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HAUT : © The Scientist Staff
Nous connaissons le vieux dicton : la nécessité est la mère de l’invention. Eh bien, 2020 nous a montré qu’une pandémie mondiale est une mère sérieuse. Habituellement, notre concours Top 10 Innovations se concentre sur les technologies de laboratoire, des outils conçus pour sonder les mystères de la biologie fondamentale. Mais lorsque les biologistes ont cherché à comprendre le SRAS-CoV-2, le paysage de l’innovation a changé en conséquence, avec la mise au point de nouveaux outils et l’adaptation des technologies existantes à la pandémie. Ainsi, cette année, à The Scientist, notre concours annuel intègre des inventions visant à comprendre et finalement à résoudre le problème du COVID-19.
Parmi les choix de nos juges indépendants pour les 10 meilleures innovations de 2020 figuraient des technologies de laboratoire de base – telles qu’un analyseur de protéome unicellulaire et un synthétiseur de gènes de bureau – aux côtés de produits axés sur la pandémie, notamment un test COVID-19 rapide, un outil capable de capturer des profils d’anticorps à partir du plasma sanguin de patients convalescents atteints de coronavirus, et une plateforme pour caractériser les glycanes de la protéine spike qui cloue la surface du SRAS-CoV-2. La concurrence entre les soumissions stellaires était si forte que le Top 10 de cette année contient en fait 12 produits, grâce à quelques égalités.
Aussi difficile que 2020 ait été pour nous tous, cette année tumultueuse a donné naissance à des produits et des approches prometteurs pour élucider le monde complexe de la biologie. Et plus encore, 2020 a montré que la communauté scientifique, lorsqu’elle est confrontée à un problème commun, peut relever le défi et se rassembler pour se recentrer, rechercher et innover. The Scientist présente ici les outils et les technologies qui constituent le Top 10 des innovations de cette année.
Fin mars, la société de biotechnologie AbCellera a organisé un appel avec 40 chercheurs pour examiner les données qu’ils avaient recueillies sur les anticorps potentiels contre le SRAS-CoV-2. En utilisant les outils de microfluidique à haut débit et d’analyse unicellulaire d’AbCellera pour sonder des échantillons de patients atteints du COVID-19, l’équipe de la société avait déchiffré les séquences génétiques codant pour des centaines d’anticorps qui pourraient traiter la maladie. L’équipe les a donc introduites dans Celium, un outil de visualisation des données qui croise plus d’un million de points de données de haute qualité pour ces anticorps afin de révéler ceux qui pourraient fonctionner le mieux chez les patients en tant que thérapie potentielle. En temps réel, lors de l’appel, les chercheurs ont utilisé Celium pour sonder ces relations et se concentrer sur l’anticorps LY-CoV555 qui, quelques mois plus tard, est entré dans les essais cliniques en tant que traitement possible du COVID-19, explique Maia Smith, responsable de la visualisation des données chez AbCellera et créatrice de Celium. « Je pense que cela dit en quelque sorte tout. »
Avant l’arrivée de Celium sur le marché en 2017, les scientifiques qui travaillaient avec AbCellera pour trouver des anticorps obtenaient en retour des feuilles de calcul complexes de données dans lesquelles il était difficile de naviguer, et il était difficile de savoir par où commencer, explique Mme Smith. Avec Celium, les données sont présentées dans un format visuel et l’outil « vous aide à identifier la bonne molécule pour vos besoins », explique à The Scientist Fernando Corrêa, ingénieur en protéines chez Kodiak Sciences à Palo Alto, en Californie. Il s’est associé à AbCellera pour identifier des anticorps pour traiter les maladies de la rétine, et affirme que l’ensemble de microfluidique, d’analyse unicellulaire et d’outil de visualisation des données de la société « rationalise le processus de découverte d’anticorps de manière conviviale. »
KAMDAR : « La réponse d’AbCellera à la pandémie souligne la puissance réelle de la plateforme Celium à l’intersection de la biologie et de l’IA pour faire de nouvelles découvertes d’anticorps à une vitesse fulgurante. »
Test Abbott ID NOW COVID-19
Depuis 2014 , Le système ID NOW d’Abbott a aidé les médecins à détecter les influenzas A et B, le streptocoque A, le virus respiratoire syncytial (VRS) et, plus récemment, le SRAS-CoV-2, en moins de 15 minutes. L’appareil, de la taille d’un grille-pain, fonctionne en chauffant des échantillons nasaux dans une solution acide qui ouvre l’enveloppe des virus, exposant leur ARN, que ID NOW amplifie à une température constante au lieu des cycles de chauffage et de refroidissement utilisés par les machines PCR. Ayant obtenu l’autorisation d’urgence de la Food and Drug Administration américaine fin mars, le test COVID-19 ID NOW a été l’un des premiers tests accessibles au public américain.
