Comment les scientifiques détectent-ils de nouvelles variantes du virus qui cause COVID-19[feminine? La réponse est un processus appelé séquençage ADN.
Séquence des chercheurs ADN pour déterminer l’ordre des quatre éléments constitutifs chimiques, ou nucléotides, qui la composent : adénine, thymine, cytosine et guanine. le des millions à des milliards de ces blocs de construction jumelés constituent collectivement un génome qui contient toutes les informations génétiques dont un organisme a besoin pour survivre.
Lorsque un organisme se réplique, il fait une copie de l’intégralité de son génome pour le transmettre à sa progéniture. Parfois, des erreurs dans le processus de copie peuvent entraîner des mutations dans lesquelles un ou plusieurs blocs de construction sont échangés, supprimés ou insérés. Cela peut modifier gènes, les fiches d’instructions pour les protéines qui permettent à un organisme de fonctionner, et peuvent finalement affecter les caractéristiques physiques de cet organisme. Chez l’homme, par exemple, couleur des yeux et des cheveux sont le résultat de variations génétiques pouvant résulter de mutations. Dans le cas du virus qui cause le COVID-19, SRAS-CoV-2, des mutations peuvent modifier sa capacité à se propager, provoquer une infection ou même échapper au système immunitaire.
Nous sommes tous deux biochimistes et microbiologistes qui enseignent et étudient les génomes des bactéries. Nous utilisons tous les deux le séquençage de l’ADN dans nos recherches pour comprendre comment les mutations affectent la résistance aux antibiotiques. Les outils que nous utilisons pour séquencer l’ADN dans notre travail sont les mêmes que ceux que les scientifiques utilisent actuellement pour étudier le SRAS-CoV-2 virus.
Le séquençage du premier génome humain a pris deux décennies. Grâce aux progrès technologiques, les scientifiques sont désormais capables de séquencer l’ADN en quelques heures.
Comment sont séquencés les génomes ?
L’une des premières méthodes utilisées par les scientifiques dans les années 1970 et 1980 a été Séquençage de Sanger, qui consiste à découper l’ADN en fragments courts et à ajouter des balises radioactives ou fluorescentes pour identifier chaque nucléotide. Les fragments sont ensuite passés dans un tamis électrique qui les trie par taille. Comparé aux méthodes plus récentes, le séquençage de Sanger est lent et ne peut traiter que des portions d’ADN relativement courtes. Malgré ces limitations, il offre des données très précises, et certains chercheurs utilisent encore activement cette méthode pour séquencer des échantillons de SARS-CoV-2.
Depuis le fin des années 90, séquençage de nouvelle génération a révolutionné la façon dont les chercheurs collectent des données et comprennent les génomes. Connues sous le nom de NGS, ces technologies sont capables de traiter des volumes d’ADN beaucoup plus importants en même temps, réduisant considérablement le temps nécessaire pour séquencer un génome.
Il existe deux principaux types de plateformes NGS : les séquenceurs de deuxième génération et de troisième génération.
Le séquençage de deuxième génération marque chaque nucléotide d’une couleur spécifique.
Technologies de deuxième génération sont capables de lire l’ADN directement. Une fois l’ADN découpé en fragments, de courts segments de matériel génétique appelés adaptateurs sont ajoutés pour donner à chaque nucléotide une couleur différente. Par exemple, l’adénine est colorée en bleu et la cytosine est colorée en rouge. Enfin, ces fragments d’ADN sont introduits dans un ordinateur et réassemblés en toute la séquence génomique.
Technologies de troisième génération comme le Nanopore MinIon séquencer directement l’ADN en faisant passer la molécule d’ADN entière à travers un pore électrique dans le séquenceur. Parce que chaque paire de nucléotides perturbe le courant électrique d’une manière particulière, le séquenceur peut lire ces changements et les télécharger directement sur un ordinateur. Cela permet aux cliniciens de séquencer les échantillons dans les installations cliniques et de traitement au point de service. Cependant, Nanopore séquence de plus petits volumes d’ADN par rapport aux autres plates-formes NGS.
Le séquençage de troisième génération détecte les changements dans un courant électrique pour identifier les nucléotides.
Bien que chaque classe de séquenceurs traite l’ADN d’une manière différente, ils peuvent tous rapporter les millions ou les milliards de blocs de construction qui composent les génomes en peu de temps – de quelques heures à quelques jours. Par exemple, le Illumina NovaSeq peut séquencer environ 150 milliards de nucléotides, l’équivalent de 48 génomes humains, en seulement trois jours.
Utiliser les données de séquençage pour lutter contre le coronavirus
Alors pourquoi le séquençage génomique est-il un outil si important dans la lutte contre la propagation du SRAS-CoV-2 ?
Les réponses rapides de santé publique au SRAS-CoV-2 nécessitent une connaissance intime de l’évolution du virus au fil du temps. Les scientifiques ont été utiliser le séquençage du génome pour suivre le SARS-CoV-2 presque en temps réel depuis le début de la pandémie. Des millions de génomes individuels du SRAS-CoV-2 ont été séquencés et hébergés dans divers référentiels publics comme le Initiative mondiale sur le partage des données sur la grippe aviaire et le Centre national d’information sur la biotechnologie.
Le séquençage du génome d’un virus donne aux chercheurs des informations sur la façon dont les mutations peuvent affecter sa transmissibilité et sa virulence.
La surveillance génomique a guidé les décisions de santé publique au fur et à mesure de l’émergence de chaque nouvelle variante. Par exemple, le séquençage du génome du variante omicron a permis aux chercheurs de détecter plus de 30 mutations dans la protéine de pointe qui permet au virus de se lier aux cellules du corps humain. Cela fait d’omicron un variante préoccupante, car ces mutations sont connues pour contribuer à la capacité du virus à se propager. Les chercheurs sont encore à apprendre sur la façon dont ces mutations pourraient affecter la gravité des infections causées par l’omicron et dans quelle mesure il est capable d’échapper aux vaccins actuels.
Le séquençage a également aidé les chercheurs à identifier des variantes qui se sont propagées à de nouvelles régions. Après avoir reçu un échantillon du SRAS-CoV-2 prélevé sur un voyageur revenu d’Afrique du Sud le 22 novembre 2021, des chercheurs de l’Université de Californie à San Francisco ont pu détecter la présence d’omicron en cinq heures et avait presque tout le génome séquencé en huit. Depuis lors, les Centers for Disease Control and Prevention ont été surveillance de la propagation d’omicron et conseiller le gouvernement sur les moyens de prévenir la transmission communautaire généralisée.
le détection rapide d’omicron dans le monde entier souligne la puissance d’une surveillance génomique robuste et la valeur du partage des données génomiques à travers le monde. Comprendre la constitution génétique du virus et de ses variantes donne aux chercheurs et aux responsables de la santé publique un aperçu de la meilleure façon de mettre à jour les directives de santé publique et de maximiser l’allocation des ressources pour le développement de vaccins et de médicaments. En fournissant des informations essentielles sur la manière de freiner la propagation de nouvelles variantes, le séquençage génomique a sauvé et continuera de sauver d’innombrables vies au cours de la pandémie.
Écrit par:
- Andre Hudson, professeur et directeur de la Thomas H. Gosnell School of Life Sciences, Rochester Institute of Technology
- Crista Wadsworth, professeure adjointe à la Thomas H. Gosnell School of Life Sciences, Rochester Institute of Technology
Cet article a été publié pour la première fois dans La conversation.
