Séquençage génomique

Qu'est-ce que le séquençage de l'ADN génomique ?

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Le séquençage de l'ADN génomique est une méthode sophistiquée qui repose sur des stratégies de séquençage à haut débit supérieures pour examiner en profondeur l'intégralité de l'ADN génomique d'un organisme. L'objectif principal de ce modus operandi scientifique est d'atteindre une compréhension approfondie des informations génétiques encapsulées au sein de l'organisme. Cette technique revêt une importance exceptionnelle dans la recherche biologique, fournissant une base de données solide pour analyser le lien complexe entre les gènes, les maladies et les phénotypes. Le déploiement du séquençage de l'ADN génomique améliore notre perception de la fonctionnalité biologique d'un organisme, des forces sous-jacentes à la pathogénie des maladies et de la progression directionnelle de l'évolution biologique.

Quelle est la méthode de séquençage de l'ADN génomique ?

Actuellement, les technologies de séquençage de l'ADN peuvent être succinctement divisées en trois principaux groupes. La première catégorie englobe les méthodes conventionnelles. Technologie de séquençage de Sanger, communément appelé séquençage de première génération, largement reconnu comme la norme d'or dans le secteur du diagnostic clinique. La catégorie suivante intègre le séquençage à haut débit (HTS) ou séquençage de nouvelle génération (NGS) technologies, toutes deux démontrées pour traiter rapidement un volume massif de molécules d'ADN, montrant une efficacité sans pareille. La dernière catégorie comprend les technologies de séquençage à molécule unique, qui, dépourvues de dépendance à l'amplification PCR, peuvent séquencer directement des molécules d'ADN individuelles. Cette dernière catégorie est souvent appelée technologie de séquençage de troisième génération.

Séquençage de Sanger

Le Méthode de séquençage de Sanger, une technique archétypale dans le séquençage de l'ADN, repose sur le couplage étroit entre des amorces spécifiques et des molécules d'ADN modèle. Tout au long du processus de séquençage, l'ADN polymérase catalyse l'ajout progressif des quatre types de triphosphates de désoxyribonucléosides (dNTP) sur l'ADN modèle lié à l'amorce. La synthèse de nouvelles brins d'ADN est facilitée par la formation de liaisons covalentes entre l'atome de carbone 3' d'une molécule de désoxyribose et l'atome de carbone 5' du nucléotide suivant. Ce processus se perpétue jusqu'à rencontrer un terminateur, ddNTP, qui manque d'un atome d'oxygène à l'extrémité 3', entraînant l'arrêt de la synthèse des brins d'ADN.

NGS

Comparé à la méthode de séquençage de Sanger, technologies de séquençage à haut débit tels que le séquençage Illumina démontrent une efficacité, un débit et une rentabilité supérieurs. Actuellement, il est devenu une méthode répandue dans la recherche génomique moderne, trouvant des applications variées dans différents domaines.

Exploitation technologie NGS a réussi à faciliter l'exécution simultanée de millions de réactions de séquençage, marquant une avancée technique notable. Par le passé, des séquences de nucléotides fiables ne pouvaient être obtenues que par l'opération coordonnée de huit mélanges de réactions différents. Cependant, désormais, les informations sur la séquence de bases peuvent être directement identifiées lors du processus synchronisé d'extension et de détection de la séquence.

Avec l'avènement de la technologie NGS, le champ d'application de la génomique s'est considérablement élargi. Actuellement, le séquençage de l'ADN est devenu un élément intégral dans de nombreux domaines, y compris la science fondamentale, la recherche translationnelle, le diagnostic médical et la science judiciaire. Malgré les succès notables de la technologie NGS en matière de réduction des coûts et du temps, la "longueur de lecture" relativement courte qu'elle génère contribue à des exigences computationnelles élevées pour l'assemblage ultérieur du génome. Néanmoins, nous restons optimistes qu'avec les avancées technologiques continues et l'optimisation, ces défis seront progressivement résolus.

