Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
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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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)
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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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MOTS-CLÉS
état de l'art décryptage des génomes environnement Diagnostic médical séquençage de novo transcriptomique
KEYWORDS
state of the art | decoding the genomes | environment | Medical diagnosis | de novo sequencing | transcriptomics
DOI (Digital Object Identifier)
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Applications du séquençage à haut débit
En anglais
1. Méthodes de séquençage
L'ADN ou acide désoxyribonucléique forme une hélice double brin. Chaque brin est constitué d'un enchaînement de nucléotides, formés eux-mêmes de trois composantes : un sucre à cinq atomes de carbone (le désoxyribose pour l'ADN et le ribose pour l'ARN), un groupement phosphate et une base azotée : adénine, cytosine, guanine ou thymine, souvent représentés par les initiales A, C, G et T pour l'ADN, et A, C, G et U (uridine) pour l'ARN. Les enchaînements de nucléotides se forment par liaison phosphodiester entre le OH du premier nucléotide (en C3′ du désoxyribose) et le phosphate situé en C5′ du second nucléotide. Ainsi, le second nucléotide possède un OH disponible en C3′ pour se lier au phosphate d'un troisième nucléotide et ainsi de suite (figure 1a ). La synthèse ainsi que l'orientation du brin d'ADN va de l'extrémité 5′ libre vers le 3′ libre.
Les bases s'apparient deux à deux grâce à des liaisons hydrogènes (A avec T et G avec C) permettant ainsi le rapprochement de deux brins (dits « complémentaires ») et la formation de la double hélice d'ADN. Les deux brins sont dits aussi « antiparallèles », car un brin est orienté 5′->3′ et l'autre 3′->5′ (figure 1b ).
1.1 Prémices du séquençage
L'histoire du séquençage débute dans la deuxième moitié des années 1970, avec l'invention de deux méthodes développées indépendamment : l'une par l'équipe de Walter Gilbert , aux États-Unis, et l'autre par celle de Frederick Sanger , au Royaume-Uni. Elles sont fondées...
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Méthodes de séquençage
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - MAXAN (A.M.), GILBERT (W.) - A new method for sequencing DNA. - Proc. Natl. Acad. Sci., USA, 74, p. 560-564 (1976).
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(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).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Biorigami http://www.biorigami.com
France-Génomique https://www.france-genomique.org
Plateformes GeT http://get.genotoul.fr
Personal Genome Project http://www.personalgenomes.org/
SEQanswers – the next generation sequencing community http://www.seqanswers.com/
Films didactiques
Séquençage Sanger http://www.youtube.com/watch?v=oYpllbI0qF8
Pyroséquençage http://www.obs-banyuls.fr/genoval/flash/pyrosequencageSuite.php?iframe=true=810=670
Séquençage par synthèse base à base ou reverse DyeTerminator/Illumina http://www.youtube.com/watch?v=77r5p8IBwJk
Séquençage...
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