Révéler le comportement de l'ADN en un temps record
"L'ADN, l'ARN et les protéines sont les acteurs clés de la régulation de tous les processus dans les cellules de notre corps", explique John van Noort, professeur à Leiden. "Pour comprendre le (mauvais) fonctionnement de ces molécules, il est essentiel de découvrir comment leur structure 3D dépend de leur séquence et pour cela, il est nécessaire de les mesurer une molécule à la fois. Cependant, les mesures sur une seule molécule sont laborieuses et lentes, et le nombre de variations de séquence possibles est énorme."
Illustration du séquenceur qui lit simultanément des millions de codes ADN.
TU Delft
Des décennies à quelques jours
L'équipe de scientifiques a maintenant mis au point un outil innovant, appelé SPARXS (Single-molecule Parallel Analysis for Rapid eXploration of Sequence space), qui permet d'étudier simultanément des millions de molécules d'ADN. "Les techniques traditionnelles qui permettent de sonder une séquence à la fois nécessitent généralement des heures de mesure par séquence. Avec SPARXS, nous pouvons mesurer des millions de molécules en l'espace d'un jour ou d'une semaine. Sans SPARXS, une telle mesure prendrait plusieurs années, voire des décennies", explique Chirlmin Joo, professeur à Delft.
"SPARXS nous permet d'étudier de grandes bibliothèques de séquences, ce qui nous donne un nouvel aperçu de la façon dont la structure et la fonction de l'ADN dépendent de la séquence. En outre, cette technique peut être utilisée pour trouver rapidement la meilleure séquence pour des applications allant de la nanotechnologie à la médecine personnalisée", ajoute Carolien Bastiaanssen, candidate au doctorat.
Une combinaison inédite
Pour créer leur nouvelle technique SPARXS, les chercheurs ont combiné deux technologies existantes qui n'avaient jamais été associées auparavant : la fluorescence de molécules uniques et le séquençage Illumina de nouvelle génération. Dans la première technique, les molécules sont marquées avec un colorant fluorescent et visualisées à l'aide d'un microscope sensible. La seconde technique lit simultanément des millions de codes d'ADN. Joo : "Il a fallu un an pour déterminer s'il était possible de combiner les deux techniques, quatre autres années pour mettre au point une méthode de travail et deux années supplémentaires pour garantir la précision et la cohérence des mesures tout en gérant l'énorme quantité de données générées.
"La partie vraiment amusante et intéressante a commencé lorsque nous avons dû interpréter les données", explique Ivo Severins, premier auteur de l'étude. "Étant donné que ces expériences qui combinent les mesures de molécules uniques et le séquençage sont totalement nouvelles, nous n'avions aucune idée des résultats que nous obtiendrions et que nous pourrions obtenir. Il a fallu beaucoup chercher dans les données pour trouver des corrélations et des schémas, et pour déterminer les mécanismes qui sous-tendent les schémas que nous observons."
Relever les défis du traitement des données
Van Noort ajoute que le traitement de la grande quantité de données a constitué un autre défi à relever : "Nous avons dû développer un pipeline d'analyse automatisé et robuste. C'était d'autant plus difficile que les molécules uniques sont fragiles et ne produisent qu'une infime quantité de lumière, ce qui rend les données intrinsèquement bruitées. En outre, les données obtenues ne permettent pas de comprendre directement comment la séquence affecte la structure et la dynamique de l'ADN, même pour les structures d'ADN relativement simples que nous avons étudiées. Pour tester réellement notre compréhension, nous avons établi un modèle qui intègre notre connaissance de la structure de l'ADN et nous l'avons comparé aux données expérimentales".
Avancées médicales
Une manipulation et une compréhension plus précises des séquences d'ADN conduiront probablement à des progrès dans les traitements médicaux, tels que des thérapies géniques plus efficaces et une médecine personnalisée. Les chercheurs prévoient également des innovations biotechnologiques et, d'une manière générale, une meilleure compréhension de la biologie au niveau moléculaire. Joo : "Nous nous attendons à ce que des applications dans la recherche génétique, le développement de médicaments et la biotechnologie commencent à émerger dans les cinq à dix prochaines années.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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