Des scientifiques de l'EPFL ont développé une méthode qui améliore jusqu'à mille fois la précision du séquençage de l'ADN. La méthode, qui utilise des nanopores pour lire les nucléotides individuels, ouvre la voie à un séquençage de l'ADN meilleur - et moins cher.

Le séquençage de l'ADN est une technique qui permet de déterminer la séquence exacte d'une molécule d'ADN. L'un des outils biologiques et médicaux les plus critiques disponibles aujourd'hui, elle est au cœur de l'analyse du génome. Lire la composition exacte des gènes, les scientifiques peuvent détecter des mutations, ou même identifier différents organismes. Une puissante méthode de séquençage de l'ADN utilise de minuscules, pores de taille nanométrique qui lisent l'ADN lors de son passage. Cependant, Le "séquençage nanopore" est sujet à une grande imprécision car l'ADN passe généralement très rapidement. Des scientifiques de l'EPFL ont découvert un liquide visqueux qui ralentit le processus jusqu'à mille fois, améliorant considérablement la résolution et la précision de la méthode. La percée est publiée dans Nature Nanotechnologie .

Lire trop vite

L'ADN est une longue molécule composée de quatre blocs de construction différents qui se répètent. Ceux-ci sont appelés "nucléotides" et sont enchaînés dans diverses combinaisons qui contiennent l'information génétique de la cellule, comme les gènes. Essentiellement, les quatre nucléotides composent tout le langage génétique. Le séquençage de l'ADN cherche à déchiffrer ce langage, le décomposer en lettres individuelles.

Dans le séquençage nanopore, L'ADN passe à travers un petit pore dans une membrane, un peu comme un fil passe par une aiguille. Le pore contient également un courant électrique. Lorsque chacun des quatre nucléotides traverse le pore, ils bloquent le courant de différentes manières qui peuvent être utilisées pour les identifier. Bien que puissant, la méthode souffre d'une grande vitesse :l'ADN traverse le pore trop rapidement pour être lu avec suffisamment de précision.

Ralentir les choses

Le laboratoire d'Aleksandra Radenovic à l'Institut de bioingénierie de l'EPFL a désormais surmonté le problème de la vitesse en utilisant un matériau épais, liquide visqueux qui ralentit le passage de l'ADN de deux à trois ordres de grandeur. Par conséquent, la précision du séquençage s'améliore jusqu'à des nucléotides simples.

La recherche a été menée par Jiandong Feng et Ke Liu, travailler avec des collègues dans le laboratoire d'Andras Kis à l'EPFL. Les deux chercheurs ont développé un film en bisulfure de molybdène (MoS2), seulement 0,7 nm d'épaisseur. C'est déjà une innovation par rapport aux tentatives sur le terrain qui utilisent le graphène :l'ADN est une molécule assez collante et le MoS2 est considérablement moins adhésif que le graphène. L'équipe a ensuite créé un nanopore sur membrane, près de 3 nm de large.

L'étape suivante consistait à dissoudre l'ADN dans un liquide épais contenant des ions chargés et dont la structure moléculaire peut être affinée pour modifier son épaisseur, ou "gradient de viscosité". Le liquide appartient à la classe des "liquides ioniques à température ambiante", qui sont essentiellement des sels dissous dans une solution. Les scientifiques de l'EPFL ont exploité l'accordabilité du liquide pour l'amener à un gradient de viscosité idéal, suffisant pour ralentir l'ADN.

Finalement, l'équipe a testé leur système en passant des nucléotides connus, dissous dans le liquide, à travers le nanopore plusieurs fois. Cela leur a permis de prendre une lecture moyenne pour chacun des quatre nucléotides, qui peut être utilisé pour les identifier plus tard.

Bien qu'encore au stade des tests, l'équipe vise à poursuivre son travail en testant des brins d'ADN entiers. « Nous recherchons des opportunités pour commercialiser cette technique, ce qui est prometteur pour le séquençage avec des nanopores à l'état solide, " dit Jiandong Feng.

Les scientifiques prédisent également que l'utilisation d'une électronique haut de gamme et le contrôle du gradient de viscosité du liquide pourraient optimiser davantage le système. En combinant des liquides ioniques avec des nanopores sur des films minces de bisulfure de molybdène, ils espèrent créer une plate-forme de séquençage d'ADN moins chère avec un meilleur rendement.

Le travail offre un moyen innovant qui peut améliorer l'une des meilleures méthodes de séquençage d'ADN disponibles. "Dans les années à venir, la technologie de séquençage passera définitivement de la recherche à la clinique, " dit Aleksandra Radenovic. " Pour cela, nous avons besoin d'un séquençage d'ADN rapide et abordable - et la technologie des nanopores peut y répondre."