Science – La carte du génome humain est complète et fiable à 99,99 %
La carte du génome humain est officiellement achevée, a annoncé, lundi 14 avril 2003, le Consortium international pour le séquençage du génome humain, qui regroupe l’Allemagne, la Chine, les Etats-Unis, la France, le Japon et le Royaume-Uni, lors d’une cérémonie organisée aux Etats-Unis près de 50 ans après la publication des premiers travaux décrivant la structure de l’ADN humain.
«Je n’aurais jamais rêvé en 1953 que ma vie de chercheur me ferait parcourir le chemin allant de la double hélice de l’ADN aux trois milliards de marches du génome humain», s’est félicité James D. Watson, co-découvreur, avec le Britannique Francis Crick, de la structure en double hélice de l’ADN, recherches qui leur valurent le prix Nobel de médecine. «Mais lorsque l’occasion s’est présentée de séquencer le génome humain, je savais que cela pouvait et devait être fait», a ajouté M. Watson dont les travaux furent publiés dans la revue Nature du 25 avril 1953.
L’événement officiel célébrant la collecte de plus de trois milliards de lettres représentant le code ADN humain a été l’occasion pour le consortium public à l’œuvre depuis plus de dix ans d’annoncer ses objectifs dans la lutte contre des maladies aujourd’hui incurables.
Les chercheurs ont ainsi promis de mettre au point de nouveaux outils pour comprendre les facteurs héréditaires prédisposant au diabète, maladies cardiaques et maladies mentales, et pour détecter des affections dès leurs prémices. Ils se sont aussi fixé pour but de mettre au point, dans un avenir proche, une technologie permettant de séquencer l’ensemble du génome d’un patient pour un coût inférieur à 1500 dollars canadiens (930 euros).
La carte, considérée comme complète, atteint un degré de précision estimé à 99,99 %, selon les membres du consortium, qui ont présenté leurs travaux aux Instituts nationaux de la santé (NIH) américains à Bethesda, dans le Maryland. Les chercheurs du consortium public ont souligné hier avoir placé toutes les séquences du génome humain dans une banque de données en accès libre pour les scientifiques du monde entier, sans restriction d’utilisation.
Les scientifiques n’ont pas attendu cette version finale pour mettre les données collectées à profit. Avant le début du projet de séquençage, moins de 100 gènes responsables de maladies humaines étaient connus. Aujourd’hui, plus de 1400 gènes causant des maladies sont identifiés.
La cartographie dite complète porte en fait sur environ 99 % des séquences contenant des gènes. Les parties manquantes sont limitées à moins de 400, contre 150 000 dans la version provisoire de la carte du génome humain annoncée en juin 2000 par le consortium. 
Ces parties manquantes se situent dans des régions de l’ADN dont les structures ne peuvent être séquencées avec fiabilité en utilisant les technologies actuelles. Les chercheurs estiment que ces régions contiennent très peu de gènes et comptent sur les initiatives individuelles des différents centres de recherche pour apporter les dernières pièces du puzzle. La publication détaillée de la carte du code génétique humain confirme que le génome humain comporte beaucoup moins de gènes que prévu, autour de 30 000, à peine deux fois plus que celui d’une mouche.
«Tous les objectifs du projet ont été atteints avec succès, bien en avance de la date butoir et pour un coût substantiellement inférieur aux estimations d’origine», a expliqué le Dr Francis Collins, directeur du National human genome research institute (NHGRI), qui coordonne les efforts américains au sein du consortium. Au début du projet en 1990, le séquençage du génome humain avait été estimé à trois milliards de dollars et devait être achevé à la fin 2005. Les travaux ont été terminé deux ans et demi plus tôt, pour un coût de 2,7 milliards (en valeur 1990).
À propos de séquençage génomique
Méthode de laboratoire utilisée pour déterminer la composition génétique complète d’un organisme ou d’un type de cellule spécifique. Cette méthode peut être utilisée pour trouver des changements dans des zones du génome. Ces changements peuvent aider les scientifiques à comprendre comment des maladies spécifiques, telles que le cancer, se forment. Les résultats du séquençage génomique peuvent également être utilisés pour diagnostiquer et traiter la maladie.
Qu’est-ce que le séquençage d’un génome ?
Le séquençage d’un génome consiste en la détermination de la séquence nucléotidique de l’ADN présent dans chaque cellule d’un organisme donné.
Cette détermination est en général d’autant plus difficile que le génome étudié est grand et riche en séquences répétées.
Les virus, qui possèdent de petits génomes dénués de séquences répétées (entre 3 000 et 150 000 paires de bases, souvent moins de 10 000), ont ainsi été les premiers « organismes » séquencés, et représentent aujourd’hui encore la majorité d’entre eux.
