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La recherche dans le domaine des bio-technologies

Outre l'effort de recherche de projets bien connus tels que le Téléthon, le Généthon, ou encore le développement des technologies Santé et Nutrition, les bio-technologies avancent dans la découverte de nouvelles techniques et de nouveaux procédés d'investigation chimique, biologique et moléculaire.

Deux techniques similaires ont notamment fait l'objet de l'actualité scientifique, ce sont les puces à protéines et les puces ADN.

Qu'est-ce qu'une puce ADN ?

Une puce ADN est un morceau de verre sur lequel on projette un génome entier afin de le comparer avec d'autres génomes (techniques de rayonnements laser) pour identifier des zones de différence pouvant mettre en valeur des maladies, ou au contraire des propriétés génomiques intéressantes.

Un peu de technique : Le principe de fonctionnement des puces repose sur l’utilisation de sondes nucléiques (ADN ou ARN);ces sondes sont des fragments de faible taille d’acides nucléiques que l’on utilise pour repérer de manièrespécifique, dans une réaction dite d’hybridation moléculaire, la séquence d’acide nucléique à laquelle ons’intéresse. Une hybridation d’acides nucléiques est une réaction hautement spécifique permettant la détection et l’identification de la séquence recherchée parmi les milliers de séquences d’un génome,ou dans un mélange de séquences de différents organismes.

Des sondes moléculaires, le plus souvent des oligonucléotides, sont fixées sur une surface miniaturisée, généralement de l’ordre de quelques centimètres carrés. Lors d’une analyse, un échantillon contenant des fragments d’un acide nucléique cible, sont déposés sur la puce à ADN. La mise en présence des séquences cibles marquées et des sondes conduit à la formation par hybridation de duplex.

Après une étape de lavage, permettant d’éliminer les cibles non hybridées, une analyse de la surface de la puce permet le repérage des hybridations effectives grâce aux signaux émis par les marqueurs étiquettant la cible. Il résulte de cette analyse une empreinte d’hybridation qui, par un traitement informatique adéquat, permettra d’accéder à des informations plus ou moins complexes et complètes, telles la présence de fragments particuliers dans l’échantillon, la détermination des séquences, l’étude des mutations….

Source : http://olivier.dugas.free.fr/DNAchips/principe.html

Les puces à protéïnes

Elles permettent d'identifier le patrimoine protéinique de l'homme et de développer de nouveaux médicaments. Rares sont les laboratoires, les universités et les start-up à développer ces nouvelles puces.

Voici venue l'ère de la protéomique. Suite logique du séquençage du génome, cette nouvelle science cherche à étudier, de façon exhaustive, le "patrimoine protéinique" de l'homme. Après les puces à ADN, qui permettent d'identifier des séquences du génome, les chercheurs s'attellent maintenant à la mise au point de puces à protéines. Objectif premier : accélérer le développement de nouveaux médicaments.

Dans cet esprit, la start-up Protiveris, fondée l'an dernier à Rockville, aux Etats-Unis, développe un nouveau type de capteur biologique capable de détecter aussi bien des protéines que des séquences d'acides nucléiques. Le capteur est une puce de silicium sur laquelle sont gravées des centaines de minuscules " poutres " ou " mèches " de 100 microns de diamètre, appelées " microcantilever ". A l'extrémité de chaque mèche, une protéine préalablement purifiée est fixée, puis la puce est exposée à une solution contenant un mélange de molécules à identifier. Si une protéine complémentaire est présente dans la solution, elle s'apparie à sa semblable sur la " poutre ", ce qui a pour conséquence d'augmenter la masse de cette dernière. Plus lourde, elle se " plie " et modifie sa position initiale. En envoyant sur la puce un faisceau lumineux avec un laser, les scientifiques observent la réflexion de la lumière pour chaque " poutre " ; celle ayant accroché une protéine réfléchissant le faisceau a une position distincte des " poutres " restées orphelines. Ils peuvent ainsi détecter la nature et la quantité de la protéine piégée.

Comme pour les puces à ADN, cette technologie repose sur le principe d'appariement entre deux molécules. En effet, les protéines ont besoin de s'assembler avec d'autres molécules pour exercer leur fonction : un récepteur fixe et son hormone, un anticorps et son antigène, une enzyme et son substrat… Grâce à leur capteur, les ingénieurs de Protiveris espèrent développer de nouveaux médicaments en criblant une multitude de molécules expérimentales avec une puce chargée de protéines impliquées dans une pathologie. Encore au stade expérimental, leur capteur devrait, à terme, permettre aux scientifiques de réaliser jusqu'à 1 600 tests biologiques par puce.

A l'heure actuelle, les laboratoires qui se sont lancés dans le développement de puces à protéines sont peu nombreux. Aux Etats-Unis, la société Ciphergen, les universités de Cambridge et de Purdue, Motorola, sont parmi les seuls à développer ces nouveaux outils. Tous ces laboratoires ont calqué la technologie des puces à ADN : un support-plan – verre ou silicium –, et utilisent généralement une détection par fluorescence des molécules fixées.

En France, le département de recherche fondamentale sur la matière condensée du CEA à Grenoble a pour projet de développer, en collaboration avec l'Institut d'optique d'Orsay et la société Genoptics – en cours de création à Orsay –, des techniques de détection d'interactions biologiques – ADN/ADN, ADN/protéine et protéine/protéine – sans avoir recours à la détection par fluorescence. Comme l'explique Thierry Livache, ingénieur au CEA, cette technique nécessite de marquer les molécules à identifier, ce qui peut avoir pour conséquence de déformer la protéine ou de bloquer son site de reconnaissance, où se fait l'accrochage. De plus, c'est une technique lourde et onéreuse. Selon lui, une détection optique ne nécessitant aucun marquage est donc plus appropriée aux puces à protéines : " C'est également le point fort de Protiveris. " La technologie des " microcantilever ", qu'il juge " originale ", " belle " mais très compliquée, a été mise au point il y a un an par des ingénieurs d'IBM, et est également utilisée en France par les chercheurs de l'Ecole de physique et chimie de Paris, qui mettent au point de nouvelles puces à ADN.

Si le développement des puces à protéines démarre difficilement, explique Thierry Livache, c'est en raison des propriétés des protéines. " Contrairement à l'ADN, ces molécules sont très fragiles et hétérogènes. La simple fixation sur un support peut détruire ou cacher la structure indispensable à leur activité. En outre, toutes les protéines n'ont pas les mêmes propriétés physico-chimiques. Il sera donc très difficile d'assembler et d'utiliser un grand nombre de protéines différentes sur une même puce. " Selon lui, il serait illusoire de penser qu'il sera possible de faire avec les protéines ce que l'on fait aujourd'hui avec l'ADN.

Malgré ces obstacles techniques, le développement de ces nouveaux outils est indispensable pour étudier les protéines, analyser leurs fonctions et les interactions qui les caractérisent. Outre l'identification de nouveaux médicaments, les puces à protéines permettront d'améliorer le diagnostic, comme le pronostic, de certaines maladies, leur traitement médical personnalisé, mais aussi la détection de microbes dans l'eau ou d'organismes génétiquement modifiés (OGM) dans notre alimentation.

Source : Le Monde Interactif du 5 Mars 2001

Les informations publiées sur ce site le sont à titre indicatif. Elles ne constituent pas une référence ou une prise de position.
F. Robardet - Etudiant à l'Université de Limoges (Deust 302). Mai 2002