Le génome à 100 $

Il en coûte actuellement environ 60 000 $ pour séquencer un génome humain, et une poignée de groupes de recherche espèrent atteindre un génome de 1 000 $ au cours des trois prochaines années. Mais deux sociétés, Génomique complète et BioNanomatrix , collaborent pour créer une nouvelle approche qui séquencerait votre génome pour moins que le prix d'une belle paire de jeans - et la technologie pourrait lire le génome complet en une seule journée de travail. Il aurait été absolument impossible de penser à ce projet il y a 10 ans, dit Radoje Drmanac , directeur scientifique de Complete Genomics, basé à Mountain View, en Californie.

Séquence pas chère : Enfiler de longues molécules d'ADN à travers des canaux de taille nanométrique sur une puce spécialement fabriquée pourrait fournir un moyen moins coûteux de séquencer l'ADN. Cette image montre une plaquette développée par BioNanomatrix. Chaque rectangle est une puce de nanoanalyseur bordée de 50 000 canaux.

Les chiffres les plus récents pour le séquençage d'un génome humain sont de 60 000 $ en six semaines environ, comme le rapporte Biosystèmes appliqués le mois dernier. (C'est en baisse par rapport à 3 milliards de dollars pour le projet du génome humain, qui a été séquencé à l'aide de méthodes traditionnelles et terminé en 2003, et environ 1 million de dollars pour le génome de James Watson, séquencé à l'aide d'une nouvelle approche à haut débit et publié l'année dernière.) Mais les scientifiques sont toujours en course pour développer des méthodes suffisamment rapides et bon marché pour permettre à chacun de séquencer son génome, inaugurant ainsi véritablement l'ère de la médecine personnalisée.

La plupart des technologies existantes détectent la séquence d'ADN une seule lettre à la fois. Mais Complete Genomics vise à accélérer le processus en détectant des mots entiers, chacun composé de cinq lettres d'ADN. Drmanac compare la technologie aux recherches Google, qui interrogent une base de données de texte avec des mots-clés. En accélérant davantage le processus grâce à une nouvelle chimie et des avancées en nanofabrication, les sociétés développeront un appareil capable de lire simultanément la séquence de plusieurs génomes sur une seule puce.

Pour accomplir le nouveau séquençage, les scientifiques génèrent d'abord toutes les combinaisons possibles de segments d'ADN de cinq lettres, étant donné les quatre lettres, ou bases, qui composent tout l'ADN. Ces segments sont marqués avec différents types de marqueurs fluorescents et ajoutés en groupes à une molécule d'ADN simple brin. Lorsqu'un segment particulier correspond à une séquence sur le brin d'ADN à lire, il se lie à cette partie de la molécule. Une caméra spécialisée prend ensuite une photo : les différents signaux fluorescents indiquent la séquence à des points spécifiques le long du brin d'ADN. Le processus est répété avec différentes combinaisons d'ADN de cinq lettres, jusqu'à ce que le chromosome entier soit séquencé. L'approche est réalisable en raison de la disponibilité récente d'une synthèse d'ADN bon marché, ce qui la rend beaucoup plus efficace pour générer des bibliothèques de ces segments d'ADN.

Chaque molécule d'ADN sera enfilée dans un dispositif nanofluidique, fabriqué par BioNanomatrix, basé à Philadelphie, bordé de rangées de minuscules canaux. La largeur étroite des canaux - environ 100 nanomètres - force l'ADN normalement enchevêtré à se dérouler, s'alignant comme un train dans un long tunnel et donnant aux chercheurs une vue claire de la molécule. Puisque nous pouvons étirer l'ADN, nous pouvons obtenir une énorme quantité d'informations de chaque morceau d'ADN que nous examinons, dit Mike Boyce-Jacino , président-directeur général de BioNanomatrix. La grande différence par rapport à toute autre approche est que nous examinons l'emplacement physique en même temps que nous examinons les informations de séquence. Les méthodes de séquençage actuellement utilisées séquencent de petits fragments d'ADN, puis reconstituent l'emplacement de chaque fragment par calcul, ce qui prend plus de temps et nécessite un séquençage répétitif.

Les entreprises ont encore un long chemin vers le génome à 100 $. BioNanomatrix a déjà montré que de longs morceaux d'ADN – deux millions de lettres – peuvent être insérés dans les canaux des puces existantes. Mais maintenant, les chercheurs doivent développer des puces avec beaucoup plus de canaux, de sorte que l'ADN de plusieurs génomes puisse être séquencé simultanément.

Le principal obstacle pour Complete Genomics sera de générer des marqueurs fluorescents pouvant être détectés facilement et avec précision. La plupart des méthodes actuelles surmontent ce problème en réalisant de nombreuses copies de la même molécule d'ADN et en les séquençant simultanément, augmentant ainsi le rapport signal/bruit. Mais cette approche limite la longueur du morceau d'ADN pouvant être séquencé et augmente les coûts en augmentant la quantité de produits chimiques nécessaires à la réaction.

Le projet fait partie du Programme de technologie avancée , financé par le National Institute of Standards and Technology pour stimuler le développement de nouvelles technologies à haut risque. Cette année, Complete Genomics lance un produit commercial basé sur une chimie similaire, mais la société a refusé de donner des détails sur son statut.

La technologie nécessaire pour obtenir un génome de 100 $ est encore dans au moins cinq ans, dit Église Saint-Georges , généticien à la Harvard Medical School, à Boston, et membre du conseil consultatif scientifique de Complete Genomics. Mais [it's] vient d'une entreprise qui a une technologie presque aussi bonne qui sort cette année.

Les deux Drmanac et Boyce-Jacino disent que l'un des plus grands avantages de leur technologie sera la capacité de séquencer de très longs brins d'ADN. Les technologies de séquençage les plus récentes en usage aujourd'hui lisent l'ADN par poussées assez courtes, d'environ 30 à 200 lettres, qui sont ensuite cousues ensemble par un ordinateur. Cette approche fonctionne bien pour certaines applications, telles que le reséquençage d'un génome connu. Mais un nombre croissant d'études suggèrent que les petits changements structurels de l'ADN, tels que les suppressions ou les inversions de séquences courtes, jouent un rôle important dans la variabilité humaine, dit Château de Jeff , directeur de programme pour le développement technologique au National Human Genome Research Center, à Bethesda, MD. Ceux-ci sont beaucoup plus difficiles à comprendre avec de courtes lectures.

Des lectures plus longues permettront également aux scientifiques d'examiner des collections de variations génétiques héritées ensemble, connues sous le nom d'haplotypes. Ce type d'analyse peut déterminer si une variation génétique particulière a été transmise par la mère ou le père de l'individu. Des recherches récentes suggèrent que dans certains cas, l'hérédité maternelle ou paternelle peut avoir un impact sur la gravité de la maladie. Avec de nouveaux outils pour mieux suivre les modèles d'héritage, les scientifiques pourraient découvrir que ce phénomène est plus courant qu'on ne le pensait auparavant. C'est l'une des raisons pour lesquelles nous espérons que plusieurs des méthodes émergentes permettront des lectures longues, déclare Schloss.

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