Plateforme de séquençage de nouvelle génération

Les bases d’ADN sont séparées par seulement 3,4 angströms, soit la largeur de quelques atomes. Les méthodes de séquençage de l’ADN ne permettent pas de résoudre facilement cette dimension. Le séquençage par technologie d’expansion, ou SBX, permet de surmonter cette limite en créant une molécule de substitution appelée Xpandomère. Cette molécule est plus de 50 fois plus longue que son ADN cible et code les informations de séquence d’ADN dans de grands rapporteurs signal-bruit. 

Les éléments constitutifs du Xpandomère sont de nouveaux nucléotides appelés X-NTP. Un procédé de réplication d'ADN modifié synthétise le Xpandomère en liant séquentiellement les X-NTP le long d'une matrice d'ADN cible en utilisant un procédé enzymatique exclusif. Cela forme une hélice à double brin. Chacun des quatre types de X-NTP représentés par A, C, G et T a une attache qui est liée entre la base et l’alpha phosphate. L'attache prend en charge un rapporteur signal/bruit élevé qui reflète l'identité de la séquence de base. 

Au centre de chaque rapporteur se trouve l’élément de contrôle de translocation, ou TCE, qui module le mouvement des Xpandomères pendant le séquençage. À mesure de l’extension, seul un X-NTP qui complète correctement la base suivante sur la matrice d’ADN sera incorporé. 

L'information de séquence de l'ADN est maintenant exprimée dans la séquence rapporteur du X-NTP. Ce processus de liaison des X-NTP est poursuivi séquentiellement et s'étend sur toute la longueur de la matrice d'ADN. Après la synthèse, un réactif est ajouté, qui dégrade la matrice d’ADN, et la liaison clivable entre chacune des bases X-NTP est rompue, permettant l'expansion de la chaîne principale. Ce produit est appelé le Xpandomère. Le Xpandomère est ensuite inséré électriquement dans un nanopore biologique de manière déterministe. L’élément de contrôle de translocation maintient le reporter dans le nanopore, modifiant la résistance électrique du pore pour fournir l’un des quatre signaux qui identifient de manière unique la base correspondante dans la séquence d’ADN d’origine. 

Après la mesure, une courte impulsion haute tension est appliquée et le Xpandomère est avancé de manière fiable vers le reporter suivant. Ce procédé est mis en œuvre de manière très parallèle sur des millions de puits sur un seul module de capteur CMOS (semi-conducteur métal-oxyde complémentaire) et peut fournir des taux de séquençage en temps réel remarquables de centaines de millions de bases par seconde. 

La technologie SBX innovante de Roche peut évoluer de manière polyvalente pour satisfaire un large éventail d’applications, établissant ainsi un nouveau paradigme pour la technologie de séquençage de nouvelle génération.

Le séquençage de nouvelle génération a révolutionné notre compréhension de la biologie. Depuis des années, le séquençage par synthèse ou SBS est la technologie la plus utilisée. Cependant, l’invention du séquençage par expansion, ou SBX, promet une nouvelle approche pour façonner l’avenir de la génomique, mais quelle est la différence ? Et pourquoi est-ce important ? Commençons par examiner comment fonctionne le séquençage de l’ADN. Le séquençage d’un échantillon d’ADN génère sa séquence unique de bases. L’ordre des A, T, C et G et la rapidité avec laquelle vous pouvez repérer les différences qui rendent une séquence unique, par rapport à une référence, vous permettent d'obtenir plus rapidement des informations pertinentes. Cela pourrait impliquer de faire progresser plus rapidement la recherche en oncologie et d’accélérer les percées qui façonnent les soins de santé pour la prochaine génération.

Imaginez maintenant le séquençage de l’ADN comme un jeu des différences. Votre séquence de référence est l’image originale, l’ADN de notre échantillon est notre image avec les différences. Notre objectif ? Repérer les différences. Lorsque vous avez à la fois vos images de référence et d’échantillon côte à côte, leur comparaison est très simple, mais les principales différences résident dans la façon dont cette image d’échantillon est créée, à savoir comment les lectures de séquençage sont générées.

Commençons par l’exemple SBS. Le SBS effectue des séquences de l’échantillon par cycles itératifs, en construisant la séquence pièce par pièce. Imaginez une imprimante qui imprime l’image ligne par ligne. Vous devez attendre que l’image apparaisse suffisamment avant de pouvoir commencer à voir l’image complète de l’échantillon. Ce n’est qu’alors que vous pouvez commencer à repérer toutes les différences par rapport à l’image de référence.

Le SBX fonctionne de manière radicalement différente. Tout d’abord, les échantillons sont convertis en molécules appelées Xpandomères. Ensuite, après le chargement des Xpandomères sur le séquenceur, les lectures de pleine longueur commencent à être mesurées dans les secondes suivant le séquençage de l'échantillon converti. SBX atteint cette vitesse en séparant les étapes de synthèse et de séquençage. Au lieu d’imprimer notre image d’échantillon ligne par ligne, SBX commence à générer une image complète dès le début, avec une clarté de plus en plus grande, ce qui signifie que vous pouvez comparer avec l’image de référence en toute confiance presque immédiatement.

En examinant SBS et SBX côte à côte sur la même période, nous pouvons voir les différences en termes d’action. Sur la gauche se trouve notre exemple d’image SBS, nous ne voyons qu’une petite partie de l’image, nous attendons toujours que l’imprimante ait terminé son travail. En revanche, sur la droite, l'image de l'échantillon SBX est visible dans son intégralité, vous pouvez comparer l'image de l'échantillon à la référence depuis le début, même si l'image gagne en détails.

Mais qu’est-ce que cela signifie dans le monde réel de la génomique ? Avec SBX, comme l’affichage initial de l’image complète est disponible en quelques minutes, voire en secondes, l’analyse en aval peut commencer presque immédiatement. Par rapport au SBS, qui doit attendre que le séquençage ait suffisamment progressé pour commencer l’analyse en aval. Cette capacité à générer des données et à passer de l’échantillon à l’analyse de données en une fraction de temps, tout en offrant une précision et une flexibilité élevées, marque un changement fondamental dans le flux de travail de séquençage.

SBX accélérera en fin de compte la découverte scientifique, ouvrant des possibilités de séquençage qui étaient auparavant inaccessibles. Nous avançons vers une période où une compréhension génomique rapide et précise établit de nouvelles normes en matière de médecine personnalisée, de santé et de bien-être collectif. Alors faites de la place, car l’avenir de la génomique est déjà là et il est plus rapide que jamais.