Étape scientifique : ils ont fini de décoder un génome humain entier

Bien qu'il ait été presque terminé pendant des décennies, les scientifiques affirment que, finalement, ils ont réussi à décoder le génome humain, l'ensemble des instructions pour la construction et le maintien d'un être humain.

Ce plan génétique, selon les participants à l'étude publiée ce jeudi dans la revue Science, était entièrement assemblé. Une équipe internationale a décrit le premier séquençage d'un génome humain complet. L'effort précédent, célébré dans le monde entier, était incomplet car les technologies de séquençage de l'ADN de l'époque ne pouvaient pas en lire certaines parties. Même après les mises à jour , environ 8 % du génome manquait.

« Certains des gènes qui font de nous des êtres humains étaient en fait dans cette « matière noire du génome » et ont été complètement ignorés », a déclaré Evan Eichler, chercheur à l'Université de Washington qui a participé aux efforts en cours et au projet original sur le génome humain. « Cela a pris plus de 20 ans, mais nous avons finalement réussi », a-t-il souligné.

Beaucoup, y compris les propres étudiants d'Eichler, pensaient que c'était fini. « Je leur ai enseigné et ils m'ont dit : 'Attendez une minute. N'est-ce pas comme la sixième fois qu'ils déclarent la victoire ? J'ai dit : « Non, cette fois, nous l'avons vraiment, vraiment fait !

Les scientifiques ont déclaré que cette image complète du génome permettra à l'humanité de mieux comprendre notre évolution et notre biologie, tout en ouvrant la porte à des découvertes médicales dans des domaines tels que le vieillissement, les maladies neurodégénératives, le cancer et les maladies cardiaques.

« Nous élargissons simplement nos possibilités de comprendre les maladies humaines », a déclaré Karen Miga, auteure de l'une des six études publiées jeudi.

La recherche est le point culminant de plusieurs décennies de travail. La première ébauche du génome humain a été annoncée lors d'une cérémonie à la Maison Blanche en 2000 par les dirigeants de deux entités concurrentes : un projet international financé par des fonds publics dirigé par une agence du ministère américain du Commerce et une société privée, Celera Genomics, basée dans le Maryland.

« Le consortium télomère-à-télomère (T2T) a achevé la première séquence vraiment complète de 3,055 milliards de paires de bases (pb) d'un génome humain, ce qui représente la plus grande amélioration du génome de référence humain depuis son lancement initial », écrivaient les scientifiques en juin dernier, dans un article publié sur la recherche serveur BiorXiv, car jusque-là, il n'a pas été évalué par des pairs, ce qui s'est finalement produit maintenant.

Les chercheurs de l'époque ont déclaré que le nouveau génome était un bond en avant, rendu possible grâce aux nouvelles technologies de séquençage de l'ADN développées par deux entreprises du secteur privé : Pacific Biosciences de Californie, également connue sous le nom de PacBio, et British Oxford Nanopore. Ses technologies de lecture de l'ADN présentent des avantages très spécifiques par rapport aux outils considérés depuis longtemps comme fondamentaux pour les chercheurs.

« Ce 8% du génome n'a pas été négligé en raison de son manque d'importance, mais en raison de limitations technologiques », ont écrit les chercheurs. « Le séquençage haute précision à lecture longue a finalement éliminé cette barrière technologique, permettant ainsi des études complètes de la variation génomique dans le génome humain. De telles études nécessiteront nécessairement un génome humain de référence complet et précis, ce qui conduira à terme à l'adoption de l'ensemble T2T-CHM13 présenté ici. »

Le génome humain comprend environ 3,1 milliards de sous-unités d'ADN, des paires de bases chimiques connues sous les lettres A, C, G et T. Les gènes sont des chaînes de ces paires de lettres qui contiennent des instructions pour la fabrication des protéines, les éléments constitutifs de la vie. Les humains possèdent environ 30 000 gènes, organisés en 23 groupes appelés chromosomes qui se trouvent dans le noyau de chaque cellule.

Jusqu'à présent, « des lacunes importantes et persistantes qui figuraient sur notre carte, et ces lacunes se situent dans des régions assez importantes », a déclaré Miga.

Miga, chercheur en génomique à l'Université de Californie-Santa Cruz, a travaillé avec Adam Phillippy du National Institute for Human Genome Research pour organiser l'équipe de scientifiques afin de repartir de zéro avec un nouveau génome dans le but de tout séquencer, y compris les pièces manquantes. Le groupe, nommé pour les sections situées aux extrémités des chromosomes, appelées télomères, est connu sous le nom de consortium Telomere to Telomere, ou T2T.

