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Issue
Med Sci (Paris)
Volume 35, Number 1, Janvier 2019
Page(s) 81 - 83
Section Forum
DOI https://doi.org/10.1051/medsci/2018306
Published online 23 January 2019

© 2019 médecine/sciences – Inserm

Une absorption qui fait du bruit : Illumina et PacBio

L’annonce du prochain rachat de Pacific Biosciences (PacBio) par le géant Illumina a pris par surprise le petit monde du séquençage d’ADN et suscité de nombreux commentaires [1]. La nouvelle est d’importance car PacBio était un des seuls concurrents sérieux d’Illumina ; cette absorption, si elle est confirmée (elle pourrait tomber sous le coup des lois antitrust), mettrait en effet Illumina dans une position quasi-hégémonique et aurait de multiples conséquences. Rappelons que l’entreprise est actuellement dominante sur le marché du séquençage d’ADN, au point que l’on oublie parfois qu’elle a encore quelques concurrents. Son point fort est le séquençage à très haut débit et à bas coût, soit moins de 1 000 dollars pour un génome humain lu à une redondance de 30 fois, pour ses machines les plus productives. Son point faible est la taille des lectures effectuées, environ 150 nucléotides (lectures courtes), ce qui est gênant tout particulièrement pour le séquençage de novo. La technologie mise au point par PacBio [2]1 permet au contraire des lectures beaucoup plus longues, jusqu’à une dizaine de kilobases, moyennant un coût qui diminue au fil des années mais est encore cinq fois supérieur à celui d’Illumina. Les deux approches sont donc complémentaires, et dans les grands centres de séquençage, on trouve souvent une batterie de machines Illumina et un ou deux appareils PacBio. L’incorporation de PacBio au sein d’Illumina permettrait d’intégrer les deux approches et sans doute d’accélérer l’amélioration de l’approche PacBio grâce aux capacités technologiques et financières d’Illumina. Le rachat se ferait moyennant une somme (1,2 milliards de dollars) qui représente presque le double de la capitalisation boursière actuelle de PacBio [1].

Un peu de recul

En fait, le monde du séquençage d’ADN ne se limite pas à ces deux entreprises, et un rapide tour d’horizon s’impose pour avoir une vision correcte des forces en présence. L’entreprise dominante est donc Illumina, spécialiste des machines très productives avec des lectures courtes, avec toute une gamme d’appareils dont le plus puissant, le NovaSeq 6000, peut fournir jusqu’à 6 térabases2 en deux jours, un chiffre d’affaires de près de trois milliards de dollars (avec un bénéfice net de 26 % de ce chiffre) et des milliers d’appareils installés à travers le monde. Sur le plan technique, il s’agit de séquençage par synthèse, après amplification par PCR (polymerase chain reaction). PacBio, avec un chiffre d’affaires d’un peu moins de cent millions de dollars (et un déficit presque équivalent), ne joue clairement pas dans la même cour malgré l’intérêt de sa technologie, qui repose sur la lecture de molécules uniques sans étape d’amplification grâce à des systèmes optiques très sophistiqués [2]. Une troisième entreprise, Oxford Nanopore Technologies (ONT), exploite, elle, un tout autre principe de séquençage : les molécules d’ADN sont lues alors qu’elles passent au travers de nanopores disposés sur une membrane [3] ().

→ Voir la Chronique génomique de B. Jordan, m/s n° 8-9, août-septembre 2017, page 801

Le taux d’erreurs est élevé (plus de 5 %), mais des lectures très longues sont possibles (plus de mille kilobases !). Le système est ultra-compact (de la taille d’une grosse clé USB) et bon marché (moins de 1 000 euros, mais en principe à usage unique). Le chiffre d’affaires de cette entreprise britannique (non cotée en bourse) est de l’ordre de 20 millions de dollars : c’est actuellement une niche player, une entreprise s’adressant à un marché de niche, qui a néanmoins une forte présence médiatique grâce à son principe original et à son adéquation pour des analyses sur le terrain, comme cela a été le cas lors de l’épidémie d’Ébola en Afrique de l’Ouest [4].

