Le rôle essentiel du séquençage HiFi dans la découverte de ce qui nous rend humains

PacBio CSO Jonas Korlach, Ph.D./Avec l’aimable autorisation de PacBio

Scientifiques du monde entier annoncé une réalisation inédite le 31 mars 2022 : le séquençage complet de l’intégralité du génome humain. La communauté scientifique et le public ont désormais accès à 3 054 815 472 paires de bases d’ADN nucléaire, vingt-deux chromosomes, un chromosome X et 16 569 paires de bases d’ADN mitochondrial, un ensemble de données qui porte en son cœur ce que signifie être humain.

La volonté de séquencer l’ensemble du génome humain existe depuis des siècles, mais a commencé comme un effort scientifique concerté en 1990 avec le Projet du génome humain, qui s’est terminé en 2003 avec le séquençage impressionnant de 90 % des trois milliards de paires de bases du génome entier. Il a ensuite été mis à jour en 2019 pour combler quelques lacunes supplémentaires. Cependant, la poussée finale pour achever le séquençage a pris près de deux décennies en raison du manque de technologie adéquate.

Une société de biotechnologie a aidé à inverser la tendance PacBio, l’un des principaux fournisseurs de solutions de séquençage de haute qualité et très précises. L’entreprise a apporté une contribution essentielle à la réalisation du projet, qui a été publié dans Science par des scientifiques formant une équipe internationale connue sous le nom de Telomere-to-Telomer (T2T) Consortium.

Ce que PacBio a apporté à la table était une technologie de pointe connue sous le nom de séquençage HiFi. Cet outil est capable de lire de longs fragments d’ADN avec une plus grande précision que d’autres technologies de séquençage à lecture longue connues qui fournissaient auparavant soit la longueur, soit la précision, mais pas les deux.

“Dans le séquençage HiFi, nous avons fusionné et pris le meilleur des deux mondes en générant désormais des lectures longues et très précises”, a déclaré Jonas Korlach, Ph.D., directeur scientifique de PacBio, dans une interview avec BioSpace. “Ce que cela vous permet de faire, qui est décrit dans l’article, est de séquencer, puis d’assembler et de résoudre ces régions vraiment difficiles comme les centromères et les télomères et les soi-disant duplications segmentaires, qui sont des duplications de régions du génome humain qui sont très similaires. dans l’ordre mais pas identiques. ”

Dans le séquençage du génome, le séquençage à lecture courte fournit une grande précision mais seulement de petits extraits de données, tandis que le séquençage à lecture longue offre plus de données mais manque de précision, ce qui rend difficile de faire la différence entre les véritables variations génétiques et les erreurs. Dans le séquençage HiFi, les lectures peuvent être des centaines de fois plus longues que les lectures courtes et fournir une précision supérieure à 99,9 % avec des temps de traitement plus rapides.

La science derrière le séquençage HiFi est le séquençage à molécule unique en temps réel (SMRT), une technologie complexe mais cruciale qui permet de lire avec précision de longs brins d’informations génomiques. Le processus commence par l’isolement de l’ADN double brin de haute qualité et des adaptateurs de ligature de la bibliothèque SMRTbell pour créer une matrice circulaire. Une fois l’amorce et la polymérase ajoutées, l’ADN immobilisé est ajouté à la cellule SMRT où la lumière est émise pour mesurer la coordination des nucléotides en temps réel, produisant une séquence génétique. Le processus de création d’une bibliothèque de séquençage ne prend qu’environ une journée en utilisant cette technologie.

Pour les chercheurs de toutes tendances, l’achèvement du génome humain a ouvert les portes à la résolution de certains des plus grands mystères de la santé humaine, mais le grand public pourrait encore se demander pourquoi cette réalisation est si importante.

“Jusqu’à la semaine dernière, nous ne savions pas vraiment ce que signifie être humain d’un point de vue génétique, architectural, plan”, a souligné Korlach. « Nous avons maintenant, pour la première fois, une compréhension complète. Nous avons nos premiers aperçus des ramifications ou des conséquences de ce que cela signifie. Cela nous permet de mieux comprendre ce qui nous donne nos individualités et les variations qui peuvent mener à la maladie. »

Non seulement cela, mais nous pouvons maintenant comparer notre propre génome à celui de nos plus proches parents, les primates, pour voir exactement en quoi nous différons en tant qu’espèce. De plus, le séquençage HiFi a libéré le potentiel de croissance dans un certain nombre de domaines, selon Korlach, où des génomes entiers peuvent être séquencés à partir de cultures agricoles et de bétail, de communautés de microbiote intestinal et d’agents pathogènes viraux comme le SRAS-CoV-2.

L’impact le plus immédiat, cependant, peut être dans le domaine des maladies rares et héréditaires.

« Les cas de maladies rares sont individuellement rares, mais collectivement, ils sont très courants. Environ 25 à 30 millions de personnes aux États-Unis souffrent d’une maladie rare. La technologie actuelle de séquençage à lecture courte peut résoudre la cause d’environ un tiers des cas, ce qui signifie que plus de la moitié des patients, lorsqu’ils subissent une analyse génétique, sont refusés par les médecins en disant : “Désolé, j’ai essayé ça, mais je ne connais toujours pas la cause de votre maladie. Au cours de la dernière année et demie, la communauté s’est tournée vers le séquençage PacBio HiFi et, dans de nombreux cas, est maintenant en mesure de mettre en lumière ces régions manquantes dans les génomes », a déclaré Korlach.

Le séquençage HiFi de PacBio a entraîné une augmentation substantielle du taux de résolution de cas de maladies précédemment inexpliquées au cours de la dernière année et demie. Dans un papier publié en génétique en médecine, des chercheurs de Children’s Mercy à Kansas City, MO, ont utilisé le séquençage HiFi pour fournir des analyses complètes et candidates dans une cohorte pédiatrique de maladies rares. En utilisant la technologie, les capacités de diagnostic allaient de 11 % chez les patients avec des tests génétiques négatifs antérieurs à 34,5 % chez les patients na patientsve. De plus, l’intégration de variantes structurelles du séquençage du génome a ajouté jusqu’à 13 % de nouveaux diagnostics dans des cas non résolus auparavant.

“Dans de nombreux cas, les gens ont traversé des années de questions et de mystères et test après test, et ils ne connaissent toujours pas la cause potentielle de leur maladie. Maintenant, il y a un soutien pour le développement de ces diagnostics, et il y a beaucoup de pouvoir à savoir. Cela ne signifie pas automatiquement que nous pouvons le guérir, mais cela permet de fermer et, dans certains cas, le traitement médical pourrait finalement changer en fonction de cette connaissance », a déclaré Korlach.

Il a quelques prédictions sur la façon dont l’espace de recherche en génomique humaine changera avec l’utilisation accrue du séquençage HiFi et du génome humain complet désormais disponible. Les génomes de haute qualité deviendront le nouvel étalon-or dans l’espace humain mais joueront également un rôle important dans les domaines de la biologie de la conversation et de la biodiversité. Bien que certains de ces impacts ne soient pas immédiats, nous commencerons à voir davantage de recherches découvrir la cause des maladies et comment certains médicaments peuvent avoir un impact sur les états pathologiques. Globalement, on peut s’attendre à un véritable boost dans notre capacité à comprendre la biologie et à intervenir sur certaines maladies.

“Comme pour toutes les étapes importantes de la science, les gens disent généralement que c’est la fin de quelque chose”, a déclaré Korlach. “Mais c’est vraiment le début.”

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