Les découvertes de l'année
ADN express
Cinq minutes, c’est le temps qu’il faut maintenant pour identifier le virus de la grippe aviaire, la bactérie E. coli ou des traces d’OGM dans les aliments.
par Catherine Dubé
Un petit appareil fabriqué à l’Université Laval pourrait bien changer le travail des médecins et de tous ceux qui utilisent des tests d’ADN. À l’intérieur de ce curieux assemblage de petites boîtes se cache une méthode qui permet d’identifier une séquence d’ADN en cinq minutes seulement. Du jamais vu!
«C’est presque aussi simple que de mesurer le pH dans une piscine», dit Mario Leclerc qui a mis au point ce procédé avec son collègue Denis Boudreau.
Mario Leclerc travaille depuis des années sur les polythiophènes, une classe de polymères qui changent de couleur selon leur environnement.
«Nous en avons conçu un sur mesure, fluorescent, soluble dans l’eau et capable de se fixer à l’ADN», explique-t-il. Au bout de ce polymère fluorescent, il a ajouté une autre molécule, elle aussi colorée et 30 fois plus fluorescente afin d’amplifier l’effet.
Pour savoir, par exemple, si un nouveau-né est porteur d’une mutation génétique qui cause la tyrosinémie, une maladie grave, on prélève un échantillon de sang du bébé et on en extrait l’ADN. Puis on chauffe le tout quelques instants, de façon à ce que les molécules d’ADN, en forme de double hélice, se séparent en deux brins simples.
On choisit ensuite des sondes moléculaires – en fait d’autres morceaux d’ADN – capables de repérer une séquence génétique précise, dans ce cas-ci la mutation responsable de la tyrosinémie. On accole à ces «têtes chercheuses» le polymère fluorescent. Comme l’ADN des sondes est chargé négativement et que le polymère est chargé positivement, l’un et l’autre s’attirent irrésistiblement pour ne former qu’un.
Une fois déposées dans le tube à essai, où flotte déjà dans de l’eau pure le matériel génétique du bébé, les sondes plongent dans cette soupe à la recherche de leur brin complémentaire.
Si elles le trouvent, elles s’y fixent immédiatement et reforment une double hélice. Le polymère s’y enroule automatiquement et passe du rouge au jaune. Il transfère alors son énergie à la multitude de molécules de colorant à proximité, qui «s’allument» l’une après l’autre comme des ampoules dans un arbre de Noël.
La méthode, qui a fait l’objet d’une publication dans le Journal of the American Chemical Society, est non seulement drôlement efficace, elle est aussi simple et peu coûteuse.
«Ce polymère est facile à fabriquer, dit Mario Leclerc. On utilise des réactifs chimiques classiques et sa mise au point ne nécessite que quelques étapes. Il en faut tellement peu pour détecter de l’ADN qu’avec un gramme, j’en ai assez pour faire mes expériences pendant un an!»
Comme il est entièrement synthétique, il n’a pas la fragilité des enzymes utilisés dans les méthodes de détection classique.
L’essentiel du travail de Denis Boudreau a consisté à concevoir l’appareil qui mesure les subtils effets de fluorescence. Le colorant a beau être très brillant, tout se passe à l’échelle de l’infiniment petit, et le phénomène n’est pas visible à l’œil nu.
Il a donc dû mettre la main sur des appareils de mesure de la lumière extrêmement sensibles. Il devait aussi trouver une source lumineuse pour fournir l’énergie de départ au polymère et, surtout, s’assurer qu’à la sortie, on ne mesure que la lumière émise par le colorant fluorescent et rien d’autre.
Le polymère lui a facilité la tâche. «Il y a une grosse différence de longueur d’onde entre la lumière qu’il absorbe et celle qu’il émet, explique Denis Boudreau. On l’irradie avec de la lumière bleue et il relâche de la lumière verte.»
Une telle méthode aurait fait le bonheur des douaniers lors de la crise du SRAS. Ils auraient su immédiatement si un voyageur fiévreux constituait une menace à la sécurité nationale ou s’il avait seulement besoin d’un comprimé d’acétaminophène.
De la même façon, l’appareil permettrait de savoir rapidement si une poudre blanche contient de l’anthrax ou si une volaille est porteuse de la grippe aviaire.
Cette méthode permet de s’affranchir complètement de la Polymerase Chain Reaction (PCR), une technique de pointe qui fait certes des merveilles dans les laboratoires de séquençage du génome, mais qui demande un personnel spécialisé, du matériel coûteux et plus de temps (environ une heure).
Avec la PCR, des sondes moléculaires repèrent la séquence génétique recherchée; on la multiplie ensuite grâce à des enzymes jusqu’à obtenir les millions de copies nécessaires pour être détectées par un appareil de mesure. Avec la méthode de Mario Leclerc et Denis Boudreau, cinq brins d’ADN suffisent!
Les chercheurs sont déjà en train d’élaborer un modèle encore plus efficace, avec l’aide d’un collaborateur de la première heure, le microbiologiste Maurice Boissinot du Centre de recherche en infectiologie.
«Pour l’instant, on ne peut chercher qu’une séquence génétique à la fois. Ce n’est pas très utile pour un médecin au chevet d’un patient qui peut être infecté par 400 pathogènes différents», souligne Denis Boudreau.
Rien ne sert de mettre 400 sondes moléculaires dans l’éprouvette; on ne saura pas laquelle a réagi. Faire 400 tests les uns à la suite des autres, c’est impensable…
Il faut donc trouver le moyen d’attacher les sondes sur un support solide et de verser l’échantillon liquide dessus. S’il y a capture d’un brin complémentaire, on saura quelle sonde s’allume. «Ce sera une des découvertes de l’année 2007», dit en souriant Mario Leclerc.