Norman Moore, directeur des affaires scientifiques pour les maladies infectieuses chez Abbott, affirme que le court délai d’exécution du test est essentiel pour arrêter la propagation virale. « Vous êtes le plus infectieux au début – et si nous n’avons pas ce résultat dans ce délai, à quoi cela sert-il si un test moléculaire revient deux semaines plus tard ? », explique-t-il à The Scientist.
Avec plus de 23 000 dispositifs ID NOW utilisés aux États-Unis, principalement dans les cliniques de soins urgents et les pharmacies, Moore indique que son équipe développe des tests compatibles avec la plateforme pour d’autres maladies infectieuses, comme les infections sexuellement transmissibles.
J.D. Zipkin, médecin en chef de GoHealth Urgent Care, qui s’est associé à l’aéroport international de San Francisco pour administrer le test ID NOW COVID-19 aux voyageurs, qualifie le test de » game changer « . « a pris une plateforme qui est déjà très bonne pour détecter des états pathologiques très spécifiques et l’a appliquée au plus grand besoin pandémique que nous avons dans ce pays », dit-il.
La plateforme ID NOW coûte 4 500 dollars et chaque test COVID-19 coûte 40 dollars.
CRUICKSHANK-QUINN : « La possibilité de recevoir les résultats du test COVID-19 à partir d’un écouvillon de gorge ou nasal en moins de 15 minutes peut fournir aux hôpitaux, aux écoles ou à toute autre institution la capacité de tester rapidement les personnes pour déterminer celles qui auraient besoin de s’auto-isoler à la maison. Comme il est léger et portable, il peut être utilisé sur le terrain et sur des sites mobiles tels que les lieux de test au volant. »
BioLegend TotalSeq™-C Human Universal Cocktail v1.0
En 2017, des chercheurs du New York Genome Center ont publié une nouvelle approche appelée CITE-seq qui permet aux scientifiques d’évaluer les protéines dans les cellules individuelles en même temps qu’ils font de la transcriptomique unicellulaire. CITE-seq fonctionne en liant des anticorps à des oligonucléotides qui peuvent éventuellement être séquencés pour révéler si les protéines cibles étaient présentes et jointes à leurs anticorps correspondants. La société de sciences de la vie BioLegend a obtenu une licence pour CITE-seq et a développé le cocktail universel humain TotalSeqTM-C v1.0, une collection de 130 anticorps liés à des oligoéléments pour le criblage massif des protéines de surface des cellules individuelles, à utiliser sur une plateforme de séquençage unicellulaire de 10X Genomics.
Contrairement aux approches protéomiques basées sur l’évaluation visuelle des protéines marquées, « il n’y a plus de limite théorique quant au nombre de protéines que vous pouvez , » déclare Kristopher « Kit » Nazor, responsable de la protéogénomique de BioLegend, ajoutant que la société travaille déjà à augmenter le nombre d’anticorps inclus dans le cocktail. « Cela augmente massivement les possibilités de découverte non biaisée. »
« C’est révolutionnaire à bien des égards », déclare l’immunologiste et génomicienne Alexandra-Chloé Villani du Massachusetts General Hospital, de la Harvard Medical School et du Broad Institute du MIT et de l’université de Harvard. Comme de nombreux chercheurs, Mme Villani, qui est l’une des coordinatrices du segment des cellules immunitaires de l’atlas cellulaire humain, s’est consacrée cette année à l’étude du COVID-19. Elle a déjà utilisé le cocktail de BioLegend, lancé début août au prix de 5 350 dollars pour cinq flacons à usage unique, pour analyser les échantillons de sang de près de 300 patients testés positifs au SRAS-CoV-2.
