From the monthly archives: février 2012
Cet article revient sur une publication de janvier 2012 de Science (voir image ci-dessous) qui exploite des données de biologie haut-débit pour répondre à deux questions biologiques liées : « comment a été permise la photosynthèse ? » – « toutes les plantes ont elles un ancêtre commun?«
Les auteurs exploitent des données génomiques et transcriptomiques d’un glaucophyte : Cyanophora paradoxa. Cyanophora paradoxa est le biflagellé le plus étudié des glaucophytes, pris pour modèle dans l’étude de l’endosymbiose et pour ce qui a trait à la fonction du proplaste à l’origine des chloroplates.
Ces proplastes ayant pour origine l’intégration par endosymbiose d’une cyanobactérie (les mitochondries quant à elles, ayant pour origine l’endosymbiose d’une alpha-protéobactérie). L’intégration de ces données apporte la preuve que toutes les plantes seraient issues d’un seul ancêtre commun: les plantes formeraient une lignée monophylétique.
Il y a plus d’un milliard d’années a eu lieu la rencontre entre une cyanobactérie et une cellule eucaryote : de cette rencontre a émergé des cellules capables d’exploiter la lumière solaire pour synthétiser de la matière organique. L’étude présentée ici distingue :
– les EGT (Endosymbiotic Gene Transfer) avec les échanges de gènes entre le génome de l’hôte et celui de la cyanobactérie initiale venant grandement enrichir le génome de cet hôte. La participation des gènes de cyanobactérie représenterait entre 6 % (pour Chlamydomonas reinhardtii) et 18 % (pour Arabidopsis thaliana). Chez C. paradoxa, 274 gènes semblent avoir une origine cyanobactérienne. L’étude de la séquence mitochondriale a permis de positionner les glaucophytes très près du point de divergence des algues vertes et rouges.
– une autre source d’apport de matériel génétique venant enrichir ce système : les transferts de gènes horizontaux (HGT). Les auteurs dénombrent 15 gènes qui sont partagés par les 3 taxons de plantes à l’origine d’une diversité de plantes, et qui auraient une origine bactérienne – des séquences proches de celles retrouvées chez des Chlamydiae et Legionella, des parasites intracellulaires de cellules eucaryotes.
Ainsi les gènes apportés par le parasite ont permis au couple cyanobactérie-cellule de fournir des gènes nécessaires aux échanges de « nourriture » (UhpC-type hexosephosphate transporters, des sous-unités de translocons). Cette étude démontre que ces échanges de gènes ont une signature unique chez les plantes, les algues et les glaucophytes confortant la thèse d’une lignée végétale monophylétique, un coup porté aux tenants de la thèse de la « paraphylie végétale ».
Cet article de Science est un bel exemple de l’exploitation, de l’intégration et enfin de l’interprétation donnant sens aux données génomiques et transcriptomiques générées à haut-débit (des données de transcriptomiques -réalisées sur la plateforme Illumina GAIIx- sont disponibles dans la banque du NCBI : Sequence Read Archive avec les n° d’accès suivants SRX104482, SRX104481, SRX104480).
La confusion entre mate-pair et paired-end, tant au niveau technologique (selon qu’on lise les notes techniques d’Illumina, de Roche ou de Life) que logiciel nous a mené à rédiger, en collaboration avec Ségolène Caboche, Bioinformaticienne à l’université de Lille2, une note technique dont le contenu est résumé ci-dessous :
– Genèse de la confusion entre mate-pair et paired-end
– Descriptions les deux approches, avec un focus sur les principales technologies de seconde génération de séquenceurs
– Traitement au niveau logiciel et conseils généralistes pour l’utilisation
Le document est consultable dans son intégralité sur notre blog :
Télécharger Paired-end versus mate-pair
Bonne lecture!
L’AGBT qui a eu lieu du 15 au 18 février, à Marco Island, a fait la part belle à la technologie d’Oxford Nanopore, ainsi qu’il avait été prévu. La société dont il est question a profité du rassemblement pour lever le voile sur 2 produits : le MinION et le GridION, il est à noter que le MinION, mini-système de séquençage de la taille d’une grosse clé USB (photo ci-contre) a une dénomination commerciale tout particulièrement adaptée au marché français.