Aperçu des différentes technologies de séquençage de nouvelle génération (Heena Satam et al., Biologie 2023)

Séquençage de molécules uniques

Le séquençage de molécules uniques, également connu sous le nom de séquençage à lecture longue, suscite une attention croissante de la part de la communauté scientifique en raison de sa supériorité dans le domaine de la lecture de longues séquences. Les technologies de ce type se classent principalement en deux catégories : Séquençage en temps réel à molécule unique (SMRT) et séquençage par nanopore.

Nos services de séquençage ADN 

Équipé de plateformes NGS avancées, de technologies de pointe et associé à des scientifiques spécialisés, CD Genomics propose une large gamme de solutions génomiques pour répondre à vos divers objectifs de recherche et budgets.

• Séquençage du génome entier

  • Le séquençage complet du génome (WGS), une technique révolutionnaire, est désormais largement utilisé dans la recherche sur le génome humain/animal. Sa tâche fondamentale est d'examiner et d'ordonner de manière exhaustive la séquence complète du génome au sein d'une cellule biologique, en capturant méticuleusement tous les types de mutations du premier au dernier ADN. Cela a des implications significatives pour approfondir notre compréhension des informations génétiques d'un organisme, des mécanismes de la maladie et des relations entre les gènes et les traits.

    Le développement et l'application du séquençage de génome entier s'étendent au-delà de l'humanité dans d'autres secteurs biologiques. Chez les organismes dépourvus de génomes de référence appropriés ou ceux avec des génomes de référence de faible qualité, de novo séquençage et les techniques d'assemblage sont particulièrement précieuses. Grâce au séquençage du génome entier (WGS), les chercheurs peuvent obtenir des informations complètes sur le génome d'un organisme, fournissant des bases importantes pour des investigations ultérieures sur les fonctions des gènes, l'évolution du génome, les réseaux de régulation des gènes, et plus encore.

    Dans les applications pratiques, le séquençage du génome entier a réalisé des accomplissements reconnus à l'échelle mondiale. Par exemple, le SGE a réussi à déchiffrer les séquences génomiques de divers animaux et plantes, fournissant un soutien solide pour la recherche dans des domaines tels que l'agriculture et la médecine. De plus, le SGE joue un rôle crucial dans la détection de microbes pathogènes, la génétique judiciaire et les études sur la biodiversité, entre autres.

• Séquençage de l'exome entier

  • Dans le génome humain, le nombre d'exons approximativement 180 000, constituant 1 à 2 % de l'entité génomique totale, soit environ 30 Mo en termes computationnels. Les mutations pathogènes dans les régions codantes du génome humain représentent environ 85 % des altérations pathologiques totales. Le séquençage de l'exome complet (WES) est une technique instrumentale qui privilégie l'amplification des séquences d'ADN des régions exon par hybridation de sondes, avant d'entreprendre des méthodologies de séquençage à haut débit. L'objectif principal ici est d'identifier et d'étudier les mutations génétiques associées aux maladies et aux métriques évolutives dans les régions codantes et régulatrices (Régions Non Traduites, UTR). La compilation de cela avec des données d'exome disponibles publiquement aide à une interprétation plus approfondie de la relation entre diverses mutations et les mécanismes des maladies qui en découlent.

    Par rapport au WGS, le séquençage de l'exome entier présente plusieurs avantages : a) Rentabilité : comparé au WGS, le séquençage de l'exome entier offre une profondeur de couverture supérieure et une précision des données améliorée, ce qui en fait un choix économiquement préférable ; b) Profondeur de séquençage : la profondeur de séquençage peut dépasser 120x ; c) Capacité de haut débit : le WES est particulièrement adapté aux études à grande échelle impliquant de nombreuses régions cibles ; d) Haute précision : une couverture de séquençage approfondie s'accompagne d'une grande précision des données, offrant des résultats bien optimisés.

• Séquençage ADN ciblé / (Séquençage de panneaux)

  • Le séquençage ciblé est une technique impliquant principalement le séquençage d'amplicons multiplex et le séquençage par capture hybride. Il permet d'isoler des gènes ou des régions génomiques spécifiques pour le séquençage. Comparé au séquençage génomique complet (WGS) et au séquençage de l'exome (WES), le séquençage ciblé présente les avantages suivants :

    Il permet un séquençage de haute précision des gènes vitaux avec un séquençage profond dépassant 500x, ce qui conduit à une identification précise des variations rares.

