Les mutations de l'ADN sont indispensables pour la diversification génétique et l'évolution des espèces mais elles provoquent aussi des maladies comme le cancer. Certaines résultent d'une exposition à des mutagènes (rayonnements ionisants, UV, radicaux libres, etc.) et d'autres, de dysfonctionnements de la réparation de l'ADN.
Comment les étudie-t-on ? Les expériences consistent à multiplier une population à partir d'une cellule « ancêtre » dont le génome comporte une mutation d'intérêt ou bien, à partir d'une cellule normale, en présence d'une molécule mutagène. Selon un procédé appelé « rétrécissement de population », une cellule descendante unique est ensuite prélevée après plusieurs générations. Le séquençage du génome de ces cellules permet d'identifier les mutations spontanées et de mesurer leur fréquence d'apparition.
Or ces accumulations de mutations sont longues et fastidieuses car les taux de mutation sont souvent très faibles. Typiquement, il faut compter 800 boîtes de Petri, avec une intervention humaine tous les 2 jours pendant plus de 6 mois !
Pour alléger ces contraintes, les équipes de l'Iramis et de Joliot ont développé un système d'automatisation des cultures utilisant la microfluidique.
Ils ont fabriqué par photolithographie des « micro-chambres de culture » reliées par des micro-canaux, comme dans un circuit en série. Par conception, il faut que la première chambre soit entièrement occupée par les descendants de l'ancêtre pour qu'une cellule « fille » unique puisse franchir le canal et accéder à la chambre suivante. Cette cellule se multiplie jusqu'à ce que sa propre descendance occupe à son tour l'intégralité de la 2e chambre, et ainsi de suite.
La puce dans son ensemble comprend huit réseaux en parallèle, permettant chacun de cultiver une lignée d'accumulation de mutations pendant un à trois mois, moyennant une intervention humaine minimale.
Elle a été testée avec succès par comparaison entre deux souches de levure Saccharomyces cerevisiae : l'une, avec une cellule de contrôle, et l'autre, avec une cellule présentant une déficience en matière de réparation de l'ADN.
Associé au séquençage à haut débit, ce nouveau système microfluidique ouvre la voie à des expériences à grande échelle qui pourront éclairer les processus mutationnels à l'origine de certaines maladies et permettront d'identifier les composés mutagènes intéressant la recherche médicale et environnementale.
Le séquençage à haut débit a été réalisé sur la plateforme de l'I2BC.