La technologie d‘Oxford Nanopore a été évoquée dans plusieurs de nos articles. Elle permet le séquençage et l’analyse à haut-débit de reads de taille ultra longue (plusieurs kb) en temps réel pour pas très cher : la promesse d’un séquençage de 3ème génération démocratisé. Clive G. Brown (directeur de la technologie chez Oxford Nanopore) a présenté ses deux nouveaux jouets :
– Le MinION (dont le prix serait inférieur à 900 $) est un consommable et séquenceur (les deux à la fois) jetable qui devrait permettre de générer 1 Gb de données
– Le GridION (que vous pouvez empiler à foison, voire photo ci-dessous) permet quant à lui de générer, par module, plusieurs dizaines de Gb / jour (on pencherait pour un minimum de 25 Gb) sachant que selon nos informations un module aurait un coût voisin de 30 k$. Oxford Nanopore insiste sur le fait qu’à la Gb générée ils seront concurrentiels en terme de coût des consommables. En outre, le volume de données générées s’adapte à la problématique de l’utilisateur puisqu’en effet tant que l’appareil séquence -d’où leur slogan « Run Until« – il génère des données (le débit journalier associé à une technologie prend tout son sens ici). La cartouche –consommable de séquençage– associée à la technologie GridION possède actuellement 2000 pores individuelles -en 2013, il est prévu de passer à un consommable en comportant 8000- avec cette évolution il sera donc possible avec 20 modules GridION (environ l’investissement équivalent à un HiSeq2000) de séquencer un génome humain en 15 minutes ! Une autre façon de voir les chose est la suivante, dans sa version « actuelle » à 2000 pores disponibles : pour un prix équivalent à celui d’une configuration de type Ion Proton, 5 modules GridION seront capables de séquencer un génome humain à 30 X (cela leur prendrait une demie journée).
D’autres éléments ont filtré lors de l’AGBT. En effet, il semblerait que la technologie d’Oxford Nanopore subisse un taux d’erreurs sur séquences brutes encore assez élevé de 4 % (comparé aux plus de 10 % pour la technologie de Pacific Bioscience). Clive G. Brown aurait laissé entendre que ce taux d’erreurs serait uniforme et le fruit d’une majorité d’erreurs systématiques (ce qui est plutôt bon signe, en vue d’une rapide amélioration du système). Au niveau du système de détection, une puce GridION comporte 2K capteurs (un par pore). Chaque capteur permet de distinguer 64 signaux différents, ceci a permis d’analyser le passage de triplets de base afin de pouvoir discriminer 4x4x4 profils différents (j’avoue que j’attendais plus : quid de la prise en compte d’un signal différentiel en cas de présence d’une 5-méthylcytosine ?).
Au niveau préparation des échantillons, un séquenceur de 3ème génération ne nécessite pas de phase d’amplification. Hormis une phase préalable de légère fragmentation de l’échantillon rien ne semble envisagé. Pour palier leur problème de fiabilité, on imagine aisément qu’à l’instar de Pacific Bioscience, une circularisation de l’ADN de l’échantillon permettra d’engendrer en séquençage un nombre suffisant de répétitions venant atténuer ce point négatif.
Un élément important -mais pas surprenant- réside dans la politique commerciale affichée : une distribution directe des machines ainsi qu’une adaptation tarifaire (en usant de forfaits) offrant la possibilité d’acheter la machine à prix réduit avec un report sur le coût des consommables devrait permettre à Oxford Nanopore de conquérir quelques marchés n’en doutons pas !
Laurent Wauquiez, ministre de l’Enseignement supérieur et de la Recherche, et Jean-Luc Tavernier, Commissaire général adjoint à l’Investissement, ont annoncé la liste des 71 lauréats de la deuxième vague de l’appel à projets « LABoratoires d’EXcellence« -fameux LABEX- doté d’une enveloppe de 1 milliard d’euros. La gestion du contenu de cette enveloppe a été confiée à l’Agence Nationale de la Recherche.
Voici un extrait du site : investissement-avenir.gouvernement.fr qui revient sur le bilan des dotations suite à cette deuxième vague du concours de l’excellence au service de la science… ou l’inverse… on ne sait plus trop :
« L’appel à projets a pour objectif d’attribuer aux laboratoires sélectionnés des moyens significatifs leur permettant d’accroître leur visibilité internationale, de faire jeu égal avec leurs homologues étrangers, d’attirer des chercheurs et des enseignants-chercheurs de renommée internationale et de construire une politique intégrée de recherche, de formation et de valorisation de très haut niveau.