« Lorsque vous avez une protéine de surface et un ARN dans la même cellule, cela nous aide vraiment à dériver une définition plus granulaire des cellules immunitaires impliquées » dans la réponse à l’infection, dit Villani. « En fait, je connais beaucoup de collègues aux États-Unis et en Europe qui ont utilisé ce même panel pour analyser leurs cohortes COVID… ce qui signifie que nous pourrons combiner toutes nos données et les comparer. Et c’est incroyable. »
MEAGHER : « C’est une très belle fusion du séquençage next-gen en tant que lecture numérique des codes-barres des séquences et de la technologie des codes-barres unicellulaires pour permettre la protéomique quantitative unicellulaire. »
Septembre Bridges GRAF™
La publication du génome humain de référence en 2013 a été un formidable bond en avant pour la biologie, mais pour ce qui est de représenter réellement l’humanité, il est tombé bien bas. Nos génomes sont truffés de variantes qui ne sont pas présentes dans le génome de référence, qui a été construit à partir d’un petit échantillon d’individus, principalement d’ascendance européenne. Pour tenir compte de la diversité génétique humaine, la société de bioinformatique Seven Bridges a mis au point une plate-forme d’analyse génomique appelée GRAF, qui tente d’inclure toutes les itérations possibles de séquences génétiques à un locus donné. La référence génomique GRAF/Pan qui en résulte est un graphique des variantes connues en des points particuliers du génome, plutôt qu’une séquence de référence linéaire. Lorsque les génomes sont alignés sur la référence GRAF, les éventuelles délétions, insertions, polymorphismes à nucléotide unique ou autres variations ne sont donc pas manquées comme elles pourraient l’être lors de l’alignement sur le génome de référence linéaire.
Dans le but de stimuler la présence de groupes sous-représentés dans la recherche génomique, Seven Bridges a annoncé en juin que l’accès à son flux de travail GRAF Germline Variant Detection Workflow et à GRAF/Pan Genome Reference serait gratuit pour les chercheurs universitaires. « Il s’agit du premier flux de travail de qualité production qui intègre des informations sur l’ascendance et la diversité du génome humain pour fournir des appels de variants et un alignement améliorés », explique la directrice scientifique de la société, Brandi Davis-Dusenbery.
« L’espoir est qu’en tenant compte de cette complexité dans l’analyse, vous verrez des choses qui vous échappaient », explique Bruce Gelb, directeur du Mindich Child Health and Development Institute à l’Icahn School of Medicine at Mt Sinai. « C’est une idée qui circule depuis quelques années, mais personne avant Seven Bridges n’a mis en œuvre une approche graphique pratique. Ils sont les premiers à le faire. »
Gelb a utilisé la plateforme GRAF pour rechercher des variantes liées aux malformations cardiaques congénitales et comparer ces variantes à ce qui apparaît lorsqu’il utilise des analyses de séquence traditionnelles. Jusqu’à présent, dit-il, il semble que GRAF identifie certains variants qui auraient autrement été négligés.
