le séquençage de l'ADN et ses applications

olivier ezratty conseil en stratégies de l’innovation, amateur en génomique

olivier@oezratty.net, http://www.oezratty.net, @olivez Web2day, Nantes, 3 juin 2015

questions clés

à quoi sert l'ADN ?

comment fonctionne le séquençage de l'ADN ?

combien ça coute ?

quelles sont les startups du séquençage ?

applications du séquençage et du génotypage ?

à quoi sert l'ADN ?

hydrogène, oxygène, azote et phosphore

l’ADN est à l’origine de…

source : Anatomy & Physiology, http://cnx.org/content/col11496/1.6/

le fonctionnement de l’ADN dépend (notamment) de trois liaisons chimiques clés

liaison phosphore-oxygène à

haute énergie

693 kJ/mol

liaisons oxygène -hydrogène et azote-hydrogène à basse énergie A:T = -54.5 kJ/mol G:C = -87.9 kJ/mol

réplication de l'ADN

topoisomérase II : l’enzyme « David Copperfield »

ARN polymérase

ribosome

spliceosome

ribosome = ARN enroulé autour d’une

grosse protéine

mitochondries

nucléole

noyau

ribosomes (petits points)

cellule animale

appareils de golgi

endoplasme

ADN mitochondrial

fibres de chromatine

Histone, nucléosome et nucléofilaments

double hélice ADN

chromosome (pendant la métaphase)

télomères

boucles de chromatine

comment fonctionne le séquençage de l'ADN ?

sélection extraction découpage

multiplication

sauf dans certaines méthodes de troisième

génération

séquençage lecture exploitation

reconstitution du puzzle

méthode de Sanger 1975-2004

Amorce (primer)

Séquénase (ADN polymérase)

amorçage

polymérisation

fin de polymérisation

dénaturation

tri par taille sur gel

Petits brins (terminaisons proches

de l’amorce)

Grands brins (terminaison éloignée

de l’amorce)

2 à 4h, 50°C

15 mn

Illumina HiSeqX

5,1 microns

surface d’une unité de détection : 5,1 micron ^2, ce qui donne 38444 unités par mm2 Le chipset de production fait 17,5*17,5mm ce qui donne 306,25*38,4K = 11,7 millions d’unités.

Thermo Fisher Ion Proton

Oxford Nanopore

génome de référence

résultats du séquençage

chaque ligne est un brin d’ADN reconstitué par réassemblage. Ils sont

alignés par logiciel.

polymorphisme

polymorphisme

erreur de séquençage

combien ça coute ?

data

crunching !

+

Personal Genomics

startups et usages du génotypage et du séquençage ?

investments in health related startups

source : Crunchbase

medical devices

Société Création Pays Levées de fonds Technologie Génération Status

Geniatech 2009 USA 10 Nanopores 3GAcquis par Roche en 2014, pas encore en

production

Bionano Genomics 2003 USA 102 Nano channels arrays 3G Technologie disponible

Nabsys 2004 USA 84 Solid-state 3G Toujours pas disponible.

Genapsys 2010 USA 45,5 Nanopores 3G Toujours pas disponible.

Quantapore 2009 USA 35 Nanopores, optical readout 3G Toujours pas disponible.

Gnubio 2009 USA 23 Microfluidique 3G Acquis par Bio-Rad Labs en avril 2014

Stratos Genomics 2007 USA 21 Sequencing by Expansion (SBX) 3G Roche a investit dedans.

Genia Technologies 2009 USA 10,4 Nanopores 3G Toujours pas disponible.

ZS Genetics 2005 USA 2,4 Microscopie électronique 3G Toujours pas disponible.

QuantuMDx 2008 USA 22 Nanowires arrays 3G Toujours pas disponible.

Oxford Nanopore 2005 UK 270 Nanopores, electro-readout 3G Très bientôt disponible

Helicos Biosciences 2003 USA 10 Single molecule sequencing 3G IPO en 2007, Chapter 11 en cours

SeqLL  2013 USA 1 Single molecule sequencing 3GAchète l'IP de Helicos Biosciences en

2014.

VisiGen 2004 USA ? Parallel single molecule sequencing 3GAcquis par Life Technologies en 2008 et

abandonné.

Ion Torrent 2007 USA 50 Semiconductor and microwells 3G

Acquis par Life Technologies en 2010,

abandon du séquencage complet du

génome humain

Agencourt Personal Genomics ? USA ? Ligation (SOLID) 2G

Acquis par Allied Biosystems en 2006, qui

a lui-même fusionné avec Invitrogen en

2008 pour créer Life Technologies

Life Technologies Corp 2008 USA ? Starlight Quantum dots 3G

Acquis par Thermo Fisher Scientific en

2014, issu de la fusion de Applied

Biosystems et Invitrogen

Thermo Fisher Scientific 2006 USA ? NanoDrop 3GFusion de Thermo Electron Corporation

et Fisher Scientific

Illumina 1998 USA N/A Ligation 2G70% du marché des séquenceurs de

génome complet en 2014

Solexa 1997 UK 172 Oligo ligation 2G Acquis par Illumina en 2007

Base4 2012 UK ? Single molecule sequencing 3G Toujours pas disponible.

454 Life Sciences 2000 USA ? Fluorescence 2GAcquis par Roche en 2007. Technologie

abandonnée en 2014.

mort

dispo

pas dispo

génotypage séquençage

données générées variantes standards

d’un nucléotide dans les

gênes

séquences complets

d'ADN avec éventuel

focus sur des gênes ou

des exons

coût en 2015 < $100 > $1000

usages test de paternité

police scientifique

tests prénataux

compatibilité

pharmacologique

tests plus précis sur

risques pathologiques

recherche

avantages rapide

pas cher

lent

plus fiable

inconvénients moins fiable plus couteux

Illumina HiSeq + HumanOmni Beadchips

570K SNPs variantes connues d’une nucléotide dans les exons

applications du séquençage et du génotypage ?

tests de compatibilité

pharmacologique

génotypage pour tests prénataux ou

préconception

séquençage

séquençage du microbiome

humain par métagénomique

dystrophine

à venir…

eugénisme

guérir des cancers

traiter des maladies rares

lutter contre le vieillissement

créer des OGM plus sûrs

petite bibliographie

Molecular and Cells Biology for Dummies (René Fester Fratz)

Cell and Molecular Biology, 6th edition (1465 pages !)

The Myth of Junk DNA (Jonathan Wells)

http://biochemical-pathways.com/#/map/2

http://www.wired.com/2015/03/gene-sequencers/

http://www.medgadget.com/2015/03/nanopore-dna-sequencing-and-raspberry-pi-combine-for-real-time-environmental-studies.html

http://www.oezratty.net/wordpress/2012/technologies-sequencage-genome-humain-1/

http://www.oezratty.net/wordpress/2015/derive-exponentielles-3/

http://www.ipc.nxgenomics.org/newsletter/no11.htm

rendez-vous au Web2day 2016 pour un autre sujet décoiffant !