Séquençage de l'ADN en un clin d'œil

Une nouvelle technologie de séquençage développée par une startup du Massachusetts permet aux scientifiques de prendre des photographies de la séquence d'une molécule d'ADN. Guillaume Glover , président de ZS Génétique , basé à North Reading, MA, affirme que son approche permettra aux scientifiques de lire de longues étendues d'ADN, permettant le séquençage de zones difficiles à lire, telles que les régions hautement répétitives des plantes et certaines parties du génome humain. Des séquences plus longues permettent également aux scientifiques de faire la distinction entre les chromosomes maternels et paternels, ce qui pourrait avoir d'importantes applications diagnostiques.

Voir la séquence : Cette image montre un groupe de molécules d'ADN (brins noirs) qui ont été synthétisés à l'aide de bases spécialement marquées pour être visibles au microscope électronique. Les scientifiques utilisent cette technique pour développer une nouvelle technologie de séquençage.

Les scientifiques lors d'une récente conférence de séquençage à San Diego - où les détails de la technologie ont été présentés pour la première fois - ont été intrigués par l'approche car elle est totalement différente des méthodes les plus récentes sur le marché. C'est surprenant et potentiellement très puissant, dit Vladimir Bénès , responsable de la plateforme de génomique du Laboratoire européen de biologie moléculaire, en Allemagne.

Le coût du séquençage de l'ADN a chuté depuis qu'un projet de travail du génome humain a été achevé en 2001. La plupart des technologies les plus récentes actuellement utilisées génèrent des séquences très courtes, environ 30 à 150 paires de bases, qui sont ensuite assemblées avec un logiciel spécial. Mais cette méthode ne capture pas toujours toutes les informations du génome, et certaines parties du génome sont difficiles à séquencer de cette façon, explique Glover.

ZS Genetics est un nouveau venu dans le domaine et utilise une approche très différente de toute autre : la microscopie électronique. Glover prédit que d'ici l'année prochaine, la technologie de l'entreprise sera capable de générer des longueurs d'ADN lisibles de plusieurs milliers de paires de bases, et il pense que la méthode de séquençage de ZS Genetics sera améliorée d'un facteur 10 au cours des deux prochaines années, rendant les pièces encore plus faciles à assembler. La société a récemment été acceptée comme l'une des équipes du Archon X Prize for Genomics, un prix de 10 millions de dollars pour la première équipe à financement privé capable de séquencer 100 génomes humains en 10 jours.

Toute technologie qui peut amener la longueur de lecture à la plage de 1 000 paires de bases représentera certainement, du moins pour le séquençage de novo, une percée majeure, déclare Benes. Il dit que l'approche pourrait être particulièrement utile pour le séquençage des génomes des plantes, qui ont souvent des génomes très complexes jonchés de séquences répétitives difficiles à assembler par ordinateur.

D'une largeur de 2,2 nanomètres, l'ADN est invisible au microscope optique moyen.

Mais les microscopes électroniques, qui détectent la différence de charge entre les atomes, ont une résolution inférieure au nanomètre. Alors que la séquence d'ADN naturel manque suffisamment de contraste pour être résolue par microscopie électronique, Glover et ses collègues ont développé un nouveau système de marquage pour rendre les molécules plus visibles.

Les chercheurs synthétisent un nouveau brin complémentaire de la molécule à séquencer à l'aide de bases, les lettres qui composent l'ADN, marquées à l'iode et au brome. Les bases marquées apparaissent sous forme de gros ou de petits points au microscope électronique, permettant aux scientifiques de lire la séquence. (Trois marqueurs différents seront nécessaires pour lire la séquence des quatre bases trouvées dans l'ADN. Trois des bases auront des marqueurs différents ; le quatrième restera simplement non marqué.)

Le substrat sur lequel les molécules nouvellement marquées sont imagées est fabriqué à l'aide de techniques de fabrication de semi-conducteurs. Les scientifiques génèrent des plaquettes de silicium avec une fenêtre de 11 nanomètres d'épaisseur, ce qui est suffisamment mince pour que le faisceau d'électrons du microscope discerne la molécule d'ADN du substrat. ZS Genetics travaille également à la fabrication de plaquettes encore plus fines pour augmenter la résolution de l'image.

L'ADN a tendance à s'enrouler en une masse emmêlée, donc l'un des plus grands défis a été de démêler cette boule en brins linéaires qui peuvent être lus. Les chercheurs font d'abord circuler le fluide à travers un dispositif microfluidique avec de minuscules canaux. Cet appareil s'adapte sur la plaquette recouverte d'ADN. La force du flux étire les molécules d'ADN, qui se collent alors au silicium. Un faisceau d'électrons traverse la plaquette et une caméra capture l'image de l'autre côté. La plaquette est le principal consommable propriétaire, explique Glover. Ce sera pas cher du tout.

Lorsqu'il est étiré, l'ADN ressemble à une échelle dont les bases forment les barreaux. Jusqu'à présent, la société a publié des images d'un morceau d'ADN de 23 kilobases utilisant un seul type de base marquée. Glover dit que lui et son équipe ont également fait du séquençage multilabel, bien qu'il ait refusé de donner des détails supplémentaires.

Pourtant, la technologie a encore du chemin à parcourir avant d'être prête pour le marché. De nombreuses méthodes de preuve de principe peuvent fonctionner en R&D, mais les mettre sur le [marché] n'est pas anodin, dit Benes. Glover vise à avoir un prototype cet été que les scientifiques pourront tester, et un système commercial plus rapide l'année prochaine. Il ajoute que parce que la plupart du système repose sur des technologies existantes, il sera facile et peu coûteux de mettre à niveau le système avec de nouvelles caméras et de nouveaux logiciels.

Des lectures plus longues permettront aux scientifiques d'examiner des collections de variations génétiques qui ont été 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, un phénomène qui peut être plus courant qu'on ne le pensait auparavant.

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