Nouvel outil bioinformatique pour obtenir des génomes de qualité

Les avancées les plus marquantes et les plus innovantes de la recherche biomédicale vont de pair avec les technologies dites de séquençage massif et les techniques omiques. Ces techniques permettent d’obtenir, à partir d’un échantillon de matériel biologique, la composition exacte des séquences d’ADN, décomposées en ses quatre composants appelés bases ou nucléotides : adénine (A), cytosine (C), guanine (G) et thymine. (T), la fameuse ACGT.

Un exemple est la génomique, qui permet de déchiffrer la composition précise de l’ADN, de tous les gènes, d’un organisme, fournissant une base de données d’une valeur et d’une utilité énormes pour une multitude d’études ultérieures, par exemple, la prédisposition à souffrir d’une certaines maladies ou les caractéristiques génétiques qui rendent un certain agent pathogène très virulent.

De plus, plusieurs projets internationaux, tels que le consortium ERGA et le BioGenome, ont l’intention de séquencer 4 millions d’eucaryotes dans un avenir proche.

Cependant, toutes ces avancées dépendent en grande partie de disposer de génomes de référence de haute qualité, c’est-à-dire qu’ils sont une représentation fiable et fiable du matériel génétique d’origine. Ainsi, si les génomes de référence contiennent des erreurs, telles que des séquences inexactes, les interprétations des études qui les utilisent peuvent être erronées, entraînant par exemple l’identification de mutations qui n’existent pas réellement, ou l’ignorance de gènes ou d’adaptations qui leur sont pertinents. une maladie ou un processus biologique spécifique. Bref, entraver le progrès scientifique.

Dans le cas des parasites, dont certains provoquent les maladies humaines les plus meurtrières, la grande majorité des génomes de référence présentent des problèmes et des limites. Par exemple, une grande partie des connaissances est basée sur des génomes obtenus à partir de cultures de parasites en laboratoire, qui peuvent différer des parasites circulant dans les environnements naturels. Les dynamiques de transmission dans les zones endémiques d’Afrique, d’Asie ou d’Amérique du Sud peuvent façonner et marquer le génome de ces parasites, reflétant des processus évolutifs d’adaptation à l’environnement. Cependant, la recherche actuelle tend à utiliser des génomes de référence de quelques souches et avec cela, il est destiné à représenter tous les parasites du monde, mais il faut éviter cette généralisation, produire des génomes de novo et améliorer ceux de référence qui sont utilisés dans chaque cas, cas particulier, étude ou circonstance.

Une équipe de chercheurs de l’Institut López Neyra de parasitologie et de biomédecine (IPBLN), appartenant au Conseil supérieur de la recherche scientifique (CSIC) d’Espagne, en collaboration avec un groupe de l’Université de Glasgow (Écosse), a créé ILRA, un outil bioinformatique à fort potentiel pour générer des génomes de haute qualité dans des contextes particulièrement problématiques, comme dans le cas d’espèces aux génomes complexes et lorsque les échantillons biologiques sources sont insuffisants ou de mauvaise qualité.

Représentation artistique de l’ADN et de ses quatre bases : l’adénine (A), la cytosine (C), la guanine (G) et la thymine (T). (Illustration : Incroyables/NCYT)

Le chercheur de l’IPBLN et premier auteur de l’étude, José Luis Ruiz Rodríguez, compare les génomes de référence à une feuille de route : « Plus ils sont détaillés et précis, plus il nous sera facile de naviguer dans le paysage vaste et diversifié de la génétique » .

Dans ce contexte, l’outil bioinformatique ILRA a vu le jour, grâce aux recherches menées par Ruiz Rodríguez et Elena Gómez Díaz, également chercheur à l’IPBLN, ainsi que par Thomas Dan Otto, professeur de biologie computationnelle, de l’Université de Glasgow.

Dans son flux de travail, l’ILRA combine des programmes déjà existants avec de nouvelles solutions pour améliorer l’exactitude des génomes, permettant même l’intégration d’autres données de séquençage à partir du même matériel génétique, si elles sont disponibles.

Le chercheur Gómez Díaz souligne comment l’ILRA fait partie d’un projet engagé pour la diversité et l’égalité scientifique car il permet la correction automatique des génomes de référence avec une implication minimale de l’utilisateur et sans nécessiter de connaissances approfondies en bioinformatique, qui ne sont généralement pas accessibles au public. groupes de recherche : « L’objectif de notre outil est que tout laboratoire, quelles que soient ses ressources disponibles ou son expérience en analyse de données, soit capable de produire des génomes de haute qualité, ce qui est crucial étant donné que la plupart des recherches sur la biodiversité et les maladies infectieuses se concentrent sur Pays en voie de développement.

Génomes de référence presque parfaits du parasite du paludisme

Dans le travail, le nouveau programme a été mis à l’épreuve en comparant des génomes obtenus avec de multiples techniques de séquençage, dont certains de moindre qualité, et différents organismes, tels que des séquences humaines et celles de divers parasites. Se distingue le cas du parasite Plasmodium falciparum, qui détient le record d’être l’un des organismes à la composition nucléotidique la plus extrême, avec une abondance très inhabituelle de bases A et T, dépassant 80% en moyenne. Cela a rendu le séquençage de ce parasite inhabituellement compliqué, le rendant difficile à étudier et limitant les connaissances de base sur sa biologie. C’est inquiétant car le Plasmodium est à l’origine du paludisme, une maladie infectieuse qui tue des centaines de milliers de personnes chaque année et pour laquelle il n’existe toujours pas de médicament ou de vaccin pleinement efficace. La lutte contre la maladie a été entravée en grande partie par le manque de bons génomes de référence qui représentent la diversité changeante des souches qui existent dans la nature et les communautés touchées.

Dans cette étude, un effort international a été mené avec plusieurs équipes de chercheurs de Colombie, du Kenya et du Ghana, pour générer comme preuve de concept des génomes de référence de haute qualité pour les parasites du paludisme des régions sous-représentées, qui jusqu’à présent n’avaient pas de génomes. disponible. Ainsi, il a été démontré que le programme permet d’obtenir des génomes de référence presque parfaits que n’importe quel groupe peut utiliser dans sa recherche, puisqu’ils représentent des adaptations locales qui ne sont pas présentes dans les génomes de référence traditionnels.

Pour Otto, la pertinence de cette recherche est claire : « L’ILRA est un outil qui devrait aider les groupes de recherche à améliorer leurs assemblages de génomes sans avoir besoin de connaissances approfondies en bioinformatique. Par ailleurs, il souligne l’importance des séjours de recherche, la manière dont ce projet est né, soulignant qu’ils sont indispensables pour favoriser le transfert des connaissances, apprendre des différentes cultures et donner lieu à une recherche internationale du plus haut niveau.

José Luis Ruiz Rodríguez et ses collègues présentent les détails techniques de l’initiative dans la revue académique Briefings in Bioinformatics, sous le titre « Des contigs vers les chromosomes : amélioration automatique des assemblages à lecture longue (ILRA) ». (Source : SCCI)