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Article

1 - MÉTHODES DE SÉQUENÇAGE

2 - APPLICATIONS DU SÉQUENÇAGE À HAUT DÉBIT

3 - SÉQUENÇAGE DE TROISIÈME GÉNÉRATION

4 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : BIO8200 v1

Conclusion
Séquençage d'acides nucléiques : méthodes, applications, évolutions et enjeux

Auteur(s) : Véronique ANTON LEBERRE

Date de publication : 10 mai 2014

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RÉSUMÉ

Le premier décryptage du génome humain a nécessité plus de dix ans de travail et un investissement de près de 3 milliards de dollars. Depuis, plusieurs sociétés se sont lancées dans la course, avec pour objectif l'analyse d'un génome le plus rapidement possible à un coût inférieur à 1000 $ par génome. Ces séquenceurs de nouvelle génération ont révolutionné les analyses en génomique. Avec un champ d'application très étendu, ces méthodes deviennent incontournables et ont modifié la façon dont les scientifiques envisagent les études en génomique. Dans cet article, sont présentées les différentes méthodes de séquençage actuellement utilisées en laboratoire, leurs applications et l'évolution du domaine vers un outil de diagnostic.

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ABSTRACT

Nucleic acid sequencing: methods, applications, developments and challenges

The initial sequencing of the human genome, completed in 2003, took over 10 years and cost more than three billion dollars. Since, several companies are involved in the race to advance the technique with for objective progress to analyze a genome as fast as possible with a cost lower than 1.000 $ by genome. These next-generation sequencers have revolutionized genomic analyzes. With broader applications, these methods are becoming essential and modify the way the scientists extract genetic information from biological systems. This article presents the different sequencing methods currently used in our laboratories, their applications, development and adaptation as a routine diagnostic tool.

Auteur(s)

  • Véronique ANTON LEBERRE : Chargée de recherche au CNRS - Responsable de l'équipe Biopuces Bionanotechnologies du LISBP UMR INSA/CNRS 5504/ INRA 792 et de la plateforme GeT-Biopuces de la Génopole Toulouse Midi Pyrénées, France

INTRODUCTION

Support de l'information génétique de tout être vivant, l'ADN ou acide désoxyribonucléique forme une hélice double brin. Chaque brin est constitué d'un enchaînement de nucléotides, formés eux-mêmes d'un sucre, un groupement phosphate et une base azotée ; adénine, cytosine, guanine ou thymine. Celles-ci constituent les éléments principaux du code génétique d'un organisme.

Cet enchaînement de nucléotides forme les gènes, qui, au sein de chacune des cellules, codent pour l'information nécessaire au développement, au maintien et à la reproduction d'un organisme. La taille d'un génome (ensemble du matériel génétique d'une cellule contenant toutes les séquences codantes et non codantes) peut varier de quelques milliers de bases pour les virus, à quelques millions pour les bactéries (4,6 mégabases ou Mb pour la bactérie Escherichia coli) et à quelques milliards pour les organismes pluricellulaires (3,4 gigabases ou Gb pour l'homme).

Le séquençage est la lecture de la succession des nucléotides le long d'une molécule d'ADN. Le résultat produit est un texte écrit dans l'alphabet A, C, G, T. Les séquenceurs lisent des fragments de plusieurs bases, appelés « reads », dont la longueur varie en fonction des technologies. Le génome d'un organisme s'obtient ensuite par l'assemblage des « reads ». Depuis le milieu des années 2000, les séquenceurs à haut débit sont devenus un outil indispensable à la recherche en biologie et plus particulièrement dans le domaine du médical.

Décrypter les génomes est un enjeu majeur pour la recherche scientifique. Il aide à mieux comprendre et appréhender le fonctionnement des êtres vivants, et trouve de nombreuses applications quel que soit le domaine d'expertise : médecine, environnement, agriculture...