    C'est économiquement efficace, facilitant l'étude des gènes associés aux maladies.

    Capable d'identifier des variations de fréquences alléliques aussi faibles que 5 %.

    Lors d'une détection unique, une identification fiable des mutations héréditaires peut être réalisée.

• Séquençage de l'ADN mitochondrial (ADNmt)

  • L'ADN mitochondrial (ADNmt) est une molécule présente dans le cytoplasme des cellules, où sa structure, sa localisation et sa quantité exercent une influence directe sur les fonctionnalités physiologiques et le destin de la cellule vivante. La technologie de séquençage de l'ADN mitochondrial est une biotechnologie révolutionnaire qui cible et analyse spécifiquement le séquençage de l'ADNmt - l'organite clé responsable du métabolisme énergétique au sein de la cellule.

    En révélant une carte complexe de la composition de l'ADN au sein d'une cellule, la technologie de séquençage de l'ADN mitochondrial permet une quantification précise et une analyse des attributs structurels de l'ADN. Cette technologie dresse un portrait détaillé des caractéristiques phénotypiques cellulaires, ouvrant ainsi une nouvelle voie de recherche pour les scientifiques. Elle offre aux chercheurs un moyen précis et rapide d'explorer en profondeur la structure interne de l'ADN de la cellule et ses fonctionnalités. Plus important encore, elle joue un rôle clé dans la révélation des mystères associés à la structure génétique des espèces et à leurs réponses aux variations environnementales.

    Ainsi, la technologie de séquençage de l'ADN mitochondrial ne fournit pas seulement aux chercheurs une méthodologie de recherche plus efficace, mais elle sert également de point de référence précieux dans le domaine de la santé humaine et de la recherche médicale.

• Séquençage de l'ADN mitochondrial humain

  • Les mitochondries, organites intégrés que l'on trouve dans les cellules eucaryotes, sont responsables de l'encodage des gènes liés à leur fonction, participant activement à de nombreux processus vitaux. L'ADN mitochondrial humain, caractérisé par ses propriétés uniques et sa structure circulaire double brin compacte, a captivé la communauté scientifique.

    L'ADN mitochondrial humain, d'environ 16 kilobases de longueur, code une abondance de gènes pour soutenir son rôle fondamental au sein de la cellule. Sa simplicité structurelle, associée aux régions codantes hautement conservées, implique une stabilité évolutive de sa séquence génétique, ce qui facilite grandement la recherche fonctionnelle.

    L'héritage maternel de l'ADN mitochondrial lui confère un statut unique dans la recherche génétique. Étant donné que l'ADN mitochondrial est principalement transmis de la mère à la progéniture, il revêt une valeur cruciale dans l'étude des maladies héréditaires. De plus, le taux d'évolution rapide de l'ADN mitochondrial souligne son rôle central dans le processus de l'évolution biologique.

    Simultanément, le faible taux de recombinaison de l'ADN mitochondrial suggère qu'il a une grande valeur dans la recherche sur les mutations génétiques et la variation génétique. Notamment, le nombre élevé de copies de l'ADN mitochondrial témoigne de sa fonction vitale au sein de la cellule.

    Pour approfondir les subtilités de l'ADN mitochondrial, les chercheurs utilisent la technologie de capture par sonde de hybridation liquide pour enrichir l'ADN mitochondrial, facilitant ainsi la recherche en séquençage à haut débit. Cette méthodologie puissante démystifie certains aspects de l'ADN mitochondrial et établit une base solide pour comprendre le rôle indispensable des mitochondries dans le théâtre des activités vitales.

• Séquençage de l'ADN des chloroplastes (cpDNA)

  • Les chloroplastes sont parmi les organites les plus cruciaux et répandus dans les cellules végétales, servant de site central pour la photosynthèse. Les informations sur la structure et la séquence des génomes de chloroplastes ont une valeur significative pour révéler les origines, les changements évolutifs et les relations phylogénétiques entre différentes espèces. Parallèlement, la technologie de transformation des chloroplastes démontre un potentiel considérable dans les améliorations génétiques et la production de composés bioactifs, l'analyse de la structure et de la séquence des génomes de chloroplastes étant la pierre angulaire de ce processus de transformation.

