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

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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.

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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.

9 réponses à “ADN partout 2/3 : Séquençage d’ADN dans vos toilettes et à l’aéroport ?

  1. C’est fort intéressant comme billet. Ça m’ouvre tout de même quelques questions :

    * Aujourd’hui combien de temps faut-il pour un séquençage ADN ? (tu dis *rapide* mais tu dis pas combien)
    * Quelles maladies peuvent être détectées par une analyse ADN et lesquelles ne peuvent pas l’être. Est-ce le même prélèvement ou un autre type de prélèvement ?

    Sinon dans les applications marrantes ou horribles avec l’arrivée des séquenceurs ADN popularisés, voici ce qu’on peu entrevoir :

    * On pourra signer un contrat avec un cracha.
    * Plus besoin de faire tatouer ou pucer votre toutou et votre chaton, ça c’est sympa.
    * Le code sécu, n° de permis, n° de carte d’identité seront remplacés par un identifiant personnel universel (IPU) : un hash-code issu de l’ADN. Plus besoin de carte, et toute la population est fichée. C’est horrible et ça va être difficile à éviter.
    * Le site ForeverAdn.com vous proposera de télécharger votre ADN sur leur site et en contrepartie ils vous montre votre position dans l’arbre généalogique mondiale et vos éventuelles connexions avec des célébrités contemporaines ou historiques. Succès garanti : chacun voulant savoir s’il est cousin de Bono ou descendant de Napoléon. Les politiques feront taire la rumeur disant que le site est dans les mains de l’AESA (American & European Security Agency), mais un lanceur d’alerte dévoilera que le site détient la base de données intégrale des IPU (identifiants personnels universel) d’une douzaine d’États qui ont eut la bonne ou mauvaise idée de confier la gestion des ces données à un partenaire tiers.

    • Quelques compléments à la réponse de Nicolas (que je remercie) :

      * vitesse : le séquençage en temps réel pour des applications limitées (comme identifier une espèces particulière de bactérie) commence à venir : https://publications.nanoporetech.com/tag/real-time/

      * maladies et prélèvement : pour une mutation (maladie génétique ou à composante génétique), n’importe quel échantillon (sang, salive) ; pour un cancer, traces de cellules malades (mutées) dans le sang typiquement, mais peut-être avec assez de sensibilité future dans « les selles » ; pour une infection, selon l’infection… bref ça dépend.

  2. Nicolas Robine

    Je vais tenter quelques réponses au commentaire précédent:
    – vitesse de séquençage: pour un génome humain complet avec un instrument Illumina HiSeq XTen, c’est 3 jours de séquençage (mon centre en séquence 25000 par an). Ensuite, c’est plusieurs jours d’analyse systématique (alignment, detection des sites variants, etc). En fonction de l’application, il y a ensuite encore un peu de travail pour arriver à une conclusion. Ceci dit, un pipeline a été présenté récemment qui propose de detecter les mutations en 26 heures (de la collecte de l’échantillon au rapport clinique). Voir Miller, Farrow et al, Genome Medicine 2015.

    – quelles maladies peut-on detecter? On ne détecte pas de maladie, on detecte des variants associés à des maladies. Parfois cette association est très forte (Huntington, certains variants associés à Alzheimer ou au cancer du sein), parfois cette association est un faible augmentation de risque. Il faut quand meme rappeler que pour l’immense majorité des sites du génome, on ne sait absolument rien, ou très très peu. Notre compréhension de la biologie reste superficielle (malgré d’immenses progrès). Dans les scénarios proposés par Yaniv et décrit par Marc, une partie de la detection ne se fait pas par le séquençage du génome complet, mais par exemple par sequencage du microbiome, ou de l’expression des genes par exemple dans le sang. On peut imaginer un suivi de la récurrence de certains cancers par détection de l’apparition ou de la ré-apparition de certaines mutations dans le sang, par exemple.

