Biopuces : applications et devenir

Le concept des biopuces date du début des années 1990, mais c'est dans les années 2000 que les développements fourmillent et bouleversent le secteur des biotechnologies, notamment avec l'essor des puces à ADN. À vrai dire, l'idée n'est pas vraiment nouvelle. La puce à ADN représente la fusion de deux découvertes vieilles de plus de cinquante ans :

• les travaux de J. Watson et F. Crick – Prix Nobel de physique 1962 – qui découvrent que l'ADN, cette molécule qui détermine le patrimoine génétique, est composé de deux brins complémentaires formant une structure en double hélice ;

• le développement de la puce électronique.

Il ne reste alors plus qu'à réunir ces deux découvertes. L'idée est très simple, chaque brin d'ADN est constitué d'un enchaînement de nucléotides qui se lie à son brin complémentaire dans une exacte symétrie. Il suffit donc de fixer un seul de ces brins sur une puce : quand celui-ci rencontrera son complémentaire marqué, il y aura émission d'un message fluorescent, capté par un scanner et analysé par les logiciels appropriés. C'est là toute la magie de ce concentré de technologies : transformer une réaction biologique en signal électronique. L'idée ingénieuse voit ses développements et applications foisonner dans les années 2000, lorsque le vaste projet de décryptage du génome humain, le Human Genome Project (HGP), arrive à maturité. Depuis lors, le concept même de biopuces n'a fait que s'accroître et se renforcer. Reposant sur l'association de technologies pluridisciplinaires intégrant la micro-électronique, la chimie, l'analyse d'images, la bio-informatique, les mathématiques, la biopuce est devenue un outil d'analyse multiplexé d'interactions entre une sonde fixée sur support et une cible (analyte) en solution, marquée et extraite de systèmes biologiques. Les sondes sont déposées à des positions précises par méthode mécanique ou synthétisées directement sur la surface du support de la puce et sont des biomolécules de nature différente suivant le type de puces auquel on fait référence :

• des acides nucléiques, dans le cas des puces à ADN ;

• des protéines ou peptides, dans le cas des puces à protéines ;

• des glycanes ou biomolécules glycosylées, dans le cas des puces à sucres ;

• des cellules entières, dans le cas des puces à cellules.

Dans cet article, seront décrits ces différents types de biopuces, ainsi que le large panel de leurs applications, souvent méconnues. Nous aborderons ensuite les limites de cette technologie, mais aussi ses atouts qui en font, malgré l'apparition de nouvelles technologies de pointe, comme le séquençage de nouvelle génération, une technologie robuste et plébiscitée par de nombreux laboratoires. Les biopuces restent de nos jours abondamment utilisées dans les laboratoires pour des applications aussi variées que l'étude de l'expression des gènes, le génotypage, l'analyses des interactions protéines-protéines ou protéines-sucres, l'impact d'effecteurs exogènes sur des cellules ou encore l'effet d'ARN dit « interférent » sur des cellules transfectées. Si les champs d'applications des biopuces sont variés, les secteurs d'activité les utilisant le sont tout autant (la recherche fondamentale et pharmaceutique, le diagnostic médical, le contrôle agroalimentaire et industriel, les armes biologiques, etc.) et expliquent les prévisions toujours croissantes du marché des biopuces et de leur miniaturisation que sont les laboratoires sur puce.