La première bactérie a été séquencée en 1995, et de nombreux autres procaryotes ont, depuis, été séquencés intégralement. La taille de leur génome est de l’ordre de quelques millions de paires de bases (mégabases, Mb). La difficulté est tout autre pour les organismes eucaryotes : la grande taille de leur génome (2 à 3 milliards de paires de bases pour les mammifères, par exemple) nécessite un travail cartographique préalable et, souvent, un effort concerté de plusieurs centres de séquençage. Toutefois, les « petits » génomes eucaryotes (tel celui de la paramécie, qui ne mesure « que » 100 Mb) peuvent aujourd’hui être séquencés sans cartographie préalable par un seul grand centre.Si les eucaryotes intégralement séquencés demeurent moins nombreux que les procaryotes et virus, leur nombre est en constante augmentation. Certaines séquences sont à l’état d’ébauches très fragmentaires et incomplètes ; d’autres donnent une vision beaucoup plus complète du génome. Cela reflète l’effort de séquençage consenti ainsi que la stratégie adoptée par les auteurs du séquençage, comme on le verra plus loin. Au mois de mars 2014, on comptait 12 919 génomes cellulaires complètement séquencés (hors virus), 27 399 en cours de séquençage et 996 en projet.
Pour ce qui est de l’Homme, la première séquence du génome humain, annoncée à grands cris médiatiques fin 2000, n’était en rien une séquence complète. Celle-ci est disponible depuis avril 2003, à quelques « trous » près.
La liste qui suit donne quelques exemples de génomes séquencés parmi les premiers qui le furent.
Virus : 3 778 virus séquencés au 4 mars 2014, dont le VIH (virus d’immunodéficience humaine).
Procaryotes :
Archaebactéries : 319 génomes entièrement séquencés et 447 partiellement, au 4 mars 2014.
Eubactéries : 12 286 génomes entièrement séquencés et 20 403 partiellement, au 4 mars 2014. Exemples :
Escherichia coli
Agobacterium tumefaciens
Haemophilus influenzae Rd. (premier génome cellulaire séquencé, en 1995)
Eucaryotes : 314 génomes entièrement séquencés et 6660 partiellement, au 4 mars 2014. Exemples (les 5 premières cités sont les 5 premiers publiés, avec la réserve citée pour celui de l’Homme) :
Saccharomyces cerevisiae (levure, premier eucaryote à être séquencé en 1997, plusieurs souches séquencées de nos jours)
Caenhorabditis elegans (ver nématode)
Drosophila melanogaster (mouche du vinaigre)
Arabidopsis thaliana (arabette, petite plante de la famille du chou)
Homo sapiens (nous, l’espèce humaine : plusieurs individus séquencés dont Watson)
Neurospora crassa (champignon ascomycète)
Anopheles gambiae (moustique)
Takifugu rubripes (fugu, poisson-ballon consommé au japon)
Mus musculus (souris)
Plasmodium falciparum (parasite intracellulaire responsable du paludisme)
Oriza sativa (riz : deux sous-espèces séquencées ; japonica et indica)
De nombreux projets de séquençages sont actuellement en cours de réalisation, ou à l’étude. Ces projets se comptant par milliers, il serait trop long de tous les énumérer ici…
Pour plus d’informations à ce sujet le site GOLD (Genome OnLine Database) qui recense tous les génomes séquencés, ainsi que les projets en cours.
Le séquençage d’un génome : comment ça marche ?
Depuis la fin des années 1970 et l’avènement des techniques de la biologie moléculaire, il est possible de séquencer un brin d’ADN, c’est-à-dire de lire l’enchaînement, ou séquence, des nucléotides constitutifs de cette molécule. Cela se ramène en fait à déterminer la succession des bases, la seule partie variable des nucléotides (pour plus d’informations sur les principes de la lecture de l’ADN, voir le document « Le séquençage d’un ADN »). Cependant, les techniques actuelles ne permettent de lire, à chaque opération de séquençage, qu’un millier de bases au plus. Or la partie « séquençable » du génome humain comprend 2,9 milliards de paires de bases (gigabases, Gb) ! Il est donc impossible de lire l’ensemble d’un génome en une fois. Il est, de toute façon, impossible de manipuler des molécules d’ADN de plusieurs dizaines, voire centaines de millions de bases (l’ordre de grandeur de celles qui constituent les chromosomes humains).
La séquence complète d’un génome humain
Résumé
Depuis sa publication initiale en 2000, le génome humain de référence n’a couvert que la fraction euchromatique du génome, laissant d’importantes régions hétéro chromatiques inachevées. S’attaquant aux 8 % restants du génome, le consortium Telomere-to-Telomere (T2T) présente une séquence complète de 3,055 milliards de paires de bases d’un génome humain, T2T-CHM13, qui comprend des assemblages sans lacunes pour tous les chromosomes sauf Y, corrige les erreurs dans les références antérieures et introduit près de 200 millions de paires de bases de séquence contenant 1956 prédictions de gènes, dont 99 sont prédits comme codant pour des protéines. Les régions complétées comprennent tous les réseaux satellites centromériques, les duplications segmentaires récentes et les bras courts des cinq chromosomes acrocentriques, ce qui ouvre ces régions complexes du génome aux études vibrationnelles et fonctionnelles.
https://planet-vie.ens.fr/thematiques/manipulations-en-laboratoire/le-sequencage-des-genomes
https://www.cancer.gov/publications/dictionaries/cancer-terms/def/genomic-sequencing