D’autres systèmes ont moins de présence médiatique, mais n’en sont pas moins solidement implantés : Thermo Fisher, qui a repris le système mis au point par Ion Torrent fondé sur le séquençage par synthèse, mais en utilisant une détection électronique et non optique [2]. Cela représente quelques centaines de machines principalement utilisées pour le séquençage clinique (séquençage de quelques dizaines ou centaines de gènes dans des échantillons tumoraux). Dans le même secteur, il faut mentionner Qiagen, qui commercialise un système de séquençage à visée clinique appelé Gene Reader, utilisant une technique proche de celle d’Illumina mais intégrée avec des kits de séquençage très complets. Il est difficile d’évaluer le nombre de systèmes installés, mais il est probablement de l’ordre de la centaine. Par ailleurs, certains acteurs ont disparu, comme 454 (premier acteur du secteur, racheté par Roche qui semble l’avoir laissé mourir), Helicos (pionnier du séquençage sur molécule unique, qui a fait faillite en 20123) et SOLiD, utilisant le séquençage par hybridation, racheté par l’entreprise Life Technologies elle-même rachetée par Thermo Fisher mais dont les appareils ne sont plus commercialisés. Mentionnons enfin Complete Genomics, qui s’était positionné sur le marché du séquençage à façon avec ses propres machines (séquençage par hybridation après amplification linéaire par une technique originale baptisée DNA nanoballs). Cette firme annonçait une montée en puissance très impressionnante, mais n’a pas trouvé son marché et a été rachetée en 2013 par le conglomérat chinois BGI (anciennement Beijing Genomics Institute) pour 118 millions de dollars, une misère…

BGI, parlons-en, justement. On connaît cet institut de génomique géant, implanté principalement à Shenzen (Chine) et intervenant dans de multiples domaines, depuis le séquençage à haut débit jusqu’aux porcs transgéniques en passant par la bioinformatique. Lors de sa création en 1999, il était équipé de machines occidentales (Molecular Dynamics Megabace, puis Illumina et Ion Torrent). Mais après l’achat de Complete Genomics en 2013, BGI a mis au point plusieurs modèles de séquenceurs fondés sur la technique des DNA nanoballs, notamment le BGISEQ500, et a tout récemment annoncé une machine haut de gamme, le MGISEQ-T7, qui pourrait produire jusqu’à 6 térabases de séquences par jour, soit un débit équivalent à celui de la machine Illumina NovaSeq 6000 mentionnée plus haut. Il convient d’être prudent, car une précédente tentative de BGI, le lancement en 2015 d’une plateforme haut de gamme appelée Revolocity (et censée concurrencer le système Illumina HiSeq 10X, haut de gamme de l’époque), s’était soldée par un flop retentissant avec l’abandon de sa commercialisation quelques mois plus tard. Mais les appareils BGISEQ 500 ont été comparés avec succès aux machines Illumina HiSeq et semblent présenter des performances équivalentes [5, 6]. Ils sont assez répandus en Extrême-Orient, avec près de 1 000 appareils déjà en place, principalement en Chine. Leur commercialisation en Europe est prévue, quelques machines y sont déjà installées, et le marché Nord-Américain n’est pas exclu à terme. S’agissant d’une méga-entreprise chinoise, il faut sans doute faire la part d’une certaine tendance à l’anticipation et au gonflement des performances annoncées, mais les équipes de l’Empire du Milieu ont montré leur capacité à progresser très rapidement, et BGI pourrait devenir un acteur important dans le marché mondial des systèmes de séquençage – il l’est déjà en Chine.

Un peu de prospective

L’absorption de PacBio par Illumina – si elle a bien lieu, ce qui semble très probable – devrait permettre l’intégration des deux approches (lectures courtes/lectures longues) qui est actuellement délicate en raison de la nécessité de combiner des informations provenant de deux systèmes très différents et fournissant les résultats dans des formats informatiques incompatibles. De plus, les moyens financiers et techniques d’Illumina devraient lui permettre d’accélérer l’évolution déjà en cours du système PacBio vers un débit plus important et un coût plus faible. Au total, Illumina, qui est déjà en position dominante, deviendrait quasiment imbattable avec une offre complète et bien intégrée. Cette acquisition, qui va coûter à Illumina un peu moins de deux fois son bénéfice annuel, est donc bien stratégique et susceptible d’assurer à la firme une domination durable du marché du séquençage – sauf surprise majeure. Dans ce paysage, les « petits » systèmes à visée clinique (Thermo Fisher, Qiagen) pourraient garder leur place, si du moins ils parviennent à évoluer assez vite pour garder leurs avantages (facilité d’emploi, adaptation poussée à des besoins spécifiques) tout en restant compétitifs au niveau des coûts.

