L'ADN est une molécule fantastique. Je travaille jour après jour avec l'ADN depuis 5 ans et pourtant je suis toujours régulièrement émerveillé par la richesse des informations qui peuvent y être stockées.
Toutes ces informations sont stockées dans l'ADN en jouant « simplement » avec l'ordre de ses quatre éléments constitutifs, l'adénine (A), la cytosine (C), la thymine (T) et la guanine (G). Cet ordre (ou ordre de base) de A, C, T et Gs est transmis de génération en génération et contient toutes les informations cruciales dont un organisme a besoin pour se développer et survivre.
L'ADN détermine pourquoi certaines personnes ont des taches de rousseur et d'autres pas. Il détermine pourquoi certaines pommes ont un goût sucré et d'autres acides. Et bien plus encore (par exemple, vous pouvez également utiliser l'ADN pour stocker des informations numériques, comme un bitcoin). Malgré le fait qu'aujourd'hui, il y a exactement 66 ans que la structure en double hélice bien connue de l'ADN a été publiée, nous n'avons pu lire cette séquence de bases (presque) déterminante de l'ADN que depuis une trentaine d'années. Mais vous vous demandez peut-être maintenant comment nous faisons cela, lire l'ADN ?
Tout d'abord, remontons le temps. La première machine commerciale entièrement automatisée est arrivée sur le marché en 1987, trente-quatre ans après la découverte de la structure en double hélice. Aujourd'hui, cette machine et ses successeurs sont considérés comme la première génération de séquenceurs d'ADN. Initialement, ils ont été utilisés pour déterminer la séquence de base complète (également appelée séquence du génome) de divers virus, bactéries et levures. Après cela, la technologie a également été utilisée pour lire les A, C, T et G du génome humain pour la toute première fois, bien que ce travail ait pris environ 10 ans.
Cette première génération a déjà fourni une mine d'informations. Cependant, un inconvénient majeur de ces séquenceurs d'ADN est qu'il est assez laborieux de lire une séquence complète du génome avec ces machines. Après tout, les scientifiques ont dû couper l'ADN en petits morceaux d'environ 1 000 à 2 000 lettres. Par la suite, ces petits morceaux d'ADN ont été introduits dans une bactérie (pour les passionnés :l'Escherichia coli bactéries) qui ont ensuite multiplié les morceaux pour nous. Ce n'est qu'après cette étape de multiplication que les petits morceaux d'ADN ont pu être lus avec succès avec le séquenceur d'ADN et reconstitué avec un logiciel spécialisé. Croyez-moi, c'est un travail sérieux. Surtout quand on sait que l'ensemble du génome humain contient environ 3 milliards de lettres d'ADN. À l'époque, cela avait également un prix élevé :cette première séquence du génome humain en 2001 a coûté pas moins de 85 millions euros.
Heureusement pour nous, il y avait déjà une deuxième génération aux séquenceurs d'ADN achevé. Ces soi-disant séquenceurs de nouvelle génération sont basés sur une technologie complètement différente de la première génération. En conséquence, ils sont capables de lire simultanément une plus grande quantité d'ADN. De plus, cette innovation technique rendait totalement inutile l'étape à forte intensité de main-d'œuvre décrite ci-dessus. Au lieu de la multiplication biologique dans E. coli les bactéries pourraient désormais être commutées vers la multiplication biochimique via PCR. Et c'est beaucoup plus rapide et efficace.
Avec l'arrivée de cette deuxième génération, la quantité d'ADN lisible a doublé tous les cinq mois entre 2004 et 2010. En conséquence, le prix de la lecture d'une seule séquence du génome humain est passé d'environ 18 millions d'euros en 2004 à 30 000 euros en 2010 à moins de 1 000 euros en 2017 † En raison de cette gigantesque baisse de prix, de plus en plus d'ADN ont été lus dans le monde, le début d'une véritable révolution génomique .
Cependant, il existe également un inconvénient majeur associé aux séquenceurs d'ADN de la deuxième génération. Ils ne peuvent lire que de très courts morceaux d'ADN qui ne dépassent pas 500 lettres. Ces séquences d'ADN plus courtes rendent beaucoup plus difficile la reconstruction d'une séquence complète du génome. Comparez-le à un puzzle pour enfants avec d'énormes pièces de puzzle (séquences longues) ou à un puzzle pour adultes avec des pièces pas plus grandes que le bout de votre petit doigt (séquences courtes). Ce puzzle pour enfants est sans aucun doute plus rapide que le puzzle pour adultes. Heureusement, nous avons des ingénieurs en informatique et en bioinformatique qui développent des logiciels spécialisés pour nous aider dans cette tâche complexe. Cela rend un peu plus facile la résolution de ce casse-tête difficile, ou du moins la plupart d'entre eux.
En attendant, l'innovation dans le domaine de la lecture de l'ADN se poursuit. Par exemple, nous sommes actuellement au milieu de l'ascension d'une troisième génération de séquenceurs d'ADN † Cette troisième génération diffère de la seconde principalement en ce qu'elle aborde le problème des séquences courtes. Ils sont capables de lire des séquences d'ADN "ultra-longues". Comme il n'est plus nécessaire de couper l'ADN en petits morceaux avec ces machines, il est possible de lire la séquence du génome des virus, et bientôt peut-être des bactéries, en une seule fois.
Le revers de la médaille est que la précision de ces séquenceurs d'ADN de 3ème génération et pak inférieur à celui de la deuxième génération. Pour chaque centaine de blocs de construction, ils en liront au moins dix de manière incorrecte. En comparaison, les machines de deuxième génération ne feront qu'une seule erreur pour 10 000 lettres d'ADN. C'est une sérieuse différence. En conséquence, la troisième génération est actuellement inadaptée à un certain nombre d'applications qui attendent une grande précision.
Vous pouvez donc conclure que la lecture de l'ADN a connu une évolution sans précédent au cours des trente dernières années. Trois générations de séquenceurs d'ADN ont fait baisser le prix de la lecture d'une seule séquence du génome humain de 85 millions d'euros en 2001 à moins de 1 000 euros aujourd'hui. De plus, les machines deviennent également de plus en plus petites, de sorte que d'ici 5 ans, il sera peut-être possible de fabriquer un tel séquenceur d'ADN. pour vous connecter à votre smartphone. Une chose est donc certaine, ils ne pourront jamais lire l'avenir, mais la révolution génomique est loin d'être terminé.
Sander Wuyts (UAntwerp) a été nominé pour l'Eos Pipet 2019. Il recherche des bactéries saines dans les aliments fermentés. Il le fait en étudiant l'ADN de ces bactéries. En savoir plus ici.
