Contenu
- Génomique et séquençage de l'ADN
- Définition du séquençage de l'ADN
- Séquençage de l'ADN: recherches préliminaires
- La plus grande ambition de Sanger était de séquencer des génomes entiers à grande échelle, mais le séquençage de minuscules paires de bases de bactériophages était plus pâle que celui de 3 milliards de paires de bases du génome humain. Néanmoins, apprendre à séquencer l’ensemble du génome d’un bactériophage faible a constitué une étape majeure dans la reconstitution de l’ensemble du génome humain. Parce que l’ADN et les chromosomes sont constitués de millions de paires de bases, la plupart des méthodes de séquençage séparent l’ADN en petits brins ensuite, les segments d'ADN sont reconstitués; cela prend juste du temps ou des machines rapides et sophistiquées.
- Notions de base sur le séquençage de l'ADN
- Méthodes de séquençage de l'ADN: méthodes Sanger
- Un autre développement intéressant est la méthode au fusil de chasse qui a échantillonné et séquencé de manière aléatoire jusqu'à 700 paires de bases à la fois. Sanger est également connu pour son utilisation de la méthode didésoxy (didésoxynucléotide) qui insère un nucléotide en fin de chaîne pendant la synthèse de l'ADN pour marquer des sections d'ADN à analyser. Les didésoxynucléotides perturbent l'activité de l'ADN polymérase et empêchent les nucléotides de s'accumuler sur une chaîne d'ADN.
- Étapes de séquençage de l'ADN
- Progrès de la technologie de séquençage de l'ADN
- Le projet du génome humain
- Autres exemples de séquençage de l'ADN
- Implications éthiques du séquençage de l'ADN
Les nucléotides sont les éléments constitutifs chimiques de la vie et se trouvent dans l'ADN des organismes vivants. Chaque nucléotide est constitué de un sucre, phosphate et un base contenant de l'azote: adénine (A), thymine (T), cytosine (C) et guanine (G). L'ordre spécifique de ces bases de nucléotides détermine quelles protéines, enzymes et molécules seront synthétisées par la cellule.
La détermination de l'ordre ou de la séquence des nucléotides est importante pour l'étude des mutations, de l'évolution, de la progression de la maladie, des tests génétiques, des enquêtes médico-légales et de la médecine.
Génomique et séquençage de l'ADN
Génomique est l'étude de l'ADN, des gènes, des interactions génétiques et des influences environnementales sur les gènes. Le secret pour démêler le fonctionnement interne complexe des gènes consiste à pouvoir identifier leur structure et leur localisation sur des chromosomes.
Le bleu des organismes vivants est déterminé par l'ordre (ou la séquence) des paires de bases d'acide nucléique dans l'ADN. Lorsque l'ADN se réplique, l'adénine se couple avec la thymine et la cytosine avec la guanine; les paires mal appariées sont considérées mutations.
Depuis que la molécule d'acide désoxyribonucléique (ADN) à double hélice a été conceptualisée en 1953, des améliorations considérables ont été apportées dans le domaine de la génomique et du séquençage de l'ADN à grande échelle. Les scientifiques travaillent avec diligence pour appliquer ces nouvelles connaissances au traitement individualisé des maladies.
Dans le même temps, les discussions en cours permettent aux chercheurs de rester en avance sur les implications éthiques de ces technologies en rapide explosion.
Définition du séquençage de l'ADN
Le séquençage de l'ADN est le processus de découverte de la séquence de différentes bases de nucléotides dans des fragments d'ADN. Le séquençage de gènes complets permet de comparer les chromosomes et les génomes présents dans la même espèce et dans des espèces différentes.
La cartographie des chromosomes est utile pour la recherche scientifique. L'analyse des mécanismes et de la structure des gènes, des allèles et des mutations chromosomiques dans les molécules d'ADN suggère de nouvelles façons de traiter les troubles génétiques et d'arrêter la croissance des tumeurs cancéreuses, par exemple.
