamd multiomcs (sportomics) en gedefinieerd als een ‘holistisch en top-down’ analyse, waarbij individueel advies en gepersonaliseerde trainings- en voedingsstrategieën uitgewerkt kunnen worden om het genetisch potentieel te maximaliseren. De kosten en wetenschappelijke uitdagingen lijken enorm, maar wat vandaag al wordt bereikt op het gebied van bijvoorbeeld gepersonaliseerde voeding door middel van multiomics en sensortechnologie leek twintig jaar geleden nog onmogelijk. Er lijkt evidentie vanuit de literatuur dat een gecombineerde ‘omics’-analyses de ontdekking van de genetische invloeden op sportprestaties, trainingsrespons, blessurerisico en andere potentiële determinanten van succesvolle sportprestaties aanzienlijk zal vergemakkelijken. Hoogstwaarschijnlijk zullen ‘omics’-analyses, binnen hier en 20 jaar, ook deel uit maken van de atleetscreening, naast de fysieke en medische screenings. Een aantal innovatieve clubs in België en Nederland zijn hier reeds mee bezig.

Verklarende woordenlijst

Genoom	Verzamelnaam voor al het DNA in de cel (een lang, kronkelend molecuul dat de instructies bevat die nodig zijn om cellen te bouwen en te onderhouden), voor alle genen van een organisme en voor alle chromosomen in een celkern. Elk genoom bevat alle informatie die nodig is voor de opbouw van dat organisme en zijn groei en ontwikkeling. Met andere woorden, het genoom bevat alle erfelijke informatie die zich in de cel bevindt.
Epigenoom	Het epigenoom is verantwoordelijk voor het aan- en uitzetten van genen in een cel, en wordt dan ook het besturingssysteem van ons DNA genoemd. Het epigenoom kan gezien worden als een soort verpakking om het DNA heen. Omgevingsfactoren, zoals voeding, roken, of blootstelling aan bepaalde stoffen, kunnen veranderingen in het besturingssysteem van het DNA veroorzaken en zo levenslang invloed hebben op eigenschappen en kenmerken van mensen. Ook de sociale omgeving kan invloed hebben op het epigenoom.
Transcriptoom	Het menselijk genoom bestaat uit DNA. Deze instructies zijn vastgelegd in de vorm van 'basenparen' van vier verschillende chemicaliën, georganiseerd in 20.000 tot 25.000 genen. Om de instructies uit te kunnen voeren, moet DNA worden "gelezen" en getranscribeerd - met andere woorden, gekopieerd - in RNA. Deze genuitlezingen worden transcripties genoemd, en een transcriptoom is een verzameling van alle genuitlezingen die in een cel aanwezig zijn. Er zijn verschillende soorten RNA. Het belangrijkste type, messenger RNA (mRNA) genoemd, speelt een cruciale rol bij het maken van eiwitten. DNA kan ook worden getranscribeerd naar andere typen RNA die niet coderen voor eiwitten. Dergelijke transcripten kunnen dienen om de celstructuur te beïnvloeden en genen te reguleren.
Proteoom	Het proteoom is de verzameling van alle eiwitten van een organisme die op een bepaald moment tot expressie wordt gebracht of kan worden gebracht door een genoom. Het is de reeks tot expressie gebrachte eiwitten in een bepaald type cel of organisme, op een bepaald moment, onder gedefinieerde omstandigheden. Proteomics is de studie van het proteoom en houdt in dat je begrijpt hoe eiwitten functioneren en met elkaar omgaan. Veel eiwitten vouwen zich bijvoorbeeld in uitgebreide driedimensionale structuren, en sommige vormen complexen met elkaar om hun functies uit te voeren.
Metaboloom	Het metaboloom is de verzameling van alle metabolieten (producten van de stofwisseling) in een cel, orgaan, lichaamsvloeistof of organisme. De term "metaboloom" is ontstaan als analogie op de termen "proteoom" (verzameling van eiwitten) en "genoom" (verzameling van genen). Door de transcriptie van het genoom komt het proteoom tot stand, en door de enzymatische activiteit van het proteoom komt het metaboloom tot stand. Een belangrijk onderwerp binnen de metabolomics is daarom het zoeken naar zogenaamde biomarkers: patronen en afwijkingen in het metabolietenprofiel die aanwijzingen geven over de gezondheidstoestand van een organisme.
Microbioom	Het microbioom is de verzameling van alle microben, zoals bacteriën, schimmels, virussen en hun genen, die van nature op ons lichaam en in ons leven. Hoewel microben zo klein zijn dat ze een microscoop nodig hebben om ze te kunnen zien, dragen ze in grote mate bij aan de menselijke gezondheid en welzijn. Ze beschermen ons tegen ziekteverwekkers, helpen ons immuunsysteem te ontwikkelen en stellen ons in staat voedsel te verteren om energie te produceren.

Referenties

Sportomics: metabolomics applied to sports. The new revolution? Bongiovanni et al. (2019). European Review for Medical and Pharmacological Sciences.
Multiomics approach to precision sports nutrition: limits, challenges and possibilities. Nieman. (2021). Frontiers in Nutrition.
Metabolomics in team-sports athletes: current knowledge, challenges and future perspectives. Bongiovanni et al. (2022). Proteomes.
Genetics and sports performance: the present and future in the identification of talent for sports based on DNA testing. Varillas-Delgado et al. (2022). European Journal of Applied Physiology.
Perspectives in sports genomics. Gineviciene et al. (2022). Biomedicines.