CRUICKSHANK-QUINN : « Le fait que Seven Bridges GRAF soit mis gratuitement à la disposition des institutions universitaires ouvrira certainement la voie à la médecine de précision en permettant l’avancement de la recherche dans les populations sous-représentées sans le combat du coût pour les chercheurs universitaires. »
OXGENE TESSA
Un défi central pour délivrer des thérapies géniques aux cellules des patients est le coût de fabrication du virus adéno-associé (AAV), un vecteur commun pour les gènes d’intérêt, explique Ryan Cawood, PDG de la société de biotechnologie OXGENE, basée au Royaume-Uni. « Le premier produit de thérapie génique AAV qui a été approuvé dans l’UE coûtait un million de livres par dose », dit-il. « Si vous vouliez traiter une maladie que vous pourriez appliquer à des milliers de personnes, vous ne pouviez tout simplement pas en produire suffisamment à un coût qui le rendrait viable. »
Actuellement, selon Cawood, des lots de cellules humaines cultivées sont transfectés avec de multiples plasmides pour les inciter à fabriquer les vecteurs AAV contenant un gène sélectionné. Mais la fabrication des plasmides est coûteuse et le processus de transfection n’est pas très efficace. En revanche, l’infection par des adénovirus incite naturellement les cellules à activer la réplication des AAV. Le problème est que les adénovirus se répliquent également et contaminent le produit AAV obtenu. Pour contourner ce problème, OXGENE a conçu un commutateur génétique qui arrête l’activité d’un adénovirus à mi-chemin de son cycle de vie dans une cellule, de sorte qu’il programme la cellule pour qu’elle produise des particules d’AAV mais pas d’adénovirus. « Lorsque le virus entre dans la cellule, seul l’AAV en sort ; il n’y a plus d’adénovirus qui en ressort », explique M. Cawood. La société a commencé à vendre son vecteur viral de qualité recherche, qu’elle appelle TESSA, en septembre, et prévoit de commencer à proposer du matériel de qualité clinique l’année prochaine, ajoute-t-il. Le coût du vecteur de qualité recherche commence à 5 000 £, et dépend de la taille du lot de cellules à infecter.
BLAINEY : « Soutient la traduction des thérapies géniques. Démontre la valeur biotechnique du génie biologique. »
Le système BioXp™ 3250 de Codex DNA
La société de biotechnologie Codex DNA a lancé le système BioXp™ 3250 en août 2020, dans le prolongement du BioXp™ 3200, sorti en 2014. Cette plateforme automatisée d’assemblage et d’amplification d’ADN à la demande permet aux chercheurs de synthétiser des gènes et des génomes plus rapidement que jamais, avec le potentiel d’accélérer le développement de vaccins, de diagnostics et de traitements, explique Peter Duncan, directeur de la gestion des produits chez Codex DNA. L’équipement peut être utilisé sur des cellules cancéreuses ou sur une variété d’agents infectieux, notamment le SRAS-CoV-2.
Sans le BioXp™ 3250 ou son prédécesseur, les laboratoires qui veulent synthétiser des fragments d’ADN, des clones ou des génomes entiers doivent envoyer des échantillons pour qu’ils soient traités par un tiers. En plus d’avoir à gérer le transit, ce traitement peut prendre des semaines ou des mois. Avec le BioXp™ 3250, dont le prix est de 100 000 dollars, des séquences d’ADN d’une longueur allant jusqu’à 7 000 paires de bases peuvent être assemblées en quelques jours, en appuyant sur un bouton.
Plutôt que de devoir coder un script génétique sur un ordinateur pour des expériences spécifiques, les clients peuvent commander un module qui arrive en deux jours environ, prêt à l’emploi. Le module comporte un code-barres contenant toutes les informations nécessaires ; lorsqu’il est scanné par l’appareil, les instructions pour synthétiser l’ADN souhaité sont téléchargées. Un technicien de laboratoire n’a plus qu’à insérer le module dans l’appareil et à appuyer sur start, explique Duncan.
« Le BioXp nous a permis d’effectuer des étapes simples de sous-clonage en mains libres », explique Mark Tornetta, vice-président de Biologics Discovery chez Tavotek Biotherapeutics, dans un courriel à The Scientist, décrivant comment le laboratoire utilise l’appareil pour générer des bibliothèques NGS. « Toutes ces méthodes sur le BioXP nous permettent de gagner du temps et de réduire les coûts d’exécution. »
BLAINEY : « Démocratiser la synthèse de gènes en plaçant la capacité dans les laboratoires individuels pour une rotation plus rapide et des coûts plus bas à haut débit ». »
IsoPlexis Single-Cell Intracellular Proteome
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La solution Single-Cell Intracellular Proteome d’IsoPlexis est née de plusieurs laboratoires de Caltech, tous cherchant de meilleurs moyens de surveiller les interactions protéine-protéine
dans les cellules cancéreuses dans le but de développer des traitements ciblés. Avec les méthodes traditionnelles telles que le Western blot, la spectrométrie de masse et la cytométrie de flux, seuls quelques types de protéines peuvent être suivis à un moment donné. Avec le système d’Isoplexis, lancé en juillet, les chercheurs peuvent suivre 30 voies protéiques ou plus, avec des résultats disponibles le même jour.
