Contr?le de qualité pour le séquen?age génétique

Des chercheurs du Département des systèmes biologiques de l'ETH Zurich à B?le ont mis au point une nouvelle méthode qui leur permet de recenser génétiquement l'immense assortiment d'anticorps d'un être vivant en une seule fois. Ils peuvent ainsi suivre très précisément, par exemple, comment le système immunitaire fabrique des anticorps pour se défendre contre un agent pathogène après une vaccination ou une infection. La nouvelle méthode génétique développée par les scientifiques autour de Sai Reddy, professeur de génie biomoléculaire, fournit bien plus d'informations que les techniques de détermination des anticorps existantes depuis des décennies.

La technique des scientifiques de l'ETH analyse, au lieu des protéines d'anticorps, les molécules d'ARN messager qui servent d'instructions de construction pour les anticorps à la machinerie de fabrication des protéines de l'organisme. Pour déchiffrer les instructions de construction et déterminer leur nombre, les scientifiques ont recours au séquen?age de l'ARN.

Grand nombre d'anticorps

"La science a fait de grands progrès dans les techniques de séquen?age au cours des dernières années. Le séquen?age est devenu plus rapide et moins cher. En outre, il est aujourd'hui possible de traiter et d'analyser d'énormes quantités de données à l'aide d'un ordinateur", explique Reddy. "Néanmoins, cette méthode était jusqu'à présent mal adaptée à l'analyse de l'ARN des anticorps".

L'un des grands défis est que le nombre d'anticorps dans le corps est énorme - on estime qu'il en existe plusieurs milliards de variantes différentes. Leurs différences au niveau génétique sont en partie minimes.

L'exactitude comme défi

Pour préparer les molécules d'ARN au séquen?age, les scientifiques commencent par copier leur code génétique des milliards de fois. Des erreurs (mutations) peuvent s'y glisser. Jusqu'à présent, il n'était pas facile pour les scientifiques de décider si deux séquences génétiques légèrement différentes représentaient effectivement deux anticorps différents ou un seul anticorps dans lequel des mutations s'étaient glissées lors de la préparation des échantillons.

En outre, le séquen?age d'un mélange de molécules d'ARN ne fournissait jusqu'à présent que des indications très imprécises sur la fréquence des différentes molécules dans le mélange. La raison en est que lors de la copie des molécules d'ARN, toutes les molécules ne sont pas reproduites exactement dans la même proportion.

?viter plus de 98 % des erreurs

Pour remédier à ces problèmes, Reddy et ses collègues ont complété le séquen?age de l'ARN par un système de contr?le basé sur des codes-barres génétiques. Gr?ce à cela et à une évaluation assistée par ordinateur des données de séquen?age, ils ont réussi à augmenter massivement la précision du séquen?age, aussi bien en ce qui concerne les mutations insérées artificiellement que la concentration relative des molécules d'ARN dans le mélange. "Nous éliminons ainsi plus de 98 pour cent des erreurs", explique Tarik Kahn, un postdoctorant du groupe de Reddy.

Concrètement, dans le nouveau procédé, chaque molécule d'ARN est étiquetée avant l'amplification avec un code-barres génétique aléatoire mais unique. En outre, un code-barres unique est également ajouté aux molécules pendant l'amplification.

Gr?ce aux codes-barres, les scientifiques peuvent déterminer les molécules d'ARN d'anticorps originales (et les distinguer des molécules mutées au cours du processus de séquen?age) dans une évaluation informatisée des données de séquen?age. En outre, les chercheurs peuvent déterminer la fréquence réelle des molécules d'ARN d'anticorps à l'aide des codes-barres et d'un algorithme.

Développement de vaccins et détection précoce

La nouvelle méthode permet désormais d'utiliser le séquen?age de l'ARN des anticorps dans la recherche immunologique. Elle est par exemple utile pour le développement de médicaments et de vaccins à base d'anticorps. Reddy collabore à cet effet avec différentes entreprises pharmaceutiques. "Notre technique permet par exemple de suivre très précisément l'évolution d'une réponse immunitaire au fil du temps, par exemple chez les patients infectés par le VIH", explique le professeur de l'ETH, qui a récemment obtenu pour ses recherches l'une des bourses très convoitées du Conseil européen de la recherche (ERC). "Avec les mesures de protéines d'anticorps effectuées jusqu'à présent, les scientifiques ont surtout découvert les anticorps très fréquents. Or, une réponse immunitaire produit toujours toute une série d'anticorps légèrement différents. Le séquen?age permet également de caractériser très précisément - et très rapidement - les moins fréquents d'entre eux."

En outre, le séquen?age de l'ARN des anticorps permet de détecter de faibles quantités d'ARN des anticorps à un stade précoce, alors que la mesure des protéines nécessite une concentration suffisamment élevée de protéines d'anticorps dans le sang. Le séquen?age ouvre donc de nouvelles possibilités pour le diagnostic, par exemple pour la détection précoce du cancer ou des maladies auto-immunes.