Dans le film de science-fiction Gattaca, les visiteurs ne s'acquittent de la sécurité que si un test sanguin et la lecture de leur profil génétique correspondent à l'échantillon enregistré. Maintenant, Des séquenceurs d'ADN bon marché et des logiciels personnalisés pourraient faire de l'authentification ADN en temps réel une réalité.

Des chercheurs de l'Université Columbia et du New York Genome Center ont développé une méthode pour identifier rapidement et avec précision les personnes et les lignées cellulaires à partir de leur ADN. La technologie pourrait avoir de multiples applications, de l'identification des victimes d'une catastrophe massive à l'analyse des scènes de crime. Mais son utilisation la plus immédiate pourrait être de signaler des lignées cellulaires mal étiquetées ou contaminées dans des expériences sur le cancer, une raison majeure pour laquelle les études sont plus tard invalidées. La découverte est décrite dans le dernier numéro de eLife .

"Notre méthode ouvre de nouvelles façons d'utiliser la technologie sur étagère au profit de la société, " a déclaré Yaniv Erlich, auteur principal de l'étude, professeur d'informatique à Columbia Engineering, un membre principal adjoint au NYGC, et membre du Columbia's Data Science Institute. "Nous sommes particulièrement enthousiasmés par le potentiel d'amélioration de l'authentification cellulaire dans la recherche sur le cancer et d'accélération potentielle de la découverte de nouveaux traitements."

Le logiciel est conçu pour fonctionner sur le MinION, un instrument de la taille d'une carte de crédit qui tire des brins d'ADN à travers ses pores microscopiques et lit des séquences de nucléotides, ou les lettres d'ADN A, T, C, G. L'appareil a permis aux chercheurs d'étudier les bactéries et les virus sur le terrain, mais son taux d'erreur élevé et ses grands écarts de séquençage ont, jusqu'à maintenant, limité son utilisation sur les cellules humaines avec leurs milliards de nucléotides.

Dans un processus innovant en deux étapes, les chercheurs décrivent une nouvelle façon d'utiliser le 1 $, 000 MinION et l'abondance de données génétiques humaines désormais en ligne pour valider l'identité des personnes et des cellules par leur ADN avec une précision quasi parfaite. D'abord, ils utilisent le MinION pour séquencer des chaînes d'ADN aléatoires, à partir desquels ils sélectionnent des variantes individuelles, qui sont des nucléotides qui varient d'une personne à l'autre et les rendent uniques. Puis, ils utilisent un algorithme bayésien pour comparer au hasard ce mélange de variantes avec des variantes correspondantes dans d'autres profils génétiques enregistrés. A chaque recoupement, l'algorithme met à jour la probabilité de trouver une correspondance, affiner rapidement la recherche.

Les tests montrent que la méthode peut valider l'identité d'un individu après recoupement entre 60 et 300 variantes, rapportent les chercheurs. Dans quelques minutes, il a vérifié l'identité de l'auteur principal de l'étude, Sophie Zaaijer, un ancien membre de NYGC et maintenant chercheur postdoctoral à Cornell Tech.

Pour faire ça, le MinION correspondait à la lecture du génome de Zaaijer, glané à partir d'un échantillon de cellules de la joue, avec un profil de référence stocké parmi 31, 000 autres génomes sur la base de données publique, ADN.land. L'identité d'Erlich a été vérifiée de la même manière, avec le séquençage initial effectué par des étudiants de Columbia dans le cours Ubiquitous Genomics que lui et Zaaijer ont enseigné en 2015.

Ils appellent leur technique de ré-identification "l'esquisse MinION", que Zaaijer compare à la capacité du cerveau à distinguer un oiseau à partir de quelques caractéristiques révélatrices d'un dessin abstrait de Picasso. Le « croquis » génétique d'un échantillon de cellules du MinION est comparé à une base de données croissante de croquis – des profils génétiques tout aussi incomplets produits par des kits de test ADN à domicile comme 23andMe et donnés à la science par les consommateurs.

« En utilisant notre méthode, il suffit de quelques lectures d'ADN pour déduire une correspondance avec un individu dans la base de données, " dit Zaaijer.

L'utilisation la plus prometteuse des « esquisses MinION » peut être en tant qu'outil d'authentification cellulaire bon marché dans la recherche expérimentale, disent des scientifiques familiers avec ses capacités. Dans l'étude, les chercheurs ont rapidement comparé une souche de cellules leucémiques séquencées par le MinION à un fichier de référence de la base de données Cancer Cell Line Encyclopedia, ils rapportent. Quand ils ont essayé de contaminer les cellules avec d'autres cultures, il a correctement rejeté une correspondance si les niveaux de contamination dépassaient 25 pour cent.

L'utilisation de lignées cellulaires mal identifiées ou contaminées dans la recherche médicale est responsable d'un tiers des 28 milliards de dollars estimés dépensés chaque année pour des études qui ne peuvent pas être reproduites, selon une étude récente. Dans un essai de 2014 en Science, le directeur de l'Institut national des sciences médicales générales, Jon Lorsch, a appelé à de nouvelles politiques et technologies pour résoudre le problème.

Manquant des machines coûteuses nécessaires pour valider les lignées cellulaires par elles-mêmes, la plupart des chercheurs sautent la validation ou expédient leurs cultures à des laboratoires spécialisés, ce qui peut retarder des découvertes et des traitements importants. Si une alternative plus simple était disponible, la plupart des chercheurs l'utiliseraient, dit Neville Sanjana, un membre principal du corps professoral à NYGC et professeur adjoint au département de biologie de NYU qui travaille sur des lignées cellulaires de cancer de la peau et du poumon et n'a pas été impliqué dans l'étude.

"Personne ne veut perdre du temps et des réactifs à travailler sur les mauvaises cellules, " dit-il. " Au juste prix, chaque laboratoire l'adoptera."