La demande n'a jamais été aussi grande pour les technologies révolutionnaires qui offrent des informations rapides, précises et peu coûteuses sur le génome. Ainsi, de par les progrès techniques apportés ces dernières années, le séquençage est devenu plus rapide et plus efficace. Depuis les années 1970, et l'avènement du séquençage enzymatique par la méthode de Sanger, de nombreux verrous techniques ont été levés menant au séquençage haut débit. Dans cet article, nous présenterons ces évolutions qui ont permis à la fois une augmentation considérable du volume de données, une réduction du temps nécessaire à l'exécution d'un séquençage, ainsi que la diminution du coût de ces séquençages. Nous aborderons aussi le large éventail d'applications pour les technologies de séquençage, en plus de fournir des lignes directrices pour la sélection de plateformes répondant à des questions biologiques d'intérêt.

Enfin, nous discuterons des conséquences d'une telle révolution. Demain, grâce au décryptage du génome, il sera peut être possible de faire un diagnostic personnalisé de chaque individu et de mettre ainsi en place des traitements adaptés, ultra personnalisés. Connaître les maladies dont nous aurons à souffrir dans l'avenir, est-ce une bénédiction ou un fardeau ?

Un glossaire est présenté en fin d'article.

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KEYWORDS

state of the art   |   decoding the genomes   |   environment   |   Medical diagnosis   |   de novo sequencing   |   transcriptomics

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-bio8200


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4. Conclusion

Comme démontré, les séquenceurs de deuxième génération, apparus récemment, ont eu un impact majeur dans la résolution de nombreux problèmes en biologie, surtout dans le domaine de la santé  . Ils ont maintenant une capacité de séquençage pouvant aller jusqu'à 600 gigabases (Gb) par cycle d'exploitation et celle-ci double en moyenne tous les six mois. Ces séquenceurs coûtent aujourd'hui quelques centaines de milliers d'euros à l'achat, auxquels il faut ajouter le coût des réactifs et du matériel périphérique. La préparation des échantillons prend plusieurs heures voire plusieurs journées selon la méthode. Mais pour mémoire, le génome humain, dont la séquence est longue de plus de 3 Gb, a été établi en 2002 pour un coût de 2,7 milliards de dollars. Or, les séquenceurs actuels permettent d'ores et déjà de déterminer cette séquence pour moins de 10 ke (figure 17). Les méthodes de séquençage n'ayant cessé de s'améliorer, des projets très ambitieux ont vu le jour. Ainsi, le projet « 1 000 Genomes », démarré en janvier 2008, est une collaboration entre des groupes de recherche de 75 universités du monde entier (États-Unis, Royaume-Uni, Chine, Allemagne...) et a pour objectif de produire un vaste catalogue détaillé des variations génétiques humaines. Les scientifiques projetaient de séquencer, en trois ans seulement, les génomes d'au moins un millier de participants anonymes dans des groupes ethniques différents. En 2010, le projet a terminé sa phase pilote ...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - MAXAN (A.M.), GILBERT (W.) -   A new method for sequencing DNA.  -  Proc. Natl. Acad. Sci., USA, 74, p. 560-564 (1976).

  • (2) - SANGER (F.) -   DNA sequencing and chain terminating inhibitors.  -  Proc. Natl. Acad. Sci., USA, 74, p. 5463-5467 (1977).

  • (3) - SMITH (L.M.), SANDERS (J.Z.), KAISER (R.J.), HUGHES (P.), DODD (C.), CONNELL (C.R.), HEINER (C), KENT (S.B.), HOOD (L.E.) -   Fluorescence detection in automated DNA sequence analysis.  -  Nature, 321, p. 674-679 (1986).

  • (4) - VENTER (J.C.), ADAMS (M.D.), MYERS (E.W.), LI (P.W.), MURAL (R.J.), SUTTON (G.G.), SMITH (H.O.), YANDELL (M.), EVANS (C.A.), HOLT (R.A.) et al -   The sequence of the human genome.  -  Science, 291, p. 1304-1351 (2001).

  • (5) - LANDER (E.S.), LINTON (L.M.), BIRREN (B.), NUSBAUM (C.), ZODY (M.C.), BALDWIN (J.), DEVON (K.), DEWAR (K.), DOYLE (M.), FITZHUGH (W.) et al -   Initial sequencing and analysis of the human genome.  -  Nature, 409, p. 860-921 (2001).

  • ...

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