Le séquençage de nouvelle génération (NGS) apports et utilités dans le domaine médical

Publié par medicacom Le 19 mars 2021

I.Introduction

Le séquençage de nouvelle génération est une technique qui a révolutionné l’approche diagnostique des maladies génétiques.

Le NGS est en fait un terme décrivant une technologie de séquençage d'ADN permettant de déterminer rapidement une partie complète ou spécifique d’un génome (à savoir, la composition génétique complète d’un organisme), grâce à la caractérisation en parallèle de multiples séquences d’ADN.

Cette technique permet également d’identifier rapidement des agents pathogènes (à savoir les agents responsables des maladies comme les bactéries, les germes, etc.) grâce à leurs informations génétiques. [i]

II.Discussion

Intérêts de la technique de NGS :

 

Le NGS permet aux chercheurs de:

  • Séquencer rapidement des génomes entiers
  • Séquencer profondément les régions cibles
  • Utiliser le séquençage de l'ARN (RNA-Seq) pour découvrir de nouveaux variants d'ARN et des sites d'épissage, ou quantifier les ARNm pour l'analyse de l'expression génique
  • Analyser les facteurs épigénétiques tels que la méthylation de l'ADN à l'échelle du génome et les interactions ADN-protéines
  • Séquencer des échantillons de cancer pour étudier des variantes somatiques rares, des sous-clones tumoraux, etc.
  • Etudier le microbiome humain
  • Identifier les nouveaux agents pathogènes

 

Les domaines d’application de NGS :

Il existe de nombreuses possibilités d'utiliser le NGS dans la pratique clinique pour améliorer les soins aux patients, notamment:

-en microbiologie : La principale utilité du NGS en microbiologie est de remplacer la caractérisation conventionnelle des pathogènes par la morphologie, les propriétés de coloration et les critères métaboliques par une définition génomique des pathogènes. [ii]

-en oncologie : Le principe fondamental de la génomique du cancer est que le cancer est causé par des mutations somatiquement acquises, et par conséquent, il s'agit d'une maladie du génome. 

La technique de NGS en faveur du dépistage tumoral :

Cette technique d’analyse de l’ADN moderne permet notamment de déterminer à l’avance quel traitement sera le plus efficace pour un patient atteint d’un cancer. Le patient bénéficie ainsi de meilleurs soins par rapport à la chimiothérapie classique et il ressent moins d’effets secondaires.

L'utilisation du séquençage de nouvelle génération (NGS) pour guider le traitement du cancer a créé des défis dans l'analyse et la communication de grands volumes de données génomiques aux patients et aux soignants.

Le point de départ de cette analyse est une extraction de l’ADN tumoral sélectionné à partir d’échantillons tissulaires ou cellulaires. Ensuite, les régions d’intérêts sont spécifiquement amplifiées et séquencées. Après les étapes d’évaluation morphologique et de diagnostic histologique, le pathologiste travaille en association étroite avec le plateau de biologie moléculaire où seront recherchées les différentes altérations moléculaires.[iii]

-En biologie moléculaire : le séquençage du génome permet l’étude des protéines encodées, les chercheurs identifient les changements dans les gènes et les associent avec certaines maladies afin de cibler de potentiels médicaments.

-en médecine reproductive : Le séquençage de l’ADN, notamment des cellules sexuelles, a permis d’appréhender les modifications génétiques causant un dérèglement de la fertilité. 

-en génétique médicale : Les généticiens médicaux peuvent séquencer les gènes des patients pour déterminer s'il existe un risque de maladies génétiques. Il s'agit d'un examen des caractéristiques génétiques de la personne. Le diagnostic est classiquement pré ou post-natal. [iv]

 

Utilisation du NGS pour étudier les maladies génétiques rares non diagnostiquées :
Le séquençage de l'exome entier et du transcriptome s'avère bénéfique pour découvrir les mutations et les voies associées à une maladie rare.

L’implémentation du NGS dans les laboratoires hospitaliers a permis l’intégration de ces analyses dans la démarche diagnostique pour de nombreuses pathologies génétiquement hétérogènes. Une interaction étroite permet d’optimiser les possibilités d’un diagnostic précis, en retenant l’implication d’un gène dans la pathologie que présente le patient, par l’interprétation des mutations souvent nombreuses mises en évidence par les analyses de NGS dans une diversité importante de gènes. En fait, la technique de NGS a permis l’amélioration de dépistage de plusieurs pathologies hétérogènes telles que les myopathies les dystrophies musculaires, les mitochondriopathies et les neuropathies périphériques héréditaires ainsi qu’une multitude d’autres pathologies classées rares. [v]

Les techniques de NGS :

  • Illumina® (Solexa)
  • Roche 454
  • Ion torrent: Proton / PGM
  • SOLiD

La technologie NGS la plus utilisée est la technologie Illumina®. Cette technologie utilise l'amplification clonale et le séquençage par synthèse (SBS). Le processus permet d'identifier simultanément les bases d'ADN lorsqu'elles sont incorporées dans la chaîne d'acide nucléique. Chaque base émet un signal de fluorescence unique lorsqu'elle est ajoutée au brin en cours de synthèse, ceci est utilisé pour déterminer la séquence d'ADN.

Le NLP comme technique de NGS :

Dans ce cadre de techniques de NGS, on parle notamment du NLP (Natural Language Processing) qui constitue un des terrains d’application de l’IA (intelligence artificielle) les plus prolifiques. Il s’agit de créer un modèle de machine Learning permettant d’identifier et de classifier la plainte ou la demande principale du patient à partir du langage naturel.

 

  • La NLP biologique est un domaine de recherche émergent qui cherche à créer des outils et des méthodologies pour l'analyse séquentielle et textuelle qui combinent les technologies de la bioinformatique et de la NLP de manière synergique.
  • Le NLP se concentre en fait sur les textes comme moyen de découvrir des informations sur les interactions protéiques et se demandent comment adapter au mieux les technologies traditionnelles de NLP à cette tâche. D'autres, adoptant une approche plus centrée sur la séquence, explorent l'utilisation de textes comme moyen d'améliorer les algorithmes de récupération de séquence et comme aide à l'annotation de séquence.[vi]

 

III.Conclusion

Bien qu'il soit clair que l’intégration de la technique NGS  ne se substituera pas à la capacité des médecins et des scientifiques biomédicaux formés à interagir avec les patients et à interpréter les données cliniques, nous avons atteint un stade où de nombreuses tâches liées aux soins et aux dépistages des pathologies se sont facilités et ont vu un raccourcissement du temps pris par les médecins pour effectuer le diagnostic et décider ainsi des techniques optimales pour prendre en charge les patients.

 

 

Références

 

[i] Li M, Wang IX, Li Y, et al. Widespread RNA and DNA sequence differences in the human transcriptome. Science 2011

[ii] Xavier Didelot, Rory Bowden, Daniel J. Wilson et Tim E. A. Peto, « Transforming clinical microbiology with bacterial genome sequencing 

[iii] H. Davies, G. R. Bignell et C. Cox, « Mutations of the BRAF gene in human cancer 

[iv] Claudio U. Köser, Matthew T. G. Holden, Matthew J. Ellington et Edward J. P. Cartwright, « Rapid whole-genome sequencing for investigation of a neonatal MRSA outbreak 

[v] krahn M, Biancalana V, Cerino M, et al. A national French consensus on gene lists for the diagnosis of myopathies using next generation sequencing

[vi] chuler, G. D., Epstein, J. A., Ohkawa, H. & Kans, J. A. Entrez: molecular biology database and retrieval system. Methods Enzymol.