Restent les inconnues. Quel est le devenir d’Oxford Nanopore Technologies ? L’entreprise fait depuis plusieurs années des efforts pour pénétrer sur le marché du séquençage de masse, avec des appareils qui regroupent plusieurs cellules de lecture (cinq pour le GridION, 48 pour le PromethION) de manière à atteindre (pour le PromethION) des débits comparables à ceux d’un système Illumina haut de gamme. Ces tentatives se heurtent à de nombreuses difficultés techniques et n’ont pas jusqu’ici donné de résultats très convaincants. On peut se demander si ONT ne ferait pas mieux de cultiver son marché de niche (appareils très bon marché, ultra-portables et permettant des lectures ultra-longues). À moins qu’un progrès décisif, la mise au point d’un nanopore beaucoup plus performant4, ne vienne changer la donne [7] ! ().

(→) Voir la Chronique génomique de B. Jordan, m/s n° 2, février 2018, page 161

Quant à BGI, il lui faudra sûrement batailler ferme pour s’imposer face à Illumina, et la guerre commerciale déclarée entre la Chine et les États-Unis ne va rien arranger. On peut prévoir que le prix des appareils venant de Shenzen sera très compétitif, mais encore faut-il que leurs performances, leur facilité d’emploi – et aussi leur service après-vente – soient à la hauteur. Restent enfin les « inconnues inconnues » : on peut échafauder des prévisions en tenant compte du fait que l’on sait que l’on ne sait pas – mais « on ne sait pas ce que l’on ne sait pas », et c’est de là que viennent les véritables surprises, souvent fort désagréables comme la taille maximum d’un tsunami (Fukushima) ou les défauts dans la procédure de test d’un réacteur (Tchernobyl)… Pas de catastrophe à prévoir dans notre domaine, mais on ne peut exclure l’irruption d’une approche inattendue qui se révèlerait bien plus efficace que tout ce qui existe aujourd’hui. Cela semble peu probable, mais sait-on jamais ? Les projets actuels prévoyant de séquencer toutes les espèces connues [8], et le rêve d’utiliser un jour l’ADN comme mémoire informatique [9] () montrent en tout cas que le marché du méga-séquençage n’est pas près de s’étioler…

(→) Voir la Chronique génomique de B. Jordan, m/s n° 6-7, juin-juillet 2018, page 622

Liens d’intérêt

L’auteur déclare n’avoir aucun lien d’intérêt concernant les données publiées dans cet article.


1

On trouvera une description succincte mais claire des différentes techniques dans la récente revue de Heather et Chain [2].

2

Soit plusieurs dizaines de génomes humains (6 gigabases chacun) lus avec une redondance de 30 fois (une térabase = 1 000 gigabases).

3

Mais dont la technologie est reprise par la firme chinoise Direct Genomics (http://www.directgenomics.com/) dont le fondateur n’est autre que He Jiankui, le « père » des jumelles génétiquement modifiées qui défraient (à juste titre) la chronique.

4

Les nanopores actuellement utilisés sont dérivés de structures biologiques et leurs dimensions ne permettent pas de lire réellement un seul nucléotide à la fois : le signal correspond à cinq ou six nucléotides, et il faut un traitement complexe du signal pour en déduire la séquence de l’ADN examiné [7].

Références

  1. https://www.genomeweb.com/sequencing/illumina-acquire-pacific-biosciences-12-billion#.W-mLpzGNyt9. [Google Scholar]
  2. Heather JM, Chain B. The sequence of sequencers: the history of sequencing DNA. Genomics 2016 ; 107 :1–8. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  3. Jordan B.. Séquençage d’ADN : l’offensive des nanopores. Med Sci (Paris) 2017 ; 33 :801–804. [CrossRef] [EDP Sciences] [PubMed] [Google Scholar]
  4. Quick J, Loman NJ, Duraffour S, et al. Real-time, portable genome sequencing for Ebola surveillance. Nature 2016 ; 530 :228–232. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  5. Patch AM, Nones K, Kazakoff SH, et al. Germline and somatic variant identification using BGISEQ-500 and HiSeq X Ten whole genome sequencing. PLoS One 2018 ; 13 :e0190264. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  6. Zhu FY, Chen MX, Ye NH, et al. Comparative performance of the BGISEQ-500 and Illumina HiSeq4000 sequencing platforms for transcriptome analysis in plants. Plant Methods 2018 ; 14 :69. [CrossRef] [PubMed] [Google Scholar]
  7. Montel F.. Séquençage de l’ADN par nanopores : résultats et perspectives. Med Sci (Paris) 2018 ; 34 :161–165. [CrossRef] [EDP Sciences] [PubMed] [Google Scholar]
  8. News at a glance. A bid to sequence all species. Science 2018; 362 :504–6. [Google Scholar]
  9. Jordan B.. L’ADN comme mémoire informatique ?. Med Sci (Paris) 2018 ; 34 :622–625. [CrossRef] [EDP Sciences] [PubMed] [Google Scholar]

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