195 projets ont été reçus pour cet appel et 71 ont été retenus (soit l’ensemble des projets classés A+ à A5 par un jury international, présidé par le Professeur Jean Claude Latombe, Professeur à l’université de Stanford).
Ces 71 laboratoires seront financés jusqu’en 2020 pour un montant de 534,5 M€, sachant que certains de ces laboratoires se trouveront financés dans le cadre des 8 Initiatives d’excellence désormais reconnues.
Les lauréats recevront dans les toutes prochaines semaines un acompte de 10% afin que les équipes sélectionnées puissent lancer leur projet dans les meilleurs délais.
Avec les lauréats de la première vague, ce sont donc 171 laboratoires d’excellence qui auront été sélectionnés pour un financement sur une période suffisamment longue pour leur permettre de déployer une stratégie scientifique de grande ampleur.
L’ensemble des domaines de recherche est représenté au terme de ces deux appels à projets : 14,5% en sciences du numérique et des mathématiques, 24% en sciences humaines et sociales, 20 % dans le domaine de la matière et de l’énergie, 14,6% dans le domaine des sciences de la terre et de l’environnement, 26,9% dans le secteur de la biologie-santé. »
Vous pourrez trouver le communiqué de presse comportant la liste des projets retenus accompagnée d’un court descriptif incluant les retombées économico-scientifico-sociales attendues (retour sur investissement) –> ici. Il vous suffit ou presque de regarder la carte présentée ci-dessus pour connaître les régions (ou villes universitaires) sur- ou sous-bénéficiants des investissements d’avenir… Lille devance légèrement Clermont-Ferrant et est supplantée par Strasbourg…
LABEX ou l’excellence… à tous les plats (nous avions abordé ce sujet précédemment). Une excellente lettre provenant de l’excellent blog d’Olivier Bouba-Olga, « un économiste qui suit et commente l’actualité » est disponible ici. Je vous invite chaleureusement à prendre connaissance de cette missive titrée : « l’excellence des Universités : oui, mais quelle excellence ?! ». Quelques « concepts » accompagnant la notion subjective d’excellence y sont passés en revue : de la notion de masse critique à la loi de Lotka.
Lotka a été le premier à réaliser, en 1926, une étude sur la distribution des auteurs scientifiques, arrivant à la conclusion que la relation auteurs-articles est inversement proportionnelle au carré d’articles publiés (une distribution hyperbolique)… cette constatation serait la résultante de ce que l’on nomme (en sociologie) « l’effet Saint Mathieu » qui peut être énoncé ainsi : le succès engendre encore plus de succès (ou la richesse réelle ou symbolique plus de richesse réelle ou symbolique)… Ainsi, ici transposé, le « concours » LABEX concentre des fonds très importants sur des têtes d’affiche… Quand l’état adosse sa politique d’investissements -d’avenir- sur la scientométrie, l’instrument de mesure fausse la mesure… en science on appelle cela l’effet de l’instrument…
Sequenom est une autre société californienne de biotechnologie (cotée au NASDAQ) basée à San Diego. Cette société développe des outils d’analyse génomique avec deux principales divisions:
– l’une d’elles développant des systèmes d’analyse génétique (type MassARRAY)
– l’autre se concentrant sur la recherche et développement de réactifs transférables sur la plateforme technologique développée par la première division.
Depuis 2008, Sequenom développe des outils analytiques de paillasse, les systèmes ‘MassARRAY’, appareillage compact permettant une mesure directe de la masse des acides nucléiques, offrant une précision inégalée quant à leur nature et leur quantification. Ce système, sur la base d’un spectromètre de masse, multi-MALDI-TOF MS, trouve des applications pour le génotypage, l’ analyse de la méthylation et l’expression génique. Sequenom continue d’affiner ces applications et de développer plusieurs nouvelles applications pour l’analyse de CNV (Copy Number Variation) par exemple.