Avec la technologie précédente, la phosphorylation était utilisée pour identifier la fonction des protéines individuelles, sans aucune idée de la façon dont elles fonctionnent ensemble. Le protéome intracellulaire unicellulaire révèle la fonction de la même manière, mais est également capable de fournir le contexte de voies de signalisation protéiques entières, en découvrant comment le réseau fonctionne dans son ensemble.
Comprendre l’ensemble du réseau des voies cellulaires permet aux chercheurs de mieux comprendre les effets en aval des cellules aberrantes, explique Sean Mackay, PDG et cofondateur d’IsoPlexis. Dans les cancers, ajoute-t-il, cette approche permet d’évaluer l’efficacité des traitements ciblés tels que les thérapies par anticorps ou les médicaments à petites molécules.
« De telles voies définissent fondamentalement la façon dont les cellules sont activées, est particulièrement important pour le cancer, où la signalisation phosphoprotéique activée est non seulement une caractéristique du cancer », explique James Heath, qui a dirigé le laboratoire Caltech qui a créé la technologie il y a huit ans, « mais est un objectif majeur des inhibiteurs ciblés. »
MEAGHER : » La solution de protéome intracellulaire à cellule unique utilise une microfluidique innovante pour réduire ce qui ressemble à une chimie ELISA bien établie jusqu’au niveau de cellules uniques. »
GigaGen Surge
Les scientifiques ont utilisé . l’immunoglobuline intraveineuse (IVIG) pour traiter les patients immunodéficients ou immunosupprimés et le plasma convalescent pour traiter les maladies infectieuses depuis plus d’un siècle. Et le plasma est l’un des nombreux traitements actuellement à l’essai pour le COVID-19. Mais les échantillons biologiques prélevés sur des donneurs ne sont pas les thérapeutiques les plus standardisées. C’est là qu’intervient la plate-forme Surge de GigaGen, qui utilise le séquençage unicellulaire pour « capturer et recréer » des bibliothèques d’anticorps provenant de donneurs de sang. Pour créer ces bibliothèques, la société fait passer les échantillons de sang des donneurs par la plateforme Surge pour isoler les cellules B productrices d’anticorps dans des microgouttelettes et extraire l’ARN qui code les anticorps. À partir de ces séquences génétiques, ils peuvent créer un « plan du système immunitaire de cette personne », explique David Johnson, PDG de GigaGen.
Les chercheurs de l’entreprise sélectionnent ensuite certains de ces anticorps pour les modifier dans des cellules de mammifères afin de créer un traitement par anticorps recombinants, dont ils affirment qu’il est beaucoup plus puissant que le plasma convalescent ou les IgIV, d’après des expériences in vitro et des tests sur des modèles animaux. GigaGen ne prévoit pas actuellement de vendre Surge, mais a plutôt utilisé la plate-forme pour développer des traitements contre les cancers, les troubles de l’immunodéficience et, plus récemment, le COVID-19. GigaGen espère commencer les essais cliniques de son traitement COVID-19, qui utilise plus de 12 500 anticorps provenant de 16 donneurs, au début de 2021. L’objectif de Surge est de « démêler la complexité du système immunitaire », déclare Johnson, puis d’adapter les traitements par anticorps qui suscitent la réponse la plus forte.
Fred et Vicki Modell, qui ont fondé la Fondation Jeffrey Modell après le décès de leur fils Jeffrey à 15 ans en raison de complications liées à une immunodéficience primaire, disent avoir cherché une alternative aux IgIV, qui sont parfois en quantité insuffisante et peuvent entraîner des effets secondaires chez de nombreux patients. » donne le plus beau des cadeaux – ils donnent de l’espoir aux patients « , déclare Fred Modell.
