La multiomique est la prochaine étape de la biotechnologie

La révolution génomique

La plupart des progrès en médecine et même en agriculture au cours des deux dernières décennies ont été réalisés grâce à la révolution génomique. En connaissant la constitution génétique des organismes vivants, les scientifiques peuvent trouver de nouvelles cibles thérapeutiques, de nouvelles façons d’optimiser la production de matériaux précieux et même commencer à modifier le génome lui-même, grâce à l’édition génétique. Cela devient maintenant une grosse affaire, avec la première thérapie d'édition génique approuvée (Casgevy) au prix de 2.2 millions de dollars.

Le moteur de cette révolution est la compréhension beaucoup plus approfondie des processus biologiques grâce au séquençage du génome. Pourtant, le génome constitue un ensemble de données plutôt rudimentaire. C’est un peu comme un dictionnaire complet, avec « l’orthographe » exacte de chaque protéine d’une cellule. Mais une cellule vivante ressemble davantage à un roman complet, dans lequel la manière dont les « mots » (l’ARN et les protéines) sont disposés est bien plus pertinente.

De la génomique à la multiomique

La complexité même d’une seule cellule, et plus encore d’un corps humain complet, est la raison pour laquelle des méthodes analytiques plus avancées que la génomique sont nécessaires. Et il y en a beaucoup :

• Transcriptomique: l'analyse de l'ARNm.
• Proteomics: l'analyse des protéines, y compris la modification des protéines avec des sucres (« post-traductionnelle »).
• Métabolomique: l'analyse des composés chimiques et du métabolisme.
• Épigénomique: la modification du génome sans affecter la séquence génétique, ou « épigénétique ».
• Microbiome: l'analyse de tous les microbes vivant à l'intérieur ou sur le corps.
• Multiomique unicellulaire: l'analyse multiomique sur des cellules individuelles.
• Biologie spatiale: analyser en 3D la localisation d'ARNm, de protéines ou de cellules spécifiques.

Ces méthodes analytiques sont souvent bien plus complexes que la « simple » génomique. Chacun peut et devrait idéalement être combiné avec l’autre pour donner une meilleure image de la complexité réelle d’un organisme vivant.

Lorsqu’ils sont combinés, ils permettent «multiomique» analyse.

Une explosion de données multiomiques

Proteomics

La capacité d’analyse des protéines a augmenté de plusieurs ordres de grandeur en l’espace d’une décennie seulement.

Comme le montre ce graphique d'ARK Invest (avec une échelle logarithmique), des centaines de milliers de protéines peuvent désormais être analysées en une heure, avec des méthodes protéomiques capables de distinguer jusqu'à 10,000 1,000 protéines par échantillon. Le coût par échantillon a également diminué régulièrement, passant de 2011 100 dollars en 2023 à seulement 23 dollars en XNUMX, soit une baisse de XNUMX % par an.

Source: ARK Investir

Cela a radicalement accéléré les découvertes de biomarqueurs du cancer et le développement de thérapies de précision, un sujet que nous avons étudié en profondeur dans «Traiter les personnes incurables avec des thérapies de précision : une opportunité de 4 XNUMX milliards de dollars ? ».

Transcriptomique

Les ARNm sont le « manuel d’instructions » du « dictionnaire » du génome. La forme et la quantité d’ARNm déterminent en réalité la manière dont le gène est exprimé et utilisé dans la cellule.

Le problème des premières transcriptomiques était qu’elles devaient analyser au moins des milliers de cellules à la fois, voire des millions. Cela efface tous les détails des modifications de l’ARNm qui étaient transitoires dans le temps ou trop localisées.

Cela a changé avec la possibilité d’analyser l’ARN unicellulaire, révolutionnant notre compréhension du cancer. Grâce à cela, nous pouvons comprendre exactement quel gène est responsable du cancer et quel sous-type de cellule est réellement responsable du cancer.

Source: ARK Investir

Autres -Omics

Bien que plus récentes, les autres méthodes d’analyse ne sont pas moins prometteuses.