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Votez pour VOTRE découverte de l'année
par Catherine Dubé
Un petit appareil fabriqué à l’Université Laval pourrait bien changer le travail des médecins et de tous ceux qui utilisent des tests d’ADN. À l’intérieur de ce curieux assemblage de petites boîtes se cache une méthode qui permet d’identifier une séquence d’ADN en cinq minutes seulement. Du jamais vu!
«C’est presque aussi simple que de mesurer le pH dans une piscine», dit Mario Leclerc qui a mis au point ce procédé avec son collègue Denis Boudreau.
Mario Leclerc travaille depuis des années sur les polythiophènes, une classe de polymères qui changent de couleur selon leur environnement.
«Nous en avons conçu un sur mesure, fluorescent, soluble dans l’eau et capable de se fixer à l’ADN», explique-t-il. Au bout de ce polymère fluorescent, il a ajouté une autre molécule, elle aussi colorée et 30 fois plus fluorescente afin d’amplifier l’effet.
Pour savoir, par exemple, si un nouveau-né est porteur d’une mutation génétique qui cause la tyrosinémie, une maladie grave, on prélève un échantillon de sang du bébé et on en extrait l’ADN. Puis on chauffe le tout quelques instants, de façon à ce que les molécules d’ADN, en forme de double hélice, se séparent en deux brins simples.
On choisit ensuite des sondes moléculaires – en fait d’autres morceaux d’ADN – capables de repérer une séquence génétique précise, dans ce cas-ci la mutation responsable de la tyrosinémie. On accole à ces «têtes chercheuses» le polymère fluorescent. Comme l’ADN des sondes est chargé négativement et que le polymère est chargé positivement, l’un et l’autre s’attirent irrésistiblement pour ne former qu’un.
Une fois déposées dans le tube à essai, où flotte déjà dans de l’eau pure le matériel génétique du bébé, les sondes plongent dans cette soupe à la recherche de leur brin complémentaire.
Si elles le trouvent, elles s’y fixent immédiatement et reforment une double hélice. Le polymère s’y enroule automatiquement et passe du rouge au jaune. Il transfère alors son énergie à la multitude de molécules de colorant à proximité, qui «s’allument» l’une après l’autre comme des ampoules dans un arbre de Noël.
La méthode, qui a fait l’objet d’une publication dans le Journal of the American Chemical Society, est non seulement drôlement efficace, elle est aussi simple et peu coûteuse.
«Ce polymère est facile à fabriquer, dit Mario Leclerc. On utilise des réactifs chimiques classiques et sa mise au point ne nécessite que quelques étapes. Il en faut tellement peu pour détecter de l’ADN qu’avec un gramme, j’en ai assez pour faire mes expériences pendant un an!»
Comme il est entièrement synthétique, il n’a pas la fragilité des enzymes utilisés dans les méthodes de détection classique.
L’essentiel du travail de Denis Boudreau a consisté à concevoir l’appareil qui mesure les subtils effets de fluorescence. Le colorant a beau être très brillant, tout se passe à l’échelle de l’infiniment petit, et le phénomène n’est pas visible à l’œil nu.
Il a donc dû mettre la main sur des appareils de mesure de la lumière extrêmement sensibles. Il devait aussi trouver une source lumineuse pour fournir l’énergie de départ au polymère et, surtout, s’assurer qu’à la sortie, on ne mesure que la lumière émise par le colorant fluorescent et rien d’autre.
Le polymère lui a facilité la tâche. «Il y a une grosse différence de longueur d’onde entre la lumière qu’il absorbe et celle qu’il émet, explique Denis Boudreau. On l’irradie avec de la lumière bleue et il relâche de la lumière verte.»
Une telle méthode aurait fait le bonheur des douaniers lors de la crise du SRAS. Ils auraient su immédiatement si un voyageur fiévreux constituait une menace à la sécurité nationale ou s’il avait seulement besoin d’un comprimé d’acétaminophène.
De la même façon, l’appareil permettrait de savoir rapidement si une poudre blanche contient de l’anthrax ou si une volaille est porteuse de la grippe aviaire.
Cette méthode permet de s’affranchir complètement de la Polymerase Chain Reaction (PCR), une technique de pointe qui fait certes des merveilles dans les laboratoires de séquençage du génome, mais qui demande un personnel spécialisé, du matériel coûteux et plus de temps (environ une heure).
Avec la PCR, des sondes moléculaires repèrent la séquence génétique recherchée; on la multiplie ensuite grâce à des enzymes jusqu’à obtenir les millions de copies nécessaires pour être détectées par un appareil de mesure. Avec la méthode de Mario Leclerc et Denis Boudreau, cinq brins d’ADN suffisent!
Les chercheurs sont déjà en train d’élaborer un modèle encore plus efficace, avec l’aide d’un collaborateur de la première heure, le microbiologiste Maurice Boissinot du Centre de recherche en infectiologie.
«Pour l’instant, on ne peut chercher qu’une séquence génétique à la fois. Ce n’est pas très utile pour un médecin au chevet d’un patient qui peut être infecté par 400 pathogènes différents», souligne Denis Boudreau.
Rien ne sert de mettre 400 sondes moléculaires dans l’éprouvette; on ne saura pas laquelle a réagi. Faire 400 tests les uns à la suite des autres, c’est impensable…
Il faut donc trouver le moyen d’attacher les sondes sur un support solide et de verser l’échantillon liquide dessus. S’il y a capture d’un brin complémentaire, on saura quelle sonde s’allume. «Ce sera une des découvertes de l’année 2007», dit en souriant Mario Leclerc.
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