CRUICKSHANK-QUINN : » En combinant la technologie microfluidique de gouttelettes d’émulsion unicellulaires, la génomique et l’ingénierie des bibliothèques de protéines, cette thérapie médicamenteuse par anticorps, si elle réussit, pourrait révolutionner le traitement du COVID-19 ainsi que les traitements de nombreuses maladies différentes. »
10X Genomics Chromium Single Cell Multiome ATAC + Gene Expression
Il y a quelques années, 10X Genomics a lancé un test, ATAC-seq, pour identifier les régions de chromatine ouverte dans des cellules uniques ; le produit a gagné une place dans le Top 10 des innovations 2019 de The Scientist. Selon Laura DeMare, responsable du marketing produit, il n’a pas fallu longtemps pour que les clients en redemandent, avec des commentaires du type : « ‘C’est génial, mais nous aimerions vraiment obtenir les informations sur l’expression génétique et les informations ATAC-seq dans la même cellule.' » En septembre, 10X a déployé Chromium Single Cell ATAC + Gene Expression, qui récolte à la fois des données épigénétiques et d’expression génique à partir de noyaux individuels.
La plateforme marque l’ARNm et les fragments de chromatine ouverts de chaque noyau avec des codes-barres ADN, explique DeMare, et les acides nucléiques sont ensuite amplifiés et analysés. « On peut commencer à relier les éléments régulateurs du génome qui activent ou désactivent les gènes », explique-t-elle. Il en coûte environ 2 400 dollars par réaction pour les réactifs et une puce microfluidique.
Ansu Satpathy, immunologiste à la faculté de médecine de l’université de Stanford et ancien postdoc du codéveloppeur d’ATAC-seq, Howard Chang, explique à The Scientist qu’il utilise le nouveau test pour étudier les effets des changements épigénétiques associés à l’épuisement des cellules T dans des échantillons de tumeurs biopsiés chez des patients cancéreux. Lorsqu’ils sont épuisés, les lymphocytes T deviennent moins efficaces dans la lutte contre le cancer, et « ce que nous faisons maintenant avec la méthode ARN et ATAC combinée est de demander, comment chacun de ces commutateurs moléculaires régule les gènes qui conduisent à ce résultat dysfonctionnel dans la cellule ? ». Satpathy dit.
KAMDAR : « Cette approche permet, pour la première fois, le profilage simultané de l’épigénome et du transcriptome à partir de la même cellule unique, ce qui permet de mieux comprendre la fonctionnalité des cellules. »
Solution Visium Spatial Gene Expression de 10X Genomics
Au cours des dernières années, la transcriptomique unicellulaire a fourni une multitude d’informations sur l’expression des gènes pour les cellules individuelles et les types de cellules. Désormais, 10X Genomics fait progresser la technologie plus récente de la transcriptomique spatiale, qui fournit des données sur le transcriptome entier pour une ou quelques cellules seulement, et révèle exactement où, dans un échantillon de tissu, l’expression génique a lieu. La solution Visium Spatial Gene Expression, lancée en octobre 2019, expose des zones de 55 micromètres à 5 000 emplacements dans un échantillon de tissu à des oligonucléotides liant l’ARNm, et superpose les données d’expression génique résultantes avec des images histologiques.
La technologie a été développée et initialement commercialisée par la société suédoise Spatial Transcriptomics, que 10X Genomics a acquise en 2018. Puis 10X a poursuivi le développement du produit avant de lancer Visium l’année dernière. La solution Visium Spatial Gene Expression, vendue 1 000 dollars par échantillon, comporte des spots plus petits et plus denses – et cinq fois plus nombreux – qu’au moment où l’entreprise en a hérité, explique Nikhil Rao, directeur du marketing stratégique de 10X Genomics pour la plateforme spatiale. Cela augmente la résolution, explique-t-il. « Nous avons également amélioré la sensibilité du test de façon spectaculaire, en étant capables de capter des dizaines de milliers d’identifiants moléculaires uniques par spot. »
Rao indique que de nombreux utilisateurs de Visium se concentrent sur les neurosciences, étudiant les maladies neurodégénératives, par exemple. Mais le produit est également utilisé en biologie du développement, en oncologie et en immunologie. Elana Fertig, biologiste informaticienne de l’université Johns Hopkins, a utilisé Visium pour comprendre comment un cancer peut résister à un traitement. « En vertu de l’information spatiale de ces cellules, vous pouvez vraiment comprendre les mécanismes moléculaires où ils interagissent directement, parce que vous pouvez voir si les cellules interagissent physiquement », explique-t-elle.
