Dans des expériences ayant des implications potentiellement larges pour les soins de santé, une équipe de recherche dirigée par un physicien de l'Université de Washington a mis au point une méthode qui fonctionne à très petite échelle pour séquencer l'ADN rapidement et à relativement peu de frais.

Cela pourrait ouvrir la porte à une médecine individualisée plus efficace, par exemple, fournir des plans de prédispositions génétiques pour des conditions et des maladies spécifiques telles que le cancer, diabète ou addiction.

"L'espoir est que dans 10 ans les gens auront tout leur ADN séquencé, et cela conduira à personnalisé, médecine prédictive, " a déclaré Jens Gundlach, un professeur de physique de l'UW et auteur principal d'un article décrivant la nouvelle technique publié la semaine du 16 août dans le Actes de l'Académie nationale des sciences .

La technique crée un lecteur d'ADN qui combine la biologie et la nanotechnologie à l'aide d'un nanopore extrait de la porine A de Mycobacterium smegmatis. Le nanopore a une ouverture de 1 milliardième de mètre, juste assez grand pour mesurer un seul brin d'ADN lors de son passage.

Les scientifiques ont placé le pore dans une membrane entourée d'une solution de chlorure de potassium. Une petite tension a été appliquée pour créer un courant ionique circulant à travers le nanopore, et la signature électrique du courant a changé en fonction des nucléotides traversant le nanopore. Chacun des nucléotides qui sont l'essence de l'ADN - cytosine, guanine, adénine et thymine - ont produit une signature distinctive.

L'équipe a dû résoudre deux problèmes majeurs. L'une consistait à créer une ouverture courte et étroite juste assez grande pour permettre à un seul brin d'ADN de passer à travers le nanopore et pour qu'une seule molécule d'ADN se trouve dans l'ouverture à tout moment. Michael Niederweis de l'Université d'Alabama à Birmingham a modifié la bactérie M. smegmatis pour produire un pore approprié.

Le deuxième problème, Gundlach a dit, était que les nucléotides traversaient le nanopore à la vitesse d'un tous les millionièmes de seconde, beaucoup trop vite pour trier le signal de chaque molécule d'ADN. Pour compenser, les chercheurs ont attaché une section d'ADN double brin entre chaque nucléotide qu'ils voulaient mesurer. Le deuxième brin s'accrocherait brièvement au bord du nanopore, arrêter le flux d'ADN suffisamment longtemps pour que le seul nucléotide soit retenu dans le lecteur d'ADN nanopore. Après quelques millisecondes, la section double brin se séparerait et le flux d'ADN se poursuivait jusqu'à ce qu'un autre double brin soit rencontré, permettant de lire le nucléotide suivant.

Le délai, bien que mesuré en millièmes de seconde, est assez long pour lire les signaux électriques des nucléotides cibles, dit Gundlach.

"Nous pouvons pratiquement lire la séquence d'ADN à partir d'une trace d'oscilloscope, " il a dit.

Outre Gundlach et Niederweiss, les autres auteurs sont Ian Derrington, Tom Butler, Elizabeth Manrao et Marcus Collins de l'UW ; et Mikhail Pavlenok à Alabama-Birmingham.

Le travail a été financé par les National Institutes of Health et son National Human Genome Research Institute dans le cadre d'un programme visant à créer une technologie pour séquencer un génome humain pour 1 $, 000 ou moins. Ce programme a débuté en 2004, alors qu'il en coûtait de l'ordre de 10 millions de dollars pour séquencer un génome à taille humaine.

La nouvelle recherche est une étape majeure vers la réalisation du séquençage de l'ADN à un coût de 1 $, 000 ou moins.

"Nos expériences décrivent une nouvelle technologie de séquençage fondamentalement très simple qui, nous l'espérons, pourra désormais être étendue à un processus mécanisé, " a déclaré Gundlach.