PUCES À ADN ET LABORATOIRES SUR PUCE

Les progrès techniques, en particulier la miniaturisation, ont permis le développement d'appareillages d'analyse performants pour les biologistes. Après la puce à ADN (appelée ainsi par analogie avec les circuits intégrés), mise au point au début des années 1990 et permettant d'effectuer sur une surface de quelques millimètres carrés des milliers d'analyses biologiques, est apparu, à la fin du xx^e siècle, le laboratoire sur puce visant à réaliser, à terme, les différentes étapes d'une analyse, depuis la préparation de l'échantillon jusqu'aux résultats, obtenus sous la forme d'un signal électronique. Ces microsystèmes ouvrent de nouvelles voies pour la recherche génétique, médicale et pharmaceutique, et offrent de nouvelles perspectives dans d'autres domaines tels que les contrôles sanitaires ou la protection de l'environnement.

Les puces à ADN ou biopuces

Depuis les années 1980, un des buts des biologistes est de connaître la séquence intégrale du génome de plusieurs espèces animales et végétales. Cette tâche nécessite la manipulation d'un nombre très important d'entités biologiques, entre autres des clones de bactéries ou de levures à partir desquels on extrait des fragments d'ADN ou d'ARN messager (qui reflètent l'activité des gènes). Progressivement, un grand nombre de manipulations ont été transférées à des robots, et il est devenu courant de déposer 20 000 préparations différentes sur des membranes de Nylon de 20 centimètres de côté. La puce à ADN (DNA chip ou biochip en anglais) résulte de l'évolution de ce format vers une miniaturisation plus poussée, qui atteint une densité de 250 000 unités réactionnelles par centimètre carré. Son concept a été proposé dès la fin des années 1980 pour réaliser, entre autres, le séquençage de l'ADN. Cependant, durant la décennie de 1990, les programmes de séquençage se sont accélérés indépendamment de cette technologie et la connaissance exhaustive de plusieurs génomes a fait apparaître un nouvel enjeu : la description des fonctions des très nombreux gènes nouvellement découverts. Un des moyens privilégiés pour atteindre ce but est l'étude du transcriptome (ensemble des molécules d'ARN messager d'une cellule) qui a permis aux puces à ADN de prendre un avantage décisif sur les anciennes méthodes d'analyse.

Principe des biopuces

Les puces à ADN exploitent une propriété fondamentale de l'ADN qui est d'être constitué de deux brins complémentaires capables de s'apparier de façon spécifique et stable. Ainsi, un fragment d'ADN simple brin ou d'ARN messager est capable de reconnaître son brin complémentaire parmi des milliers d'autres : c'est le phénomène d'hybridation. Cette propriété permet d'utiliser des fragments d'ADN comme sondes pour détecter une cible dans un mélange complexe de molécules d'ADN ou d'ARN messager.

Les puces à ADN sont constituées d'un ensemble de structures élémentaires, appelées unités d'hybridation, disposées en réseau et espacées de quelques dizaines à quelques centaines de micromètres. Chaque unité est active, puisqu'elle contient des sondes ADN. Le mélange complexe de cibles à analyser est constitué, par exemple, par l'ensemble des ARN messagers extraits d'une cellule d'un type de tissu. Ceux-ci sont marqués afin de pouvoir être détectés ultérieurement par des techniques optiques (marquage par fluorescence) ou photographiques (marquage radioactif). Ce mélange est appliqué sur la surface de la puce et on laisse se faire le processus d'hybridation durant lequel les sondes capturent les cibles pour lesquelles elles présentent une affinité. À la fin de cette réaction, le dosage du signal dans chaque unité d'hybridation indique à quelle concentration l'espèce moléculaire complémentaire[...]