Séquençage de l'ADN: recherches préliminaires
Méthodes de séquençage de l’ADN de Frederick Sanger a considérablement progressé dans le domaine de la génomique à partir des années 1970. Sanger s'est senti prêt à s'attaquer au séquençage de l'ADN après avoir réussi à séquencer l'ARN lors de l'étude de l'insuline. Sanger n'a pas été le premier scientifique à se lancer dans le séquençage de l'ADN. Cependant, ses méthodes de séquençage de l'ADN intelligentes - développées en tandem avec ses collègues Berg et Gilbert - ont remporté un prix Nobel en 1980.
La plus grande ambition de Sanger était de séquencer des génomes entiers à grande échelle, mais le séquençage de minuscules paires de bases de bactériophages était plus pâle que celui de 3 milliards de paires de bases du génome humain. Néanmoins, apprendre à séquencer l’ensemble du génome d’un bactériophage faible a constitué une étape majeure dans la reconstitution de l’ensemble du génome humain. Parce que l’ADN et les chromosomes sont constitués de millions de paires de bases, la plupart des méthodes de séquençage séparent l’ADN en petits brins ensuite, les segments d'ADN sont reconstitués; cela prend juste du temps ou des machines rapides et sophistiquées.
Notions de base sur le séquençage de l'ADN
Sanger connaissait la valeur potentielle de son travail et collaborait souvent avec d'autres scientifiques partageant ses intérêts pour l'ADN, la biologie moléculaire et les sciences de la vie.
Bien qu’elles soient lentes et coûteuses par rapport aux technologies de séquençage actuelles, les méthodes de séquençage de l’ADN de Sanger ont été louées à cette époque. Après des essais et des erreurs, Sanger a découvert la «recette» biochimique secrète pour séparer les brins d’ADN, créer plus d’ADN et identifier l’ordre des nucléotides dans un génome.
Des matériaux de haute qualité peuvent être facilement achetés pour être utilisés dans des études de laboratoire:
Méthodes de séquençage de l'ADN: méthodes Sanger
Sanger a découvert comment couper l'ADN en petits segments en utilisant l'enzyme ADN polymérase.
Il a ensuite fabriqué plus d’ADN à partir d’une matrice et inséré des traceurs radioactifs dans le nouvel ADN pour délimiter des sections des brins séparés. Il a également reconnu que l'enzyme avait besoin d'un apprêt capable de se lier à un point spécifique du brin matrice. En 1981, Sanger entre de nouveau dans l’histoire en découvrant le génome des 16 000 paires de bases de l’ADN mitochondrial.
Un autre développement intéressant est la méthode au fusil de chasse qui a échantillonné et séquencé de manière aléatoire jusqu'à 700 paires de bases à la fois. Sanger est également connu pour son utilisation de la méthode didésoxy (didésoxynucléotide) qui insère un nucléotide en fin de chaîne pendant la synthèse de l'ADN pour marquer des sections d'ADN à analyser. Les didésoxynucléotides perturbent l'activité de l'ADN polymérase et empêchent les nucléotides de s'accumuler sur une chaîne d'ADN.
Étapes de séquençage de l'ADN
La température doit être soigneusement ajustée tout au long du processus de séquençage. Tout d'abord, les produits chimiques sont ajoutés à un tube et chauffés pour démêler (dénaturer) la molécule d'ADN double brin. Ensuite, la température est refroidie, permettant à l'apprêt de se lier.
Ensuite, la température est élevée pour encourager une activité optimale de l'ADN polymérase (enzyme).
La polymérase utilise typiquement les nucléotides normaux disponibles, qui sont ajoutés à une concentration plus élevée.Lorsque la polymérase parvient à un nucléotide lié à un colorant «terminant la chaîne», la polymérase s'arrête et la chaîne se termine là, ce qui explique pourquoi les nucléotides colorés sont appelés «terminateurs de chaîne».
Le processus continue plusieurs fois. Finalement, le nucléotide lié au colorant a été placé à chaque position de la séquence d'ADN. L'électrophorèse sur gel et les programmes informatiques peuvent ensuite identifier les couleurs de colorant sur chacun des brins d'ADN et déterminer la séquence complète de l'ADN en fonction du colorant, de la position du colorant et de la longueur des brins.