Biologie spatiale permet l'analyse de cellules individuelles et la manière dont différentes cellules et ARN ou protéines interagissent les unes avec les autres. En temps réel si nécessaire. Cela ouvre des champs de recherche scientifiques entièrement nouveaux, ce dont nous avons discuté plus en détail dans notre article «Biologie spatiale : Nanostring contre 10x Génomique ».

Microbiome permet d’utiliser les bactéries présentes dans notre intestin ou sur notre peau pour de nouvelles méthodes thérapeutiques. Par exemple, les troubles du spectre autistique ont récemment été associés au microbiome intestinal. Ce qui correspond à «des études démontrant les bénéfices à long terme sur les symptômes de l'autisme et le microbiote intestinal grâce à la thérapie de transfert de microbiote ».

Épigénomique pourrait devenir la prochaine étape des thérapies de précision, avec la possibilité d’affiner l’expression des gènes des cellules cancéreuses, par exemple.

Source: National Library of Medicine

Le « rajeunissement épigénétique » est également une possibilité pour inverser le vieillissement, une des méthodes évoquées dans notre article «Le vieillissement fait partie de la vie – cela ne veut pas dire que nous ne pouvons pas nous battre ».

Des IA pour aider à traiter les données multiomiques

La baisse des coûts et l'augmentation des capacités d'analyse multiomique se traduisent par un afflux de données sans précédent. Il devient rapidement impossible pour un chercheur de trier manuellement ces données pour en extraire les éléments pertinents.

Heureusement, la révolution multiomique est en cours alors que l’IA devient de plus en plus performante.

L’IA, l’apprentissage automatique (AI/ML) et l’automatisation alimentent déjà la découverte de médicaments. Cela en soi devrait contribuer à réduire considérablement le coût de la découverte de médicaments, grâce à la bibliothèque de criblage par IA de médicaments existants et potentiels, et à la prédiction du résultat probable « in silico ». Cela seul pourrait accroître l’espace de thérapie de précision d’un taux de TCAC de 26 % au cours des sept prochaines années,
d’environ 820 milliards de dollars en 2023 à environ 4.5 2030 milliards de dollars en XNUMX.

Source: ARK Investir

Mais la découverte de médicaments n’est que la première étape. L’IA peut également être utilisée pour prédire les propriétés chimiques de nouvelles molécules ou protéines, comme l’outil d’IA »Graphormère distributionnel" de Microsoft.

Source: Microsoft

L’IA peut également prédire si une molécule sera toxique sans avoir à la tester sur des cellules vivantes ou des animaux. Il peut être associé à l'automatisation pour réaliser des expériences à grande échelle, notamment des simulations « d'organes sur puce » ou des expériences automatisées (manipulation automatisée de liquides, « invivomics » ou microsynthèse).

Enfin, l’intégration de l’IA et de l’informatique pourrait améliorer la conception des essais cliniques, avec davantage d’essais adaptatifs, davantage de biomarqueurs suivis, voire même des essais décentralisés.

Source: ARK Investir

Actions multiomiques

1. Biosciences du Pacifique (PacBio)

Créée quelques années après Illumina, leader du secteur du séquençage génomique, PacBio est depuis lors le plus petit acteur du secteur. Malgré sa taille réduite, l'entreprise maintient des équipements performants à un niveau élevé.

Il est également 8^th le plus grand avoir de l'ETF ARK Genomic Revolution.

PacBio a récemment acquis Omniome en 2021, lui conférant un avantage en précision pour la lecture de séquences génétiques très longues ou courtes. Cet avantage a été renforcé par la suite acquisition d'Apton pour 110 M$ en août 2023, également spécialisé dans la lecture courte et à haut débit (SR-HI).

Source: PacBio

Systèmes Onso de PacBio commencent maintenant à être expédiés aux clients, et son lancement a été décrit par la société comme le «meilleur départ dans l'histoire de PacBio». Il se spécialisera dans les séquences courtes, tandis que son système HiFi Revio sera capable de lire de longues séquences et de fonctionner 24h/7 et 1,300j/4, ce qui lui permettra de lire XNUMX XNUMX génomes humains complets par an (environ XNUMX/jour). Plus tard, le Revio HiFi sera remplacé par le système HT SBB, qui intégrera probablement la technologie Apton.