    Traditionnellement, l'acquisition du génome des chloroplastes d'une plante impliquait la conception de primers dégénérés en utilisant les séquences conservées du génome des chloroplastes, l'amplification de séquences inconnues et l'amplification PCR longue. Ce produit amplifié subit un séquençage Sanger, et les séquences sont ensuite assemblées pour obtenir le génome complet des chloroplastes. Cependant, ce processus a tendance à être long.

    Avec l'évolution de la technologie scientifique et l'émergence de nouveaux outils de séquençage, de nombreux chercheurs ont récemment manifesté un enthousiasme pour le séquençage à haut débit. Dans cette approche, les chloroplastes sont d'abord isolés, suivis de l'extraction de l'ADNcp. En se basant sur des références sélectionnées du génome chloroplastique, un logiciel est ensuite utilisé pour assembler ces séquences, aboutissant finalement à un génome chloroplastique complet. Néanmoins, cette approche peut ne pas être applicable à toutes les espèces. Par exemple, les feuilles des plantes supérieures contiennent souvent de fortes quantités de pigments et de tanins, rendant l'isolement des chloroplastes et l'extraction de l'ADNcp difficiles.

    Selon les exigences spécifiques de l'espèce cible, une extraction totale d'ADN ou une extraction d'ADNcp peut être réalisée. Les informations sur le statut taxonomique sont utilisées pour rechercher des séquences mitochondriales de référence, et des amorces dégénérées sont conçues pour effectuer le piégeage par PCR, l'amplification de séquences inconnues et l'amplification par PCR longue. En fin de compte, la séquence complète du génome chloroplastique est obtenue grâce à une combinaison de séquençage à haut débit et de séquençage Sanger.

• Séquençage complet de plasmides/phages

  • Les plasmides et les phages sont des outils clés dans la recherche génétique moderne, souvent utilisés pour le clonage, la construction de vecteurs et la biologie synthétique. Notre Séquençage complet de plasmides/phages Le service permet une analyse complète et haute résolution de ces éléments génétiques, aidant les chercheurs à valider des constructions et à détecter des mutations avec confiance.

    Contrairement au séquençage partiel ou à la cartographie de restriction, le séquençage complet de plasmides/phages offre une couverture totale—y compris l'insertion, le squelette et les régions régulatrices—ce qui le rend idéal pour des applications telles que la thérapie génique, le développement de vaccins et l'ingénierie microbienne. La capacité à confirmer l'intégrité de la séquence est particulièrement cruciale pour les soumissions réglementaires et les études fonctionnelles en aval.

    Bien que les plasmides volumineux ou très répétitifs puissent poser des défis, notre plateforme combine le séquençage à long terme avec des pipelines avancés de correction d'erreurs pour garantir une assemblage et une annotation précises, même dans des constructions complexes.

    Pourquoi c'est important :

    Valide la structure complète du plasmide/phage, pas seulement les inserts.

    Détecte les mutations, les réarrangements et les modifications hors cible.

    Soutient des applications en biologie synthétique, thérapie génique et conception de vaccins.

• Séquençage TCR/BCR (TCR/BCR-Seq)

  • Les récepteurs des cellules T (TCR) et les récepteurs des cellules B (BCR) déterminent comment le système immunitaire reconnaît et réagit aux menaces. Notre TCR/BCR-Seq les profils de service le répertoire complet de ces récepteurs immunitaires, révélant des motifs de diversité, d'expansion clonale et de réponses spécifiques aux antigènes.

    En capturant les régions variables des transcrits de TCR et de BCR, cette méthode permet aux chercheurs de suivre la dynamique immunitaire dans les maladies, l'immunothérapie et le développement de vaccins. Des lymphocytes infiltrant les tumeurs aux signatures auto-immunes, les données fournissent des informations cruciales sur l'état et la fonction immunitaire.

    Ce qui distingue notre service, c'est la combinaison de séquençage profond, de reconstruction à double chaîne (par exemple, TCRα/β ou IgH/IgL), et de bioinformatique sur mesure qui gère les régions hypervariables avec une grande sensibilité.

