La route longue et sinueuse : en cours

Jan 26, 2024

L'accessibilité à la technologie d'écriture d'ADN augmente grâce à la commercialisation de ces techniques à travers des services allant des imprimantes ADN de paillasse à la synthèse personnalisée.

Crédit : CIPhotos/Stock/Getty Images Plus

L’état de la synthèse de l’ADN ressemble un peu au voyage de l’humanité vers la Lune : ce n’est pas parce que quelque chose a déjà été réalisé que nous devons cesser de chercher comment mieux le faire.

C’est ainsi qu’Harold P. de Vladar, PDG et fondateur du fournisseur de services d’ADN synthétique de longue date Ribbon Biolabs, voit la vaste opportunité dans le domaine de la synthèse d’ADN. de Vladar dit que la synthèse d'ADN équivalente à l'alunissage d'Apollo 11 était le travail historique de Craig Venter sur l'assemblage du bactériophage ΦX174 de 5 386 pb à partir de courts brins simples d'ADN synthétique disponible dans le commerce connu sous le nom d'oligonucléotides.1 Venter et son équipe du J. Craig Le Venter Institute a construit le génome ΦX174 en utilisant une adaptation de la réaction en chaîne par polymérase (PCR) appelée assemblage du cycle de la polymérase2 en 2002-2003, juste après le séquençage du génome humain au début des années 2000.

Ce problème existait encore il y a quelques années. « Quand j'étais encore chercheur, j'ai été confronté au problème de la fabrication d'un ADN long en voulant synthétiser une bibliothèque de génomes de petits phages, d'environ 4 000 pb, et c'était un projet impossible. Je voulais environ 250 séquences, et c'était irréalisable », a déclaré de Vladar.

Il y a environ 10 ans, de Vladar a constaté qu'une société appelée Twist Bioscience commençait à faire la une des journaux. Il s’est rendu compte que les gens étaient toujours intéressés par la synthèse d’un ADN long. « À première vue, la synthèse de l’ADN semblait résolue, mais quand on commence à regarder dans les détails, comme la baisse du coût par base pour le séquençage, etc., on se rend compte que le problème est loin d’être résolu » (Encadré 1).

Le coût du séquençage a chuté au cours des 10 à 15 dernières années à un rythme dépassant la loi de Moore. Le coût d'une séquence du génome humain est passé d'environ 1 million de dollars en 2007 à 1 000 dollars en 2014, et il approche aujourd'hui les 100 dollars, les séries Illumina NovaSeq X et Ultima Genomics UG100 réclamant respectivement des coûts de 200 et 100 dollars par génome. Mais l’accessibilité financière de la synthèse d’ADN personnalisée n’a pas suivi le rythme et le coût reste relativement élevé. Au cours des dernières années, on a observé une tendance générale vers une baisse des coûts de synthèse génétique à 0,01 $ par pb, contre moins de 1 à 2 $ par Gigabase offerts par les derniers outils de séquençage de nouvelle génération.7

En 2018, de Vladar a lancé Ribbon Biolabs à Vienne, en Autriche. La société de synthèse d’ADN peut construire de manière fiable des fragments de 1 kb en une journée, qui peuvent être assemblés en molécules plus grosses de 10 à 20 kb. Pour ce faire, Ribbon traite algorithmiquement une séquence en morceaux plus petits qui sont triés dans un arbre de décision afin d'identifier la meilleure combinaison d'oligos 10 et 12-mer (à partir de leur biobanque de près de 80 000 oligos) pour un assemblage automatisé. Le délai d'exécution réel, y compris la vérification et la livraison basées sur le séquençage, pour la petite entreprise (ne comptant que quelques dizaines d'employés), est d'environ 3 jours. L'objectif de de Vladar et Ribbon Biolabs est de faire évoluer la synthèse génétique à partir de l'approche bibliothèque jusqu'à 1 000 Ko par jour.

En améliorant les enzymes et les normes d’assemblage, la précision et le nombre de molécules d’ADN pouvant être combinées en une seule étape se sont améliorés. Au cours de la dernière décennie, une pléthore de nouvelles méthodes puissantes d’assemblage d’ADN, notamment l’assemblage Gibson3, ont été développées. Ces méthodes d’assemblage ont été appliquées à la construction d’un génome bactérien minimal4 et de chromosomes synthétiques de levure.5

Les approches d'assemblage pour la synthèse de l'ADN présentent plusieurs inconvénients : elles peuvent être compromises par les impuretés des oligonucléotides synthétiques, la dépendance de la méthode à la confirmation de la séquence d'un clone individuel et le recours à des enzymes PCR de relecture haute fidélité, qui doivent être utilisées pour copier les éléments construits. gènes pour éviter les mutations lors de l’amplification.

L'approche à plusieurs niveaux de Ribbon Biolabs est limitée par la taille physique des molécules synthétisées. "L'ADN de 20 à 40 kb est une molécule très complexe", a déclaré de Vladar. « Les réactions ne sont plus si efficaces. Mais ce n’est même pas le pire du problème : des molécules d’ADN plus longues se brisent sous l’effet de la simple force. L'assemblée elle-même n'est pas le problème ; c'est la manipulation des molécules d'ADN. C'est un problème que nous essayons également de résoudre, et nous avons quelques idées en R&D. Mais il ne suffira pas d'imprimer 30 Ko en appuyant simplement sur un bouton.