ADN partout 2/3 : Séquençage d'ADN dans vos toilettes et à l'aéroport ?

[caption id="attachment_3043" align="aligncenter" width="223"] une BD sympa même si le rapport est distant : cliquez et lisez[/caption]

Il semble acquis que le séquençage d'ADN suit une trajectoire similaire à celle de l'informatique, mais en plus rapide (voir billet précédent). Lorsque le prix baisse à ce point, des applications qui étaient inimaginables peuvent devenir routinières. Pour l'informatique on voit ce que ça donne (y pas que les smartphones, quand le réparateur est venu j'ai appris que notre frigo a deux cartes mères...). Et pour le séquençage d'ADN, ça peut donner quoi ?

Un article récent propose justement des réponses à cette question, inspirons-nous en. Avec un grain de sel, l'auteur de l'article est très techno-optimiste, et serait probablement qualifié de scientisme par Cécile Michaut (voir ce billet / débat).

Yaniv Erlich 2015 A vision for ubiquitous sequencing. Genome Res. 2015. 25: 1411-1416 doi:10.1101/gr.191692.115

Yaniv distingue les "plateformes de séquençage" des "senseurs de séquençage". Une plateforme de séquençage peut être une grosse machine statique, et doit être précise car lire de nouvelles séquences d'ADN inconnues. Un senseur de séquençage doit être petit et rapide, et doit plutôt reconnaître des séquences d'ADN connues.



Alors, quelles applications imagine Yaniv ?

Séquençage à la maison : des appareils domestiques sensibles à l'ADN
–> des toilettes intelligentes ! Bin oui, y a déjà un branchement à l'eau (pour les réactifs chimiques) et une collecte quotidienne de matériel biologique. Et en général il y a de la place en dessous, là où ça prend la poussière. Que peut-on voir dans ce "matériel biologique" ? La flore intestinale, indicateur de santé et plus généralement d'état physiologique. La nouriture (bin tiens), donc un suivi individuel de si on fait bien son régime, encore plus énervant que les sonneries de ceinture pas attachée en voiture et que les montres qui rappellent qu'on n'a pas assez marché. "Vous avez mangé beaucoup de sucreries aujourd'hui, or votre smartwatch me dit que vous avez à peine marché." L'ADN de la personne, qui normalement ne change pas trop ; mais un cas où il change, ce sont les cancers. Le dépistage très précoce des cancers, ça ça peut être intéressant. On rigole, mais les toilettes sont une piste très sérieuse dans la mesure où il y a très peu de changements à faire à notre maison et à nos habitudes pour que ça marche.

Séquenceur grand public à acheter et utiliser où on veut : j'admets, même si ça devient possible, les applications ne me paraissent pas évidentes. Accessoirement, la régulation d'un séquenceur d'ADN généraliste (pas programmé spécifiquement pour reconnaître la flore intestinale par exemple) ne me paraît pas évidente du tout. Ceci dit, il y a eu beaucoup de réflexions sur ce que les gens accepteraient ou pas avant les smartphones, et quand l'iphone est sorti, on a vu : les gens acceptent tout si ça leur permet de partager des photos de chatons gratos.

Applications médicales et santé : C'est le gros morceau évident. Mais dans les détails, on peut penser à des applications pas si évidentes :
• séquençage rapide aux contrôles de sécurité des aéroports ; Yaniv pense surtout à la détection de maladies contagieuses, pour limiter les épidémies ; tout le monde à part lui se demande s'il fait confiance à la sécurité des aéroports avec son ADN.
• plus évident, le séquenceur portable pour médecins. Obtenir des résultats rapides et fiables sur le terrin, même en cas de crise humanitaire ; ou même à l'hôpital sans délai d'aller-retour à un labo d'analyses.
• et si on branche le séquenceur domestique sur le réseau de l'hôpital ? Des données sur le patient fiables, précises et en temps réel, notamment sur les maladies infectieuses.
• un peu similaire aux contrôles d'aéroport mais peut-être plus faisable (me semble-t-il), un suivi constant de points clés pour connaître la diffusion des maladies, telles que bouches d'aération, points d'épuration d'eau, les systèmes de circulation d'eau de batiments collectifs, etc.
• de même à l'hôpital, un séquenceur qui analyse de petits échantillons à intervalles courts et réguliers, pour un suivi en temps réel des patients.