MEAGHER : « C’est une autre frontière en biologie : pas seulement l’expression génique d’une seule cellule ou de quelques cellules, mais maintenant la collecte de données d’expression génique avec une résolution spatiale au niveau de quelques cellules. »
Inscripta, Inc. Onyx™ Digital Genome Engineering Platform
Alors que l’édition du génome basée sur CRISPR est devenue une technique largement utilisée dans les laboratoires du monde entier, certaines questions de recherche nécessitent une échelle de bricolage des nucléotides qui peut être lourde, voire prohibitive, pour certains laboratoires. La plateforme numérique d’ingénierie des génomes Onyx™ d’Inscripta Inc. offre une solution – des bibliothèques d’ingénierie des génomes entièrement automatisées avec des centaines de milliers de modifications uniques dans les génomes microbiens. L’appareil de paillasse, lancé en octobre 2019 et vendu 347 000 dollars, permet aux utilisateurs de planter les variantes souhaitées dans l’ADN des bactéries E. coli et des levures S. cerevisiae, et l’instrument s’occupe du reste.
La plateforme combine tout, des algorithmes pour optimiser le processus d’édition à la microfluidique pour manipuler les cellules, en passant par les réactifs eux-mêmes. « Les biologistes n’ont plus à se soucier de l’optimisation technique et peuvent aller de l’avant et se concentrer sur n’importe quel problème de biologie maintenant », explique Nandini Krishnamurthy, le vice-président du développement des applications chez Inscripta.
Shelley Copley, biologiste moléculaire à l’Université du Colorado Boulder, est un des premiers testeurs d’Onyx. Elle l’utilise pour examiner les effets des mutations synonymes, celles qui ne changent pas la protéine résultante, sur la fitness chez E. coli. « La partie à haut débit est essentielle pour pouvoir aborder cette question », explique-t-elle. Plutôt que d’essayer de créer une à une toutes les mutations qu’elle souhaite examiner, Onyx permet à Copley de générer les 50 000 variantes. Son équipe peut alors passer directement aux tests d’aptitude. « Je ne connais aucune autre technologie capable de le faire. »
KAMDAR : « CRISPR est un outil puissant pour éditer les génomes et permettre des évaluations fonctionnelles qui peuvent élucider la causalité et améliorer notre compréhension de la biologie du génome. Mais ces résultats ne seront pas atteints sans surmonter un certain nombre de défis techniques et d’évolutivité. C’est ce que permet la plateforme numérique d’ingénierie des génomes Onyx. »
MOBILion SLIM
John McLean, chimiste bioanalytique à l’université Vanderbilt, veut savoir exactement ce que contient une bouffée de gaz, jusqu’à la toute dernière molécule lipidique d’un échantillon de sang ou de tissu vaporisé. Pendant des années, il a utilisé la spectrométrie de masse pour cataloguer les composés d’un échantillon en fonction de leur poids. Parfois, différentes molécules peuvent avoir la même masse et la même composition atomique, ce qui rend difficile leur distinction. La séparation par mobilité ionique fait passer des échantillons de gaz dans des tubes d’un mètre de long pour différencier les molécules selon leur forme et leur structure, ce qui permet de contourner le problème de la masse. Mais comme cette technique a été conçue il y a plusieurs décennies, elle n’a pas atteint la même résolution que la spectrométrie de masse. Pour obtenir une résolution similaire, l’instrument de séparation ionique aurait besoin d’un tube de 13 mètres.