    Sur vos « applications marrantes ou horribles »:
    – signer un contrat avec un crachat et tatouer son chien (je passe ;-))
    – numero universel: c’est déjà le cas en Suède par exemple et ca n’a pas l’air d’avoir mené à une dictature effrayante. Surtout, ca peut se faire sans ADN, c’est pas pertinent dans cette discussion
    – arbre généalogique universel: allez voir ce que fait Ancestry.com, qui a commencé sans ADN et a assembler plusieurs millions d’invididus. Yaniv Erlich, (cité dans ce post pour un autre article) a notamment utilisé cette base de données pour assembler un arbre de 13 millions d’individus. On peut ajouter des données génétiques la dessus (pour les individus vivants…) et c’est interessant. D’autre part, 23andMe propose déja de dévoiler les connections entre leurs clients et des célébrités, récentes ou historiques. Ca plait beaucoup…

    J’aime beaucoup cette série de posts, et serait ravi de voir un débat s’organiser sur le sujet en français, mais il faut parler de risques avec précision et sérieux. Une partie des discussions sur le sujet relève souvent plus du fantasme que du débat…

    • Merci Nicolas.

      Je serais aussi ravi de voir un débat sur le sujet en français, et je soupçonne qu’on va y venir avec des points de vues différents tous les deux. J’ai déjà eu des discussions très animées avec certains collègues concernant 23 and me lors de la décision FDA récemment modifiée (http://www.sciencesetavenir.fr/sante/20151022.OBS8133/genetique-les-tests-adn-de-23andme-de-nouveau-autorises.html).

      De mon point de vue, beaucoup de choses très positives sont possibles, mais aussi des choses négatives, et la société avance en méconnaissance de cause. Des discussions éclairées sur le sujet sont nécessaires, et pour cela on doit se rendre compte de ce qui est déjà ou presque possible. Ce commentaire de Cécile Michaut illustre la situation où nous nous trouvons pour moi :

      voir ce commentaire par exemple http://toutsepassecommesi.cafe-sciences.org/2015/10/01/quest-le-scientisme-et-quelles-questions-ne-pas-poser-en-recherche/#comment-26624

      Donc oui ayons une discussion qui ne relève pas du fantasme. Peut-être mêm puis-je attirer ici quelques collègues qui ne sont pas trop sur les réseaux sociaux d’habitude…

      • J’ajoute : un vrai débat informé est essentiel pour éviter de ne pas voir venir les problèmes (ce qu’on a souvent fait en informatique à mon avis) aussi bien que pour éviter de tout bloquer par réflexe irraisonné (ce qu’on a fait pour les OGM en grande partie).

    • « numero universel: c’est déjà le cas en Suède par exemple et ca n’a pas l’air d’avoir mené à une dictature effrayante. Surtout, ca peut se faire sans ADN, c’est pas pertinent dans cette discussion »

      On peut compter 7 pays d’Europe qui ont un identifiant des personnes physiques. Il y a aussi des pays qui ne peuvent pas en avoir de part leur loi fondamentales (Allemagne).
      Il y a une bonne étude du Sénat sur ce sujet : http://www.senat.fr/lc/lc181/lc181_mono.html

      Ce qu’il y a de différent avec le numéro universel tiré de l’ADN c’est que :
      – Il est porté systématiquement en permanence par les individus partout où ils vont.
      – Tout le monde à d’office un numéro. (toi par exemple je ne crois pas que tu ais un identifiant des personnes physiques Suédois, par contre tu as un numéro universel ADN).
      – Il est mondial. Ce numéro est le même en Italie, en France, aux États-Unis, à Daech.
      – Le numéro étant universel, le rapprochement de différentes bases-de-données ayant ce numéro donne une complétion (les informations s’ajoute les unes aux autres puisqu’on peu les relier), alors que pour les identifiants numériques nationaux le rapprochement de différentes bases-de-données ne donne rien sans une donnée de liaison.
      – On peut même ajouter qu’au sein d’une base de données, le numéro universel ADN permet tes liens familiaux avec d’autres personnes de la base de données.

      Du coup si ces informations tombent chez des individus mal intentionnés, ça fait bien mal.

      • Nicolas Robine

        Ah si, j’ai un numero universel suédois! (J’ai fait une partie de mes études à Goteborg)

    • A propos de la vitesse de séquençage, les progrès en cours permettent de passer apparemment à 2h30 pour déterminer une aneuploidie (trisomie 21 etc), avec l’espoir d’aller 10 fois plus vite :

      http://omicsomics.blogspot.ch/2015/12/minion-and-time-to-result.html

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