Pacbio s'attend à ce que les longues séquences se développent beaucoup plus rapidement que le marché plus large du NGS (Next-Generation Sequencing) et affirme que ses systèmes sont 10 fois plus précis que ceux de la concurrence.

Source: PacBio

Il est intéressant de noter que cela pourrait également réduire le coût total du séquençage du génome. Sans devenir trop technique, de courtes séquences doivent être réassemblées en un tout global. Ainsi, un génome à lecture courte de 500 $ peut rapidement nécessiter des analyses supplémentaires coûtant au total 1,500 XNUMX $ pour être réellement utile comme outil de diagnostic.

Ainsi, une analyse longue séquence Revio à 950 $ évite cette étape et s'avère moins chère pour une application de diagnostic.

L'accent mis par PacBio sur l'analyse de haute précision et de longues séquences devrait lui donner un avantage en matière de diagnostic pour les prochaines années. La direction de PacBio estime que cela pourrait faire passer sa pénétration du marché en génomique humaine de 5 % à 10 % actuellement et en oncologie (cancer) de 1 % à 5 %.

Bien que PacBio se concentre principalement sur sa concurrence vieille de plusieurs décennies avec Illumina, il pourrait également devoir faire face à Oxford Nanopore sur le marché du diagnostic/des séquences longues.

2. 10x technologie génomique

10x Genomics est leader en biologie spatiale, qui étudie le génome et le transcriptome en 3D, permettant de visualiser l'activité des gènes au niveau cellulaire voire intracellulaire.

L'entreprise a été fondée en 2012, avec parmi ses fondateurs Serge Saxonov, directeur R&D de la société de tests génomiques personnalisés 23andMe.

Il est également 12^th le plus grand avoir de l'ETF ARK Genomic Revolution.

10x Genomic s'est développé grâce à un mélange de R&D (1 milliard de dollars investis en R&D jusqu'à présent) et d'acquisitions pour se diversifier dans de nombreux domaines omics différents. Notamment, sa plateforme Visium pour la transcriptomique spatiale tissulaire a été obtenue grâce à l'acquisition de Spatial Transcriptomics en 2018.

C’est aussi ainsi que 10x Genomics acquerrait sa Xénium plateforme de visualisation unicellulaire en acquérant Readcoor et Cartana en 2020.

En 2020, il lancerait également la plateforme Chrome, mis à jour l'année suivante vers Chromium X, pour le séquençage de l'ARN unicellulaire.

Grâce à l'acquisition de Tetramer Shop en 2021, 10x Genomics lancerait également LARGEUR (Barcode Enabled Antigen Mapping) en 2022. Il permet aux chercheurs d’identifier en détail les composants du système immunitaire. Cela pourrait avoir un impact considérable sur la recherche sur l’immunité et les nouvelles maladies.

Chronologie des acquisitions 10x en génomique - Source : 10x Génomique

La société a également a remporté en septembre 2023 une victoire critique face à son principal rival, Nanostring. Nanostring est pour l'instant interdit de vendre ses instruments CosMx Spatial Molecular Imager (SMI) dans la plupart des pays de l'UE pour violation des brevets 10x Genomic.

Cela a conduit à l'annonce selon laquelle Nanostring dépose son bilan et explore des ventes potentielles en février 2024.

NanoString a accusé 10x Genomics d'avoir engagé des poursuites « dans le but apparent de réduire le paysage concurrentiel des différentes plateformes de biologie spatiale au détriment du bien public ».

Dans l’ensemble, la génomique 10x semble être en mesure d’établir une solide avance sur le marché de la biologie spatiale, y compris la transcriptomique unicellulaire et la cartographie des antigènes.

La société en est encore à ses débuts, un peu comme les débuts d’Illumina et de Pacific Biosciences. Pour l’instant, la biologie spatiale se limite au monde de la recherche académique et fondamentale. Mais comme de nombreuses biotechnologies, il pourrait un jour se généraliser, devenir peu à peu un outil médical, puis devenir un test de « routine ». Quoi qu’il en soit, le parc croissant de machines installées devrait stimuler les ventes de consommables et la croissance des revenus.