L'ADN est une molécule extraordinaire. En tant que chercheur travaillant quotidiennement avec l'ADN depuis cinq ans à l'Université d'Anvers (UAntwerp), je reste émerveillé par la densité d'informations qu'elle renferme.
Ces informations sont encodées dans la séquence des quatre bases nucléiques : adénine (A), cytosine (C), thymine (T) et guanine (G). Cette séquence est héritée de génération en génération et contient toutes les instructions essentielles pour le développement et la survie d'un organisme.
L'ADN détermine des traits comme les taches de rousseur chez l'humain ou le goût sucré ou acide des pommes. Il permet même de stocker des données numériques, comme une transaction Bitcoin. Bien que la structure en double hélice de l'ADN ait été découverte il y a 66 ans (en 1953), nous ne pouvons lire cette séquence déterminante que depuis une trentaine d'années. Mais comment les scientifiques procèdent-ils pour lire l'ADN ?
Remontons aux origines. La première machine commerciale automatisée de séquençage est apparue en 1987, 34 ans après la découverte de la double hélice. Ces séquenceurs de première génération ont servi à séquencer les génomes de virus, bactéries et levures, puis celui de l'humain, un projet qui a duré 10 ans.
Ces machines ont révolutionné la génétique, mais présentaient un inconvénient majeur : le séquençage complet d'un génome nécessitait de fragmenter l'ADN en morceaux de 1 000 à 2 000 bases, de les amplifier dans des bactéries Escherichia coli, puis de les analyser et de les réassembler informatiquement. Avec 3 milliards de bases dans le génome humain, c'était un défi colossal. Le coût ? 85 millions d'euros pour la première séquence humaine en 2001.
La deuxième génération de séquenceurs, ou NGS (Next-Generation Sequencing), a tout changé. Basés sur une technologie innovante, ils lisent simultanément des millions de fragments sans amplification biologique, en utilisant la PCR (Polymerase Chain Reaction), plus rapide et efficace. Entre 2004 et 2010, la quantité d'ADN séquencé a doublé tous les cinq mois. Résultat : le coût du séquençage d'un génome humain est passé de 18 millions d'euros en 2004 à 30 000 euros en 2010, puis à moins de 1 000 euros en 2017. Cette chute des prix a lancé la révolution génomique.
Cependant, ces machines ne lisent que des fragments courts (< 500 bases), compliquant la réassemble du génome entier, comme un puzzle aux pièces minuscules. Heureusement, les bioinformaticiens développent des algorithmes sophistiqués pour y remédier.
L'innovation se poursuit avec la troisième génération de séquenceurs. Elle résout le problème des fragments courts en lisant des séquences "ultra-longues", permettant de séquencer des génomes viraux en une passe, et bientôt bactériens.
Inconvénient : une précision moindre (erreur tous les 100 bases vs. 1 sur 10 000 pour la 2e génération), limitant certaines applications exigeant haute fidélité.
En trente ans, le séquençage ADN a connu une évolution fulgurante. Trois générations ont divisé le coût par 85 000, et les appareils rapetissent. D'ici cinq ans, un séquenceur pourrait s'intégrer à votre smartphone. Ils ne prédisent pas l'avenir, mais la révolution génomique est en marche.
Sander Wuyts (UAntwerp), nominé Eos Pipet 2019, étudie l'ADN de bactéries bénéfiques dans les aliments fermentés. En savoir plus ici.
