Un bond en avant dans le séquençage génétique permettra d’améliorer la médecine personnalisée et la compréhension de l’évolution

Dans un article publié le 11 mars 2022, dans Avancées scientifiqueschercheurs du Département de chimie et du Département de physique et d’astronomie de l’Université de Californie, Irvine a révélé de nouveaux détails sur une enzyme clé qui rend[{” attribute=””>DNA sequencing possible. The finding is a leap forward into the era of personalized medicine when doctors will be able to design treatments based on the genomes of individual patients.

“Enzymes make life possible by catalyzing chemical transformations that otherwise would just take too long for an organism,” said Greg Weiss, UCI professor of chemistry and a co-corresponding author of the new study. “One of the transformations we’re really interested in is essential for all life on the planet – it’s the process by which DNA is copied and repaired.”

Taq Enzyme in Open Configuration

This image shows the Taq enzyme in its open configuration waiting for a new chemical base to arrive so it can try to fit it to a DNA chain. Credit: Max Strul / UCI and Lorena Beese laboratory / Duke University

The molecule the UCI-led team studied is an enzyme called Taq, a name derived from the microorganism it was first discovered in, Thermos aquaticus. The molecule the UCI-led team studied is an enzyme called Taq, a name derived from the microorganism it was first discovered in, Thermos aquaticus. Taq replicates DNA. Polymerase chain reaction, the technique with thousands of uses from forensics to PCR tests to detect COVID-19, takes advantage of Taq.

The UCI-led team found that Taq, as it helps make new copies of DNA, behaves completely unlike what scientists previously thought. Instead of behaving like a well-oiled, efficient machine continuously churning out DNA copies, the enzyme, Weiss explained, acts like an indiscriminate shopper who cruises the aisles of a store, throwing everything they see into the shopping cart.

“Instead of carefully selecting each piece to add to the DNA chain, the enzyme grabs dozens of misfits for each piece added successfully,” said Weiss. “Like a shopper checking items off a shopping list, the enzyme tests each part against the DNA sequence it’s trying to replicate.”

Il est bien connu que Taq rejette tous les mauvais articles qui atterrissent dans son proverbial panier – ce rejet est la clé, après tout, pour réussir à dupliquer une séquence d’ADN. Ce qui est surprenant dans le nouveau travail, c’est la fréquence à laquelle Taq rejette les bases correctes. “C’est l’équivalent d’un acheteur saisissant une demi-douzaine de boîtes de tomates identiques, les mettant dans le chariot et les testant toutes lorsqu’une seule boîte est nécessaire.”

Le message à retenir : Taq est beaucoup, beaucoup moins efficace pour faire son travail qu’il ne pourrait l’être.

La découverte est un pas en avant vers la révolution des soins médicaux, a expliqué Philip Collins, professeur au Département de physique et d’astronomie de l’UCI et co-auteur correspondant de la nouvelle recherche. En effet, si les scientifiques comprennent le fonctionnement de Taq, ils peuvent mieux comprendre à quel point le génome séquencé d’une personne est vraiment précis.

“Chaque personne a un génome légèrement différent”, a déclaré Collins, “avec des mutations différentes à différents endroits. Certains d’entre eux sont responsables de maladies, et d’autres ne sont responsables d’absolument rien. Pour vraiment savoir si ces différences sont importantes ou médicales – pour prescrire correctement des médicaments – vous devez connaître les différences avec précision. »

« Les scientifiques ne savent pas comment ces enzymes atteignent leur[{” attribute=””>accuracy,” said Collins, whose lab created the nano-scale devices for studying Taq’s behavior. “How do you guarantee to a patient that you’ve accurately sequenced their DNA when it’s different from the accepted human genome? Does the patient really have a rare mutation,” asks Collins, “or did the enzyme simply make a mistake?”

“This work could be used to develop improved versions of Taq that waste less time while making copies of DNA,” Weiss said.

Les impacts du travail ne s’arrêtent pas à la médecine; chaque domaine scientifique qui s’appuie sur un séquençage précis de l’ADN devrait bénéficier d’une meilleure compréhension du fonctionnement de Taq. En interprétant les histoires évolutives à l’aide d’ADN ancien, par exemple, les scientifiques s’appuient sur des hypothèses sur la façon dont l’ADN change au fil du temps, et ces hypothèses reposent sur un séquençage génétique précis.

“Nous sommes entrés dans le siècle des données génomiques”, a déclaré Collins. “Au début du siècle, nous avons dévoilé le génome humain pour la toute première fois, et nous commençons à comprendre les organismes, les espèces et l’histoire humaine avec ces nouvelles informations issues de la génomique, mais ces informations génomiques ne sont utiles que si elles sont exactes. “

Référence : “Dynamique de l’ADN polymérase Taq à molécule unique” par Mackenzie W. Turvey, Kristin N. Gabriel, Wonbae Lee, Jeffrey J. Taulbee, Joshua K. Kim, Silu Chen, Calvin J. Lau, Rebecca E. Kattan, Jenifer T Pham, Sudipta Majumdar, Davil Garcia, Gregory A. Weiss et Philip G. Collins, 11 mars 2022, Avancées scientifiques.
DOI : 10.1126 / sciadv.abl3522

Les co-auteurs de cette étude incluent Mackenzie Turvey, Ph.D., un ancien étudiant diplômé de l’UCI en physique et astronomie, et Kristin Gabriel, Ph.D., un ancien étudiant diplômé de l’UCI en biologie moléculaire et biochimie. Cette recherche a été financée par le National Human Genome Research Institute du NIH.

Leave a Comment