JCVI-syn1

JCVI-syn1.0 est un chromosome artificiel d’un million de bases chimiques entièrement produit en éprouvette en suivant une modélisation informatique. Il a été intégré dans une bactérie dont on avait auparavant supprimé l’ADN d’origine.

Il s’agit de la première production humaine de patrimoine génétique en grande quantité et de novo. Il existe aujourd’hui deux lignées d’espèces vivantes sur Terre : toutes celles qui descendent de LUCA (Last Universal Common Ancestor), et JCVI-syn1.0.

En 2010, l’institut de recherche génomique J. Craig Venter (JCVI) publiait dans Science la synthèse de la première cellule bactérienne procaryote

autoréplicante synthétique.(30)

Dans le cadre du projet Minimal Genome, une équipe de JCVI a synthétisé une version entièrement modifiée du génome de la levure Mycoplasma Mycoides de 1,08 million de paires de bases et l'a implanté dans une cellule de Mycoplasma capricolum ou l’ADN avait été retiré par une enzyme de restriction

La cellule synthétique appelée Mycoplasma mycoides

JCVI-syn1.0 est la preuve du principe que les génomes peuvent être conçus dans l'ordinateur, fabriqués chimiquement en laboratoire et transplantés dans une cellule receveuse pour produire une nouvelle cellule auto-répliquant contrôlée seulement par la Génome synthétique(30). Leur nouvel objectif est de synthétiser une cellule minimale ne contenant que les gènes nécessaires (génome minimal) pour soutenir la vie dans sa forme la plus simple et ainsi mieux comprendre le fonctionnement des cellules. Elle pourrait être une plateforme pour analyser la fonction de chaque gène essentiel dans une cellule en intégrant un à un les gènes dans cette cellule minimal pour étudier leur fonction(30).

En 2016, l'Institut Venter a utilisé des gènes du JCVI-syn1.0 pour synthétiser un génome encore plus petit qu'ils appellent JCVI-syn3.0, qui contient 531.560 paires de bases et 473 gènes. Une comparaison de ces deux génomes a révélé un ensemble commun de 256 gènes que l'équipe pense être un ensemble minimal de gènes nécessaires à la viabilité.

Illustration 7 Synthèse du chromosome articiel JCVI-syn1.0

1.2.2 Ultimate Yeast Genome

En mars 2014, un article sur le premier chromosome eucaryote artificiel qui comportait 80 signataires comme la John Hopkins University à Baltimore, la New York University, le CNRS, l’Institut Pasteur a été publié dans la revue Science(31).

Pour la première fois, les chercheurs sont parvenus à remplacer un des 16 chromosomes de la levure eucaryote Saccharomyces cerevisiae par un autre, de leur fabrication, mais tout aussi fonctionnel que l’original.

Le chromosome 3 de S.Cerevisiae a été simplifié et allégé en passant de 316 617 paires de bases dans la version sauvage à 272 871 dans la version de synthèse. L'objectif comme avec JCVI-syn étant de transformer cette cellule en une plateforme de recherche plus simple à modifier pour la compréhension des gènes.

L'équipe a donc procédé par étapes successives en exploitant la capacité qu'a la levure d'intégrer à son propre code génétique des fragments d'ADN étranger.

Des briques d'ADN de synthèse d’une longueur de 750 paires de bases ont été assemblées quatre par quatre de manière à former des fragments de plus grande taille(32).

Ces fragments ont été insérés dans le génome de la levure par paquets, étape par étape, afin

qu’ils remplacent progressivement les séquences génétiques d'origine(32).

L'opération n’a pas modifié la capacité de survie et de reproduction de la levure baptisée « SC2.0 » qui est le premier eucaryote au génome artificiel. Le chromosome artificiel ne représente que 2,5% du génome de la totalité de S. Cerevisiae(31).