Cette technologie est chahutée par les séquenceurs haut-débits de paillasse et autres systèmes permettant de génotyper une grande quantité d’échantillons tels que les systèmes proposés par Fluidigm. Le système MassARRAY bénéficie d’une sensibilité hors pair, les kits diagnostiques développés sur leur plateforme permettent à Sequenom de faire perdurer leur technologie. Les kits diagnostiques prénataux comme le MaternitT21 offre une alternative à l’amniocentèse pour diagnostiquer les trisomies 21, (en février 2012, Sequenom a lancé le MaterniT21 PLUS, permettant de diagnostiquer les trisomies 21, 18 et 13) de manière non invasive ciblant l‘ADN fœtal circulant dans le système sanguin maternel. Après des suspicions quant à un délit d’initié potentiel, des cadres de Sequenom sont surveillés par la SEC (Securities and Exchange Commission), de plus le développement des kits diagnostiques prénataux a connu des difficultés en 2010. En effet, la société a été condamnée à verser 14 millions de USD pour régler un recours (en « class-action ») : des actionnaires se sont retournés sur la société considérant que le développement du kit diagnostique de la trisomie 21 avait été plus que mal géré (notamment au niveau des essais cliniques).
La technologie MassARRAY est encore très employée pour le passage de cohortes suite à des études d’associations génétiques (les puces haute-densité sont employées dans un premier temps, suivi du passage des loci candidats sur une plateforme plus souple, telle que le MassARRAY, permettant d’interroger les mutations putativement associées au phénotype étudié). Un document en lien ici, reprend les principales caractéristiques de la plateforme de génotypage.
Bien que la plateforme MassARRAY trouve vite ses limites, la société Sequenom s’emploie à développer des solutions diagnostiques qui retardent l’obsolescence de leur technologie. La société a connu des soubresauts économico-judiciaires dont elle a su se relever, elle tente d’accélérer la diffusion de plusieurs de ces kits diagnostiques avant que sa technologie ne soit dépassée par la concurrence.
Ce post fait naturellement suite à celui dédié à la seconde génération de séquenceurs multi-parallélisés, et conserve la même approche, à savoir un tour d’horizon des technologies et une évocations des informations générales sur le sujet.
A l’instar du PGM de Ion torrent mis sur le marché depuis un an (10Mb – reads 100b – 06.2011 / 100Mb – reads 200b -11.2011 / 1Gb – reads 400b – prévu début 2012), la seconde génération de séquenceurs haut débit tend vers une production de reads de plus en plus longs et de moins en moins chère. Toutefois, on est en droit de se demander quelle sera leur pérennité face à la 3éme génération répondant à un cahier des charges assez similaire et la possibilité de bénéficier de nouvelles applications.
Le principe de la 3ème génération peut être symbolisé par le séquençage d’une molécule d’ADN sans étape de pré-amplification (contrairement à la génération actuelle type 454 Roche, SOLiD Life technologie, Ion Proton, PGM Ion torrent, HiSeq Illumina, …) en conservant l’incorporation de nucléotides, par cycles ou non ( dans ce dernier cas, le terme de « Séquençage d’ADN simple molécule en temps réel » est approprié).
Les technologies « SMS » pour « Single Molecule Sequencing » peuvent être regroupées selon trois catégories:
– Technologies de séquençage en temps réel impliquant la synthèse du brin d’ADN complémentaire via une ADN polymérase.
– Technologies de séquençage par détection des bases successives d’une molécule d’ADN au travers de nanopores.
– Technologies de séquençage basées sur des techniques de microscopie.
En combinant les dernières avancées dans la nanofabrication, la chimie de surface et l’optique, Pacific Biosciences (Pacbio RS) a lancé une plateforme technologique puissante appelée technologie de molécule unique en temps réel, ou « SMRT » pour « Single Molecule Real-time sequencing ». Parmi ses concurrents directs, Helicos Biosciences (Helicos) qualifié « tSMS » pour « True Single Molecule Sequencing ». Malgré le recours à une technologie analogue, la mention « Temps réel » auquel il échappe est simplement liée à une incorporation cyclique des nucléotides fluorescents.
D’autres technologies, à des degrés de développement plus ou moins avancé, sont dans les tuyaux et qui sait de Noblegen, Starlight, Cracker Bio, NABSys, Halcyon, ou autres… révolutionnera encore un peu plus cet univers du haut débit et suivra le chemin emprunté dernièrement par Oxford Nanopore …
Pierre Barthélémy, journaliste scientifique au monde, a publié hier sur son blog (passeurdesciences.blog.lemonde.fr) une interview de Etienne Danchin (directeur de recherche CNRS et directeur de l’EDB) qui nous parle de la nécessité de s’extraire du dogme du « tout-génétique » pour s’intéresser plus précisément à d’autres mécanismes qui régissent l’hérédité, tel que l’épigénétique, l’hérédité culturelle et environnementale.
