Une équipe de scientifiques travaillant à l'Université de Bristol a développé un nouveau microscope de nanocartographie - alimenté par le laser et l'optique trouvés dans un lecteur DVD typique.

La nouvelle technologie est utilisée pour transformer la façon dont les mutations génétiques causant des maladies sont diagnostiquées et découvertes.

Ce microscope cartographie chaque seconde des centaines de molécules d'ADN codées chimiquement grâce à une technique développée en collaboration avec une équipe de scientifiques américains dirigée par le professeur Jason Reed de la Virginia Commonwealth University.

L'équipe du professeur Reed utilise CRISPR-Cas9 pour étiqueter les molécules afin qu'elles puissent être cartographiées presque aussi précisément que le séquençage de l'ADN, tout en traitant également de grandes sections du génome à un rythme beaucoup plus rapide.

En utilisant des composants DVD standard, l'équipe de Bristol a suralimenté son microscope à force atomique (AFM) pour lui permettre de cartographier physiquement les longueurs de molécules d'ADN individuelles à une résolution de dizaines de paires de bases à des taux de centaines par seconde.

Cette augmentation de vitesse sans précédent permet à cette méthode de codage à barres ADN d'être utilisée pour la première fois pour des diagnostics dans le monde réel.

Les scientifiques d'IBM ont fait la une des journaux en 1989 lorsqu'ils ont développé la technologie AFM et utilisé une technique connexe pour réorganiser les molécules au niveau atomique pour épeler « IBM ».

L'AFM atteint ce niveau de détail en utilisant un stylet microscopique, semblable à une aiguille sur un tourne-disque, qui entre à peine en contact avec la surface du matériau étudié.

L'interaction entre le stylet et les molécules crée l'image. Cependant, L'AFM traditionnel est trop lent pour les applications médicales et il est donc principalement utilisé par les ingénieurs en science des matériaux.

Le microscope mesure des molécules d'ADN uniques avec une résolution subatomique tout en créant des images pouvant atteindre un million de paires de bases. Et il le fait en utilisant une fraction de la quantité d'échantillon requise pour le séquençage de l'ADN, réduisant considérablement le temps de mesure.

Dr Oliver Payton de l'École de physique de l'Université de Bristol, a co-inventé le microscope de nanocartographie. Il a déclaré :« En utilisant le mécanisme de focalisation laser que l'on trouve dans chaque lecteur de DVD, nous avons construit un microscope qui a la résolution et la vitesse pour mesurer chaque molécule sur la surface de l'échantillon en 3D.

"Bien que d'autres types de microscopes aient la résolution de voir ces molécules d'ADN, ils sont des milliers de fois plus lents et il faudrait des années pour établir un diagnostic fiable.

"Non seulement notre microscope est parfait pour ces applications médicales, mais grâce aux composants du lecteur DVD facilement disponibles, il peut être produit en série. »

CRISPR a récemment fait la une des journaux en ce qui concerne l'édition de gènes. CRISPR est une enzyme que les scientifiques ont pu «programmer» en ciblant l'acide ribonucléique (ARN) afin de couper l'ADN à des endroits précis que la cellule répare ensuite d'elle-même.

L'ingénieuse méthode de codage à barres chimique développée par l'équipe du professeur Reed modifie les conditions de réaction chimique de l'enzyme CRISPR afin qu'elle ne colle qu'à l'ADN et ne le coupe pas réellement.

Il a dit :"Parce que l'enzyme CRISPR est une protéine qui est physiquement plus grosse que la molécule d'ADN, c'est parfait pour cette application de codage à barres.

« Nous avons été étonnés de découvrir que cette méthode est efficace à près de 90 % pour se lier aux molécules d'ADN. Et parce qu'il est facile de voir les protéines CRISPR, vous pouvez repérer des mutations génétiques parmi les schémas de l'ADN."

Pour démontrer l'efficacité de la technique, les chercheurs ont cartographié les translocations génétiques présentes dans les biopsies des ganglions lymphatiques de patients atteints de lymphome.

Les translocations se produisent lorsqu'une section de l'ADN est copiée et collée au mauvais endroit dans le génome. Ils sont particulièrement répandus dans les cancers du sang tels que le lymphome, mais surviennent également dans d'autres cancers.