Dans un article publié aujourd’hui dans Avancées scientifiqueschercheurs du Département de chimie et du Département de physique et d’astronomie de l’Université de Californie à Irvine a révélé de nouveaux détails sur une enzyme clé qui rend possible le séquençage de l’ADN. La découverte est un bond en avant dans l’ère de la médecine personnalisée où les médecins pourront concevoir des traitements basés sur les génomes de patients individuels.
Les enzymes rendent la vie possible en catalysant des transformations chimiques qui, autrement, prendraient trop de temps pour un organisme. L’une des transformations qui nous intéresse vraiment est essentielle pour toute vie sur la planète – c’est le processus par lequel l’ADN est copié et réparé. »
Greg Weiss, professeur de chimie à l’UCI et co-auteur correspondant de la nouvelle étude
La molécule étudiée par l’équipe dirigée par l’UCI est une enzyme appelée Taq, un nom dérivé du micro-organisme dans lequel elle a été découverte pour la première fois, Thermos aquatique. La molécule étudiée par l’équipe dirigée par l’UCI est une enzyme appelée Taq, un nom dérivé du micro-organisme dans lequel elle a été découverte pour la première fois, Thermos aquaticus. Taq réplique l’ADN. La réaction en chaîne par polymérase, la technique aux milliers d’utilisations allant de la médecine légale aux tests PCR pour détecter le COVID-19, tire parti de la Taq.
L’équipe dirigée par l’UCI a découvert que Taq, car il aide à créer de nouvelles copies d’ADN, se comporte complètement contrairement à ce que les scientifiques pensaient auparavant. Au lieu de se comporter comme une machine efficace et bien huilée produisant en permanence des copies d’ADN, l’enzyme, a expliqué Weiss, agit comme un acheteur aveugle qui parcourt les allées d’un magasin, jetant tout ce qu’il voit dans le panier.
« Au lieu de sélectionner soigneusement chaque morceau à ajouter à la chaîne d’ADN, l’enzyme attrape des dizaines d’inadaptés pour chaque morceau ajouté avec succès », a déclaré Weiss. « Comme un acheteur vérifie les articles d’une liste de courses, l’enzyme teste chaque partie par rapport à la séquence d’ADN qu’elle essaie de reproduire. »
Il est bien connu que Taq rejette tous les mauvais articles qui atterrissent dans son proverbial panier d’achat – ce rejet est la clé, après tout, pour réussir à dupliquer une séquence d’ADN. Ce qui est surprenant dans le nouveau travail, c’est la fréquence à laquelle Taq rejette les bases correctes. « C’est l’équivalent d’un acheteur saisissant une demi-douzaine de boîtes de tomates identiques, les mettant dans le chariot et les testant toutes lorsqu’une seule boîte est nécessaire. »
Le message à retenir : Taq est beaucoup, beaucoup moins efficace pour faire son travail qu’il ne pourrait l’être.
La découverte est un pas en avant vers la révolution des soins médicaux, a expliqué Philip Collins, professeur au Département de physique et d’astronomie de l’UCI et co-auteur correspondant de la nouvelle recherche. En effet, si les scientifiques comprennent le fonctionnement de Taq, ils peuvent mieux comprendre à quel point le génome séquencé d’une personne est vraiment précis.
« Chaque personne a un génome légèrement différent », a déclaré Collins, « avec des mutations différentes à différents endroits. Certaines d’entre elles sont responsables de maladies, et d’autres ne sont responsables d’absolument rien. Pour vraiment savoir si ces différences sont importantes ou médicales – pour bien prescrire des médicaments – vous devez connaître les différences avec précision. »
« Les scientifiques ne savent pas comment ces enzymes atteignent leur précision », a déclaré Collins, dont le laboratoire a créé les dispositifs à l’échelle nanométrique pour étudier le comportement de Taq. « Comment pouvez-vous garantir à un patient que vous avez séquencé avec précision son ADN alors qu’il est différent du génome humain accepté ? Le patient a-t-il vraiment une mutation rare », demande Collins, « ou l’enzyme a-t-elle simplement fait une erreur ? »
« Ce travail pourrait être utilisé pour développer des versions améliorées de Taq qui font perdre moins de temps à faire des copies d’ADN », a déclaré Weiss.
Les impacts du travail ne s’arrêtent pas à la médecine; chaque domaine scientifique qui s’appuie sur un séquençage précis de l’ADN devrait bénéficier d’une meilleure compréhension du fonctionnement de Taq. En interprétant les histoires évolutives à l’aide d’ADN ancien, par exemple, les scientifiques s’appuient sur des hypothèses sur la façon dont l’ADN change au fil du temps, et ces hypothèses reposent sur un séquençage génétique précis.
« Nous sommes entrés dans le siècle des données génomiques », a déclaré Collins. « Au début du siècle, nous avons dévoilé le génome humain pour la toute première fois, et nous commençons à comprendre les organismes, les espèces et l’histoire humaine avec ces nouvelles informations issues de la génomique, mais ces informations génomiques ne sont utiles que si elles sont exactes. »
Les co-auteurs de cette étude incluent Mackenzie Turvey, Ph.D., un ancien étudiant diplômé de l’UCI en physique et astronomie, et Kristin Gabriel, Ph.D., un ancien étudiant diplômé de l’UCI en biologie moléculaire et biochimie. Cette recherche a été financée par le National Human Genome Research Institute du NIH.