Vous pouvez retrouver l’interview dans son intégralité ici :
Cette interview fait suite à la publication d’une synthèse sur l’hérédité non génétique et son rôle dans l’évolution parue dans Nature Reviews Genetics en Juillet 2011 que vous pouvez consulter en intégralité ici.
Etienne Danchin n’est pas le seul à s’interroger sur la part réelle de la génétique dans les mécanismes de l’hérédité, nous vous conseillons une nouvelle fois l’excellente émission de Jean Claude Ameisen (à écouter dans ce post) qui aborde ces aspects de la transmission génétique et non génétique, entre générations.
- Principales voies transmises de génération en génération (Nature Reviews Genetics 12, 475-486 (July 2011))
L’hérédité culturelle est une composante en général peu discutée (notamment dans le domaine animal): quelle est la part de variation phénotypique qui peut être expliquée par une transmission sociale (ou transmission par apprentissage)? A noter que le rôle de la composante culturelle dans l’hérédité a été formalisé dans les années 1970, ça ne date donc pas d’hier, mais comme toutes les composantes non génétiques impliquées dans l’hérédité elle s’est retrouvée minimisée, voire ignorée, au profit de la composante génétique.
Quoi qu’il en soit, à l’heure de l’arrivée de la 3eme génération de séquenceur haut-débit et de la génération toujours plus astronomique de données génomiques, il est toujours bon de rappeler que le seul transfert de gènes n’explique qu’une proportion des mécanismes étudiés.
Pierre Barthélémy, journaliste scientifique à publié hier sur son blog (passeurdesciences.blog.lemonde.fr) une interview de Etienne Danchin (directeur de recherche CNRS) qui nous parle de la nécéssité de sortir du dogme du « tout-génétique » pour s’intérésser plus précisement à d’autre mécanisme qui régisse l’hériédité, l’épigénétique, l’hérédité génétique et environementale.
Vous pouvez retrouver l’interview dans son intégralité ici :
Cet interview est le résultats d’une synthèse sur l’hérédité non génétique et son rôle dans l’évolution publié dans Nature Reviews Genetics en Juillet 2011 que vous pouvez consulter en intégralité ici.
Etienne Danchin n’est pas le seul à s’intéroger sur la place réelle de la génétique dans les mécanisme de l’hérédité, nous vous conseillons une nouvelle fois l’excellente émission de Jean Claude Ameisen (à écouter dans ce post).
Le représentant européen des séquenceurs haut-débit de troisième génération, Oxford Nanopore va communiquer à l’AGBT… dans quelques jours. La société en profitera pour annoncer la commercialisation de ses premières machines permettant de séquencer en 24 heures un génome humain pour moins de 1000 $ (soit le même prix qu’un génome humain séquencé par un Ion Proton en 2 heures sur une plateforme de deuxième génération).
Oxford Nanopore souhaite commercialiser sa machine (en direct) avant la fin 2012. Un réelle course a lieu, puisqu’à cette échéance sera commercialisé le Ion Proton. Nous assisterons donc avant fin 2012 a un chevauchement technologique où 2ème et 3ème générations de séquenceurs risquent de se télescoper… les scientifiques en cours d’élaboration de dossiers de demandes de financements devront (vite) choisir leur camp… : partir sur une technologie qui a d’ores-et-déjà fait ses preuves (Ion Proton) donc de 2ème génération ou une technologie de 3ème génération totalement innovante… mais dont on ne possède pas de retour indépendant sur la qualité des données générées. La « guerre » technologique est lancée entre le transfuge de Solexa (technologie des séquenceurs Illumina), John Milton, le responsable scientifique d’Oxford Nanopore et la biotech’ rock-star Jonathan Rothberg, responsable scientifique de Ion Torrent chez Life Technologies.
Qui sommes nous?
Christophe Audebert [@]
En charge de la plateforme génomique
du département recherche et développement
de la société Gènes Diffusion .
Renaud Blervaque [@]
Biologiste moléculaire, chargé d'études génomiques.
Gaël Even [@]
Responsable bioinformatique au sein
du département recherche et développement de la société Gènes Diffusion.