Applications légales et de sécurité : Ah on rigole moins, là.
• séquençage rapide des "indices ADN" sur la scène même du crime ; admettons, encore qu'il faille avoir accès une base de données de suspects de manière sécurisée sur ledits lieux du crime, ce qui n'est pas évident. Mais ça pourrait je pense permettre d'innocenter rapidement quelqu'un, d'éviter une fausse piste.
• "identification positive de la cible" par les militaires ; permettez-moi d'avoir des doutes sur l'applicabilité pratique dans un contexte militaire de l'attente du résultats d'une analyse ADN.
• identification à la sécurité des aéroports : vous le sentiez venir quand ils mis des séquenceurs pour microbes, hein ? Ce qui est intéressant ceci dit c'est qu'on peut potentiellement identifier une personne sans l'avoir elle-même dans sa bases de données, grâce au partage d'information génétique au sein d'une famille (voir ce vieux billet à moi), par exemple pour retrouver de jeunes fugueurs.
Je me dois à ce point de citer une phrase de l'article (à propos d'identification de noms de familles depuis l'ADN) qui montre à la fois le potentiel des méthodes et (à mon avis) l'optimisme de Yaniv :

With careful implementation that is sensitive to genetic privacy and cultural issues (Kim and Katsanis 2013), such technology at checkpoints could play a role in fighting human trafficking

Oui ça peut marcher avec une mise en place très prudente qui fait très attention à tous les risques et sensibilités culturelles etc, mais ça peut aussi marcher sans. C'est même beaucoup plus facile sans les précautions. Alors, où va-t-on ?

Un point technique à noter sur tous les aspects d'identification d'individus c'est qu'à partir du moment où l'on sait quelle espèce on cherche (contrairement aux pathogènes) et où l'on connait bien la variabilité génétique présente dans l'espèce, bref dans le cas des humains, il y a besoin de peu séquencer pour avoir une identification fiable.

Industrie alimentaire: le séquençage d'ADN peut notamment servir au contrôle qualité :
• intégré dans la chaîne de production.
• spécifique pour des risques connus : champignons vénéneux, niveau de bactéries pathogènes dans la viande, traces d'allergènes, etc.
Par ailleurs, on peut imaginer un système de "code barre" pour authentifier des produits : une séquence d'ADN unique artificielle introduite dans des produits permettant de les reconnaître à coup sûr, pour les éviter ou s'assurer qu'on les a bien obtenus. Au cas où vous pensiez que ce soit difficile, ce type de technique de code barres ADN est utilisé en routine dans de nombreuses expériences de biologie moléculaire.
• codes barres ADN sur les aliments plus toilettes séquenceuses = aide au régime ! Killer app !

Bon c'est sympa tout ça, mais qu'en est-il de la faisabilité ? Parce que même si le prix du séquençage d'ADN baisse, il faut encore le faire. Or à l'heure actuelle il faut quand même préparer les échantillons d'ADN avant séquençage, et cette préparation est relativement longue (autant pour le séquençage en temps réel) et compliquée (autant pour le séquenceur à la maison). Mais : de nouvelles approches en développement promettent de diminuer les étapes de pré-traitement. Il n'est pas inimaginable qu'on puisse diminuer cela à un point où le séquençage ubituitaire devienne réellement praticable. Il faut quand même être conscient que le prix n'est pas la seule limitation. Les réactifs utilisés doivent être pour le moment stockés à différentes températures, souvent +4°C (frigo) ou -20°C (congélo), et se gardent mal. Yaniv propose deux pistes à cela : l'utilisation de réactifs lyophilisés que l'on réhydrate au dernier moment, peut-être même en cartouches toutes prêtes. Et des technologies solides plutôt que liquides, grâce aux nanotechnologies. Là aussi c'est moins science-fiction qu'on ne pourrait le penser, le séquenceur MinION ou la technique de la société BioNano, par exemple, reposent sur des nanopores et une part de nanotechnologie.