Progrès de la technologie de séquençage de l'ADN
Séquençage à haut débit - généralement appelé séquençage de nouvelle génération - utilise les nouvelles technologies et technologies de pointe pour séquencer les bases de nucléotides plus rapidement et à moindre coût que jamais. Un séquenceur d’ADN peut facilement traiter des segments d’ADN à grande échelle. En fait, la totalité des génomes peut être réalisée en quelques heures au lieu de plusieurs années avec les techniques de séquençage de Sanger.
Les méthodes de séquençage de nouvelle génération peuvent gérer l’analyse d’ADN à gros volume sans étape supplémentaire d’amplification ou de clonage pour obtenir suffisamment d’ADN pour le séquençage. Les machines de séquençage d'ADN exécutent plusieurs réactions de séquençage en même temps, ce qui est moins cher et plus rapide.
Essentiellement, la nouvelle technologie de séquençage de l’ADN gère des centaines de réactions de Sanger sur une petite puce facile à lire qui est ensuite exécutée dans un programme informatique qui assemble la séquence.
La technique lit des fragments d’ADN plus courts, mais elle reste plus rapide et plus efficace que les méthodes de séquençage de Sanger. Elle permet donc d’achever rapidement des projets de grande envergure.
Le projet du génome humain
le Projet du génome humain, achevé en 2003, est l’une des études de séquençage les plus célèbres réalisées à ce jour. Selon un article de 2018 dans Actualités scientifiques, le génome humain est composé d'environ 46.831 gènes, qui était un défi formidable à la séquence. Les meilleurs scientifiques du monde entier ont passé près de 10 ans à collaborer et à consulter. Dirigé par la recherche nationale sur le génome humain
Institut, le projet a réussi à cartographier le génome humain à l'aide d'un échantillon composite prélevé sur des donneurs de sang anonymes.
Le projet du génome humain s'est appuyé sur des méthodes de séquençage de chromosomes artificiels bactériens (basés sur le BAC) pour cartographier les paires de bases. La technique utilisait des bactéries pour cloner des fragments d'ADN, ce qui donnait de grandes quantités d'ADN pour le séquençage. Les clones ont ensuite été réduits en taille, placés dans un séquenceur et assemblés en tronçons représentant l'ADN humain.
Autres exemples de séquençage de l'ADN
Les nouvelles découvertes en génomique modifient profondément les approches en matière de prévention, de détection et de traitement des maladies. Le gouvernement a consacré des milliards de dollars à la recherche sur l'ADN. L'application de la loi repose sur l'analyse de l'ADN pour résoudre les cas. Des kits de test ADN peuvent être achetés pour un usage domestique afin de rechercher l'ascendance et d'identifier les variantes de gènes pouvant présenter des risques pour la santé:
Implications éthiques du séquençage de l'ADN
Les nouvelles technologies offrent souvent des avantages sociaux ainsi qu’un préjudice; des exemples incluent des centrales nucléaires défectueuses et des armes nucléaires de destruction massive. Les technologies de l'ADN comportent également des risques.
Parmi les préoccupations émotionnelles suscitées par le séquençage de l'ADN et les outils d'édition de gènes tels que CRISPR, on peut craindre que cette technologie facilite le clonage humain ou ne conduise à la transformation d'animaux transgéniques créés par un scientifique hors-pair.
Le plus souvent, les problèmes éthiques liés au séquençage de l'ADN sont liés au consentement éclairé. L'accès facile aux tests d'ADN directement auprès des consommateurs signifie que les consommateurs peuvent ne pas comprendre parfaitement comment leurs informations génétiques seront utilisées, stockées et partagées. Les laïcs peuvent ne pas être émotionnellement prêts à en apprendre davantage sur leurs variantes génétiques défectueuses et leurs risques pour la santé.
Des tiers, tels que les employeurs et les compagnies d’assurance, pourraient éventuellement discriminer les personnes porteuses de gènes défectueux susceptibles d’engendrer de graves problèmes médicaux.