La fabrication d’un tube linéaire de cette longueur est peu pratique en raison des contraintes d’espace du laboratoire. Il y a quelques années, Richard Smith du Pacific Northwest National Laboratory et ses collègues ont donc commencé à réfléchir à des moyens d’amener les ions à tourner les coins. Cette discussion a abouti à la mise au point de SLIM (Structures for Lossless Ion Manipulation) de MOBILion, un instrument doté d’une piste de 13 mètres découpée en lacets dans deux cartes de circuit imprimé qui tiennent dans une boîte de 3 mètres de long ; l’appareil fournit des données sur la taille et la forme des composés dans les échantillons en quelques minutes. SLIM « révèle l’invisible », explique Laura Maxon, responsable du développement commercial et de la stratégie d’entreprise de MOBILion, « sans sacrifier le temps ». Cette première itération de SLIM, que MOBILion a commencé à déployer en tant que version bêta pour les collaborateurs qui l’adoptent rapidement au deuxième trimestre 2020, est conçue pour les scientifiques dans un environnement universitaire de recherche pharmaceutique ou clinique. Le prix est compétitif par rapport aux technologies existantes, note-t-elle, et la société prévoit de concevoir l’instrument pour une utilisation en clinique afin d’identifier les biomarqueurs de la maladie.
« Ce que nous voyons aujourd’hui, de MOBILion sur SLIM, n’est que la partie émergée de l’iceberg », dit McLean. « Il y a beaucoup de potentiel inexploité… d’un point de vue analytique », donc « les gens devraient vraiment s’attendre à d’énormes progrès pour ces technologies ».
BLAINEY : « La chromatographie sélective d’ions est centrale en biochimie. Belle intégration de la technologie microélectronique avec la biotechnologie. «
LES JUGES
Paul Blainey
Professeur associé de génie biologique au MIT et membre principal du Broad Institute du MIT et de l’Université de Harvard. Le laboratoire Blainey intègre de nouveaux outils microfluidiques, optiques, moléculaires et computationnels pour une application en biologie et en médecine. Le groupe met l’accent sur les approches quantitatives à l’échelle de la cellule et de la molécule, afin de permettre des études qui génèrent des données capables de révéler le fonctionnement des systèmes biologiques naturels et artificiels à différentes échelles. Blainey n’a pas tenu compte des produits soumis par 10X Genomics dans son classement en raison de ses liens financiers avec l’entreprise.
Charmion Cruickshank-Quinn
Application scientist at Agilent Technologies.Previously, she was a postdoctoral fellow at the University of Colorado Denver – Anschutz Medical Campus, a research fellow at National Jewish Health in Denver, and a graduate student at the State University of New York at Buffalo, where she worked in the instrument center.
Kim Kamdar
Managing partner at Domain Associates, a healthcare-focused venture fund creating and investing in biopharma, device, and diagnostic companies. She began her career as a scientist and pursued drug-discovery research at Novartis/Syngenta for nine years.
Robert Meagher
Principal member of Technical Staff at Sandia National Laboratories. Son principal intérêt de recherche est le développement de nouvelles techniques et de nouveaux dispositifs pour l’analyse des acides nucléiques, particulièrement appliqués aux problèmes de maladies infectieuses, de biodéfense et de communautés microbiennes. Plus récemment, cela a conduit à des approches pour des diagnostics moléculaires simplifiés pour les pathogènes viraux émergents qui sont adaptés à une utilisation au point de besoin ou dans le monde en développement. Les commentaires de M. Meagher représentent son opinion professionnelle mais ne reflètent pas nécessairement le point de vue du ministère américain de l’Énergie ou du gouvernement des États-Unis.
Note de la rédaction : Les juges ont examiné des dizaines d’entrées soumises pour une variété de produits des sciences de la vie par des entreprises et des utilisateurs. Le jury a évalué les soumissions avec seulement des instructions de base de The Scientist, et ses membres ont été invités à participer en fonction de leur familiarité avec les outils et les technologies des sciences de la vie. À l’exception de Paul Blainey, qui a des liens financiers avec 10X Genomics et n’a donc pas tenu compte des produits de cette société dans son classement, les membres du jury n’ont aucun lien financier avec les produits ou les sociétés participant au concours. Dans ce numéro de The Scientist, toute publicité placée par les gagnants nommés dans cet article a été achetée après que nos juges indépendants aient sélectionné les produits gagnants et n’a eu aucune incidence sur le résultat du concours.