Un autre problème pratique est l'analyse des données : les séquences d'ADN sont inutiles sans analyse bioinformatique. On peut mettre le logiciel sur le séquenceur, mais il faut aussi connaître les séquences de référence auxquelles comparer, qui peuvent être très nombreuses (donc prendre beaucoup de place), et qui peuvent n'avoir d'intérêt que si elles sont à jour. On parle beaucoup de "cloud computing", d'envoyer les séquences chez un service via internet qui vous renvoie le résultat du calcul, mais avec les quantités de données que l'on a en séquençage d'ADN il faut prévoir de très bonnes bandes passantes, ce qui limite les applications du type médecine de brousse. Il y a aussi le problème que si le séquençage est rapide et que l'analyse prend 24h, on n'a pas vraiment la réponse de suite. Il faut donc travailler sur des méthodes bioinformatiques permettant une réponse "dès que possible", avec analyse des données en temps réel et rapport dès qu'on a la réponse cherchée (espèce de bactérie, individu recherché, etc). C'est faisable, mais ce sont des défis intéressants.

Il y a d'autres problèmes, statistiques. Par exemple, pour reconnaître un humain d'un groupe très étudié (les européens de l'ouest, au hasard), on aura davantage de résolution que pour une population africaine très peu étudié. Du coup, les chances de se tromper d'individu jusque parce qu'il a la bonne (ou la mauvaise) ethnicité se posera. Pour la microbiologie, reconnaître une espèce que l'on soupçonne être présente (E. coli dans la nourriture non traitée) est facile, reconnaître n'importe quelle espèce quand on ne sait pas ce que l'on cherche, et qu'on ne connait qu'une petite partie de toutes les espèces existantes, et nettement plus difficile.

Et bien sûr, il y a les implications "éthiques, légales et sociales". On sent bien dans le papier que ce n'est pas ce qui intéresse Yaniv le plus, et peut-être a-t-il raison dans la mesure où son travail est d'explorer ce qui est techniquement possible, mais ça m'a quand même un peu mal à l'aise en lisant un papier par ailleurs très intéressant. D'autant que ces implications peuvent être le plus grand obstacle à la mise en place des solutions qu'il imagine.

D'abord, il existe dans de nombreux pays des lois interdisant ou complicant la collecte d'échantillons humains. Il faut noter qu'en fait nous laissons tous des échantillons partout derrière nous tout le temps, la question est donc leur usage délibéré. L'ADN humain est partout.

Yaniv suggère des messages d'avertissement aux utilisateurs, ou des mécanismes de suppression des séquences lues dès qu'elles ont été analysées, voire de suppression des séquences humaines avant analyse lorsque l'on cherche des séquences bactériennes (par exemple). Mouais, parce qu'on sait que tout le monde lit attentivement les messages d'avertissement des logiciels, apps, pages web, et smartphones que nous utilisons. Et nous faisons totalement confiance à Facebook, Ashley Madison, et demain Nesté ou la sécurité des aéroports, pour effacer les données compromettantes ou personnelles.

Un petit exemple de problème de vie privée pour finir : si des toilettes "intelligentes" peuvent lire l'ADN, elles peuvent savoir si quelqu'un d'extérieur à la famille est venu et a utilisé les toilettes, voire si cette personne vient régulièrement, par exemple quand l'un des partenaires d'un couple est absent...

Bref, tout est possible et rien n'est résolu.