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Séquençage plus simple du génome
Une startup du Massachusetts appelée Noblegen développe une version simplifiée de la technologie de séquençage du génome à nanopores, une technique qui promet une vitesse élevée et de faibles coûts, mais qui nécessite généralement des instruments complexes. Noblegen, fondée au printemps dernier, affirme que la capacité de sa technologie à lire directement et rapidement les séquences d'ADN pourrait rendre économiquement faisable l'introduction de la technologie de séquençage dans les laboratoires cliniques pour diagnostiquer le cancer et d'autres maladies.
Puce nanopore : Cette puce de silicium est au cœur d'un instrument de séquençage d'ADN développé par la startup Noblegen. Au centre de la puce se trouve un réseau de centaines de trous à l'échelle nanométrique à travers lesquels de longues séquences d'ADN voyagent tout en étant imagées.
Le PDG de Noblegen, Frank Feist, a déclaré que l'objectif de l'entreprise était de séquencer à une vitesse de 1 000 bases par seconde. La société ne divulguera pas les détails de ses prototypes actuels, mais affirme que la technologie pourrait être étendue à des matrices de 400 par 400 nanopores qui séquencent plus de 500 gigabases par heure, soit environ un génome, couvert 30 fois, en 15 minutes.
Aujourd'hui, il faut environ un mois et 10 000 $ à 40 000 $ pour séquencer un génome humain. Les technologies de séquençage de nouvelle génération proposées par des sociétés telles qu'Illumina et Pacific Biosciences ont parcouru un très long chemin, déclare Jeffery Schloss, directeur de programme pour le développement technologique au National Human Genome Research Institute, mais elles laissent beaucoup à désirer. Ces technologies varient, mais en général, elles nécessitent une instrumentation complexe. Il y a aussi des limites sur la longueur des séquences qu'ils peuvent lire, et ils ne lisent pas ces séquences directement. Cela affecte à la fois le temps nécessaire pour assembler la séquence et la qualité des données.
Depuis plus d'une décennie, les chercheurs travaillent sur le séquençage des nanopores, qui pourrait éliminer ces problèmes en lisant directement la séquence de longs brins d'ADN non traités. Le principe est d'identifier chaque base de la séquence au fur et à mesure que la molécule est enfilée à travers un trou nanométrique (ou nanopore) équipé d'un capteur.
Mais intégrer toutes les pièces et les faire fonctionner a été un défi. Par exemple, certains systèmes lisent les bases en détectant leur champ électrique ; cela nécessite un circuit de traitement pour chaque nanopore, et l'intégration de grands réseaux de tels systèmes est complexe. Une entreprise, Oxford Nanopore, prétend avoir entièrement développé un tel système, mais n'a donné aucune date de lancement de produit.
Noblegen utilise l'imagerie optique pour identifier les bases. Cela ajoute une étape au début, mais le compromis est que l'instrumentation nécessaire pour l'imagerie est beaucoup plus simple. Tout d'abord, les chercheurs de Noblegen convertissent l'ADN génomique en une version synthétique marquée avec quatre colorants fluorescents différents, un pour chaque type de base. Chaque base de la séquence d'origine est représentée par un segment marqué par fluorescence dans le segment synthétique.
Les séquences synthétiques sont ensuite lues directement par l'instrument relativement simple de Noblegen. Il est basé sur une puce de silicium qui est percée pour créer des pores de quelques nanomètres de diamètre ; la puce est éclairée par un laser peu coûteux. Les longues molécules synthétiques, qui sont chargées, sont tirées à travers le trou par des forces électrostatiques. Mais ils ne peuvent pas se déplacer trop rapidement, car les étiquettes fluorescentes sont trop grosses pour passer à travers le pore. Au fur et à mesure que l'ADN se déplace à travers le pore un segment à la fois, les étiquettes se détachent, créant un éclair de lumière. Cette lumière est imagée par un simple capteur CMOS comme celui d'un appareil photo numérique.
Feist dit que l'objectif de Noblegen est de réduire de manière agressive les coûts et d'augmenter la vitesse de séquençage de génomes entiers à un point où cela a un sens économique pour les laboratoires hospitaliers au cours des trois ou quatre prochaines années. Nous voulons fournir le séquençage du génome entier dans le laboratoire [de l'hôpital] dans les limites financières du système de santé, dit-il.
Le laboratoire d'Amit Meller de l'Université de Boston, dont la technologie a été autorisée par NobleGen, a reçu un financement de 4,2 millions de dollars du National Human Genome Research Institute en septembre dernier. Feist dit que cela s'ajoute au financement de 4,1 millions de dollars que le professeur Meller a reçu depuis 2001 et qui a été consacré au développement du consommable et de l'instrumentation nanopore. Il ajoute que l'entreprise aura besoin de 15 millions de dollars supplémentaires pour développer un prototype à l'échelle industrielle.