Ses travaux ajoutent de nouvelles informations génétiques au génome humain, corrigent les erreurs précédentes et révèlent de longues étendues d'ADN qui sont connues pour jouer un rôle important à la fois dans l'évolution et la maladie. Une version de la recherche a été publiée l'année dernière avant d'être examinée par d'autres scientifiques.

« Je dirais qu'il s'agit d'une énorme amélioration du projet sur le génome humain », qui double son impact, a déclaré le généticien Ting Wang de la faculté de médecine de l'Université de Washington à Saint-Louis, qui n'a pas participé à l'enquête.

Eichler a déclaré que certains scientifiques pensaient que des zones inconnues contenaient des « déchets ». Mais « certains d'entre nous ont toujours pensé qu'il y avait de l'or dans ces collines », a-t-il dit.

Il s'avère que l'or comprend de nombreux gènes importants, a-t-il dit, comme ceux essentiels pour rendre le cerveau d'une personne plus grand que celui d'un chimpanzé, avec plus de neurones et de connexions.

Pour trouver de tels gènes, les scientifiques avaient besoin de nouvelles façons de lire le langage génétique cryptique de la vie. La lecture des gènes nécessite de couper des brins d'ADN en morceaux de centaines à milliers de lettres. Les machines de séquençage lisent les lettres de chaque pièce et les scientifiques essaient de les placer dans le bon ordre. Cela est particulièrement difficile dans les zones où les lettres sont répétées.

Les scientifiques ont déclaré que certaines zones étaient illisibles avant les améliorations apportées aux machines de séquençage de gènes qui leur permettent désormais, par exemple, de lire avec précision un million de lettres d'ADN à la fois. Cela permet aux scientifiques de voir les gènes avec des zones répétées comme des chaînes plus longues plutôt que des fragments qu'ils ont ensuite dû assembler.

Les chercheurs ont également dû surmonter un autre défi : la plupart des cellules contiennent des génomes de la mère et du père, ce qui confond les tentatives d'assemblage correct des pièces. Les chercheurs de T2T ont résolu ce problème en utilisant une lignée cellulaire provenant d'une « taupe hydatiforme complète », un ovule fécondé anormal qui ne contient pas de tissu fœtal et qui possède deux copies de l'ADN du père et aucune de l'ADN de la mère.

La prochaine étape consistera à cartographier davantage de génomes, y compris ceux qui comprennent des collections de gènes des deux parents. Cet effort n'a pas cartographié l'un des 23 chromosomes trouvés chez l'homme, appelé chromosome Y, car la taupe ne contenait qu'un seul X.

Wang a dit qu'il travaille avec le groupe T2T dans le Human Pangenome Reference Consortium, qui tente de générer des génomes ou des modèles « de référence » pour 350 personnes représentant l'étendue de la diversité humaine.

« Nous avons maintenant un génome correct et nous devons en faire beaucoup plus », a déclaré Eichler. « C'est le début de quelque chose de vraiment fantastique pour le domaine de la génétique humaine. »

Autre avancée notable de la génétique, des scientifiques de l'Université d'Oxford ont créé en février dernier le premier arbre généalogique de l'humanité. « Le contexte théorique des généalogies pangénomiques, qui décrivent comment nous avons hérité des gènes de nos ancêtres, s'est développé au cours des trois dernières décennies », a expliqué Anthony Wilder Wohns, chercheur postdoctoral au Broad Institute du MIT et à Harvard, ancien doctorant au Big Data Institute (BDI) de l'Université d'Oxford et auteur principal de la recherche-. Cependant, l'estimation réelle de cette structure est un problème statistique extrêmement difficile. »

Les difficultés associées à la combinaison d'énormes ensembles de données provenant d'un grand nombre de bases de données différentes ont constitué un obstacle majeur à cet effort de recherche, jusqu'à présent. Wilder Wohns, un autre auteur principal de cette nouvelle étude menée pendant son séjour au BDI, a rapporté « une nouvelle méthode pour combiner facilement des millions de séquences génomiques de populations anciennes et modernes ».

Avec ses collègues, Wohns a utilisé cette méthode pour créer une « première ébauche » de l'arbre généalogique de l'humanité. « Nous avons conçu un nouvel algorithme qui déduit les relations génétiques sans avoir besoin de comparer chaque séquence d'ADN les unes aux autres et l'avons combiné avec un autre algorithme qui place des dates sur des ancêtres communs en traitant toutes les ascendances comme un seul réseau », a-t-il expliqué. De plus, en estimant la généalogie complète de l'humanité, nous avons pu créer des algorithmes qui nous ont permis d'utiliser l'ensemble du génome pour estimer quand et, pour la première fois, où vivaient nos ancêtres. »

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