    Les applications incluent :

    Surveillance des expansions clonales des cellules T et B dans le cancer et l'infection

    Caractérisation des répertoires immunitaires en réponse à l'immunothérapie

    Enquête sur la dysrégulation immunitaire dans l'auto-immunité et la transplantation

• Séquençage d'amplicons

  • Le séquençage d'amplicons est une technique puissante qui utilise des amorces universelles spécifiques pour amplifier des régions variables de l'ADNr 16S/ADNr 18S/ITS ou de gènes fonctionnels dans divers environnements. Par la suite, grâce au séquençage à haut débit, nous examinons la variation de séquence et les informations d'abondance des produits de la réaction en chaîne par polymérase (PCR). Cette approche facilite l'analyse des motifs de diversité et de distribution des communautés microbiennes au sein de milieux donnés, révélant ainsi l'abondance relative et les relations évolutives parmi la multitude d'espèces de microorganismes présentes dans les échantillons environnementaux.

• Séquençage du génome viral

  • Le séquençage du génome complet des virus (VWGS) implique une analyse complète des séquences génomiques des virus à travers des plateformes de séquençage de deuxième et troisième génération. En s'appuyant sur des méthodologies bioinformatiques, cette approche interprète les informations codantes et effectue des enquêtes approfondies sur les systèmes pathogènes viraux et la trajectoire évolutive de leurs génomes. Des disciplines telles que la génomique structurale et la génomique comparative, y compris l'analyse différentielle, l'analyse des gènes homologues, l'analyse de la colinéarité et l'analyse de l'évolution des espèces, adoptent de telles techniques pour examiner ces aspects de près. Ces efforts améliorent notre compréhension de la diversité virale, de l'écologie, de l'adaptabilité et des schémas évolutifs, aidant à prédire les occurrences de maladies infectieuses émergentes.

    La recherche sur le génome des chloroplastes revêt une importance significative en sciences de la vie. Son unicité se manifeste dans la révélation de questions cruciales telles que l'origine et l'évolution des espèces, et son applicabilité s'étend à d'autres disciplines telles que l'agriculture. Avec le développement rapide des technologies de séquençage à haut débit, l'étude des chloroplastes est devenue un outil puissant pour explorer l'origine, la structure et les questions évolutives des organites cellulaires. En utilisant des plateformes de séquençage de deuxième et troisième génération, en réalisant un séquençage à haut débit sur les chloroplastes des plantes, et en menant des analyses de séquençage approfondies et bioinformatiques, il est possible d'obtenir des informations précieuses sur la séquence du génome des chloroplastes, les gènes codants et l'évolution génétique.

• Analyse de Longs Amplicons (LAA)

  • Dans le domaine de la recherche génétique, l'Analyse de Longs Amplicons (LAA) a suscité une attention significative en tant que méthode hautement efficace et pratique pour l'investigation des gènes. La LAA, une technique basée sur la technologie PCR, est principalement orientée vers l'amplification de séquences génétiques ciblées grâce à la conception de primers spécifiques. Contrairement à l'amplification PCR traditionnelle, la LAA conçoit des primers pour les portions distales des séquences cibles, permettant l'amplification efficace de longs fragments d'ADN. Cette méthode se distingue par sa haute efficacité d'amplification et sa précision, réduisant efficacement les amplifications incorrectes dues à un nombre excessif de cycles PCR.

    LAA peut être déployé pour obtenir des fragments d'ADN génomique à haute couverture, essentiels pour déchiffrer la relation entre la structure génomique et la fonction. Grâce à l'amplification de fragments de gènes spécifiques, LAA peut détecter efficacement les niveaux d'expression génique à travers divers échantillons, fournissant une base pour le diagnostic et le traitement des maladies. De plus, LAA peut être utilisé pour la détection de sites de mutation, offrant un soutien technique pour le diagnostic moléculaire des maladies génétiques et des tumeurs, parmi d'autres conditions. En outre, LAA peut servir à l'analyse des éléments régulateurs tels que les promoteurs et les amplificateurs, explorant ainsi les mécanismes sous-jacents de la régulation de l'expression génique.