2. Séquençage génétique

Un peu plus de 10 ans après le premier séquençage d’un génome humain, qui avait coûtait 3

milliards de dollars et avait durée 13 ans, des sociétés comme Illumina19 _{ou comme}

DNAvision20 _{sont en mesure de proposer une technologie de séquençage de nouvelle génération}

(NGS) utilise l'amplification et le séquençage par synthèse (SBS) pour permettre un séquençage rapide et précis de petites régions ciblées comme de l'ensemble du génome. Grâce à ces technologies de séquençage à haut fréquence un séquenceur HiSeqX de chez Illumina peut séquencer jusqu'à 18 000 génomes par an pour une somme inférieure à 1000 dollars/génome(33).

19 _{Société américaine spécialisé dans le séquençage, génotypage et expression génétique, numéro un du marché} des séquenceurs génétiques

20 _{Une des principales sociétés européennes de génomique fournissant une large gamme de services génomiques} aux industries pharmaceutique, alimentaire et biotechnologique.

La société britannique Nanopore développe un séquenceur d’ADN de poche USB devise par nanopores(34) : le MinION qui cout à l’achat environ 1000dollars (9,5 cm de long, 3,2 cm de large, 1,6 cm d'épaisseur pour 120 g).

Selon Technology Review(35), la revue du Massachusetts Institute of Technology, MiniION à un taux de reconnaissance des bases encore trop faible avec seulement 60 à 85% des reconnaissances des bases nucléotidique.

Cependant MiniION a été utilisé avec succès durant l’épidémie d’Ebola en Afrique de l’Ouest pour séquencer et identifier le virus(36)

Force est de constater cette augmentation majeure des capacités des laboratoires à pouvoir séquencer à faible coût et rapidement le génome complet des patients, d’autant qu’il semble possible de miniaturiser les séquenceurs de manière fiable. Ces informations laissent envisager au séquençage rapide et pratique en activité clinique classique dans un futur. C’est d’ailleurs en anticipant ces nouvelles pratiques que les géants de la biologie ou de l’informatique se sont lancés dans la course à l’accumulation de big data génomique.

Dans son avis numéro 124 intitulé « Réflexion éthique sur l’évolution des tests génétique liée au séquençage de l’ADN humain à très haut débit » le Comité consultatif National d’Ethique pour les Sciences de la vie et de la santé revient sur une décennie de séquençage : « Depuis la première séquence complète d’ADN humain en 2003, tant le coût de ce séquençage que le temps nécessaire pour l’obtenir ont été divisés par deux millions (…) le temps où le génome de chaque individu représentera un standard de son dossier médical, régulièrement réanalysé, n’est-il pas si loin »(37).

2.1 Application commerciale du séquençage génétique : le diagnostic moléculaire

Une des applications de ces séquençages rapides à bas prix est le développement aujourd’hui d’un panel de sociétés comme Myriad Genetics, spécialisée dans le diagnostic moléculaire. En

2016 elle avait commercialisé 12 produits de diagnostic génétique comme par exemple myRisk

Hereditary Cancer, un test multi gènes qui identifie un risque élevé de cancer génétique comme le cancer du sein, du côlon, de l'ovaire, de l'endomètre, du pancréas, de la prostate et de l'estomac et du mélanome en cherchant les mutation des gène APC, ATM, BARD1, BMPR1A, BRCA1, BRCA2, BRIP1, CDH1, CDK4, CDKN2A (p16INK4a et p14ARF), CHEK2, MLH1, MSH2, MSH6, MUTYH, NBN, PALB2, PMS2, PTEN, RAD51C, RAD51D, SMAD4, STK11,

TP53. Ce genre de test est aujourd’hui disponible dans le commerce nord-américain pour une somme relativement modique, entre 150 et 300 dollars.

Le dépistage de prédispositions à des pathologies neurodégénératives et des néoplasies sans pour autant apporter une réponse curative peut laisser perplexe. Il inscrit cependant la médecine de demain dans un dialogue de l’individu sain en devenir d’être malade et dans une prise en charge a priori des pathologies.