Que signifie séquencer l'ADN ? Comment séquence t-on l'ADN ? Pourquoi séquence t'on l'ADN ? ... ?
Le génome humain (ensemble des gènes d'un individu) a été séquencé en 2004 après 15 années d’une collaboration internationale. Aujourd'hui, on séquence un génome humain en quelques heures.
Chaque cellule humaine comporte un génome de 3 milliards de nucléotides répartis dans 46 chromosomes. On a déterminé que le génome humain contient 21000 gènes environ et on en a réalisé une cartographie sur les différents chromosomes. Ces gènes occupent 1,5% de l’ADN.
Chaque individu est génétiquement unique par sa combinaison d’allèles qui théoriquement est propre à chacun.
La diversité génétique intraspécifique est faible chez l’humain puisque 99,6 % de nos génomes sont identiques, mais 0,4 % de différences représentent tout de même plusieurs millions de nucléotides ! Cette caractéristique du génome permet d’identifier chaque individu par certains de ses allèles. Cela est exploité dans le cas de recherche de parenté ou d’enquêtes criminelles.
Principe de la méthode Sanger
C’est en 1977 que Frederick Sanger met au point la première technique de séquençage. Elle repose sur la capacité de l’ADN polymérase à synthétiser un nouveau brin d’ADN par complémentarité.
Pour cela, on place dans 4 tubes différents un échantillon d’ADN à séquencer en présence d’une amorce complémentaire (brin d’ADN de 15 à 25 nucléotides) et les 4 nucléotides, dNTP (Adénine, Thymine, Cytosine et Guanine). Puis, dans chacun des tubes on ajoute un nucléotide (ddNTP) terminateur marqué radioactivement qui ne permet pas la poursuite de l’élongation par l’ADN polymérase. Ainsi, dans le premier tube, on ajoute une Adénine modifiée, dans le second tube une Thymine, dans le troisième tube une Cytosine et dans le quatrième tube une Guanine. On ajoute alors l’enzyme (ADN polymérase) et on laisse la polymérisation du nouveau brin se faire.
À l’issue de la réaction, les fragments d’ADN néosynthétisés sont séparés sur un gel dont le maillage permet de séparer des fragments dont la taille diffère seulement d’un nucléotide. Les plus petits fragments migrent les plus vite tandis que les plus gros fragments migrent lentement. Les fragments sont ensuite visualisés grâce à leur marquage radioactif et la lecture de la séquence se fait directement sur le gel.
Le séquençage aujourd'hui
Le séquençage est une technique lourde est coûteuse mais qui a beaucoup évolué depuis Sanger. Aujourd’hui, le séquençage est automatisé et son coût a pu être réduit. Toutefois, l’acquisition d’un séquenceur coûte cher et nécessite le regroupement de plusieurs laboratoires en Centre de recherche. Le séquençage automatique utilise des didésoxynucléotides couplés à des fluorochromes. La synthèse a lieu en présence des 4 nucléotides normaux et des 4 ddNTPs marqués. Les fragments obtenus sont ensuite séparés par chromatographie. À la sortie de la colonne de chromatographie, un lecteur détecte la nature de la fluorescence et la taille du fragment. Le résultat est obtenu sous la forme de graphiques dont chaque pic correspond à un nucléotide. La lecture de la séquence est donc plus rapide. De plus, cette méthode permet le séquençage de fragments plus longs.
Exemple de résultat de séquençage