• Séquençage génomique complet peu profond

  • Le séquençage génomique complet superficiel (sWGS) est l'une des méthodologies de test génomique robustes et rentables développées dans le but d'expliquer les variations et les informations génétiques associées au sein du génome d'un individu. Par définition, le sWGS signifie un séquençage de couverture partielle de l'ADN génomique, avec une profondeur et une portée de couverture plutôt diluées par rapport au séquençage génomique complet approfondi. Dans les applications pratiques, le fragmentage aléatoire de l'ADN génomique suivi du séquençage de ces segments permet un accès sélectif aux informations génomiques. L'analyse de ces sous-ensembles d'informations rend possible la détection de nouvelles mutations – variations du nombre de copies, variations épigénétiques, et plus encore.

    L'avènement des plateformes de séquençage à haut débit comme Illumina, PacBio et Oxford Nanopore a facilité une évolution rapide du sWGS. Avec un débit de séquençage élevé et une grande précision, ces plateformes sont capables de séquencer d'énormes quantités d'échantillons dans des délais réduits. De plus, le perfectionnement progressif des outils d'analyse des données de séquençage, y compris des suites logicielles comme Bismark et CMap, a considérablement optimisé le processus de gestion et d'analyse des données de séquençage, fournissant ainsi aux chercheurs des résultats précis de détection de mutations.

    Dans la recherche biomédicale, le sWGS est inestimable. En comparant les génomes des personnes atteintes de maladies et des témoins en bonne santé, des informations significatives sur les mutations génétiques associées aux maladies peuvent être extraites, fournissant ainsi une base solide pour le diagnostic des maladies génétiques et la thérapie génique. Cette technique permet également des analyses génotypiques et phénotypiques des organismes, révélant les dynamiques entre les gènes et leur environnement.

• Séquençage de l'ADN tumoral circulant (ctDNA)

  • L'ADN tumoral circulant (ctDNA) désigne des fragments d'ADN qui sont libérés dans le système de circulation sanguine par les cellules tumorales. Le séquençage de ces fragments nous permet de déterminer des informations sur les mutations génotypiques de la tumeur, fournissant une base instrumentale pour la recherche sur les tumeurs.

    L'avantage majeur du séquençage de l'ADN tumoral circulant (ctDNA) réside dans sa haute sensibilité et spécificité. Comparé aux biopsies tissulaires conventionnelles, le séquençage de l'ADNct peut détecter les mutations tumorales à un stade plus précoce, même lorsque la taille de la tumeur est encore relativement petite. Le spectre des applications du séquençage de l'ADNct est large, englobant l'identification des types de tumeurs, le sous-typage moléculaire, la sélection de médicaments thérapeutiques ciblés, le suivi de l'efficacité et l'évaluation du pronostic, entre autres.

    Néanmoins, le séquençage de l'ADN tumoral circulant (ctDNA) confronte plusieurs défis. Tout d'abord, la concentration de ctDNA dans le corps est relativement faible, nécessitant des méthodes et des technologies de détection de haute sensibilité. Deuxièmement, le mélange d'ADN provenant de cellules normales et tumorales au sein des séquences de ctDNA ajoute de la complexité à la détection des mutations et à l'analyse des données. De plus, l'interprétation des résultats du séquençage de ctDNA nécessite des recherches continues et des connaissances empiriques accumulées.

Avantages de nos services de séquençage ADN

Respect des normes les plus élevées dans la fourniture de solutions génomiques complètes.

Expertise dans divers aspects du séquençage tels que la conception expérimentale, la construction de bibliothèques d'enrichissement ciblé et l'analyse bioinformatique personnalisée.

Livraison de services de séquençage rapides, précis, fiables et abordables.

Capacité à fournir des services de séquençage génomique pour une large gamme d'échantillons, y compris humains, souris, plantes, animaux et microbes.

Mission de faciliter la recherche en génomique en offrant un accès aux dernières technologies dans le domaine.

Flexibilité pour personnaliser les services afin de répondre aux besoins spécifiques de chaque projet et fournir des analyses sur mesure.

Une approche consultative pour identifier les meilleures solutions, les plus économiques, afin de répondre à des besoins de recherche spécifiques.