L’artéfact n’est ni sexy ni délicat, comme le dira Mallory Warner. Warner, qui travaille à la division de la médecine et des sciences du musée national d'histoire américaine du Smithsonian, contribue à la conservation de nombreuses archives d'articles qui ont, d'une manière ou d'une autre, modifié le cours de la science. Elle mentionne un analyseur d'ADN utilisé par les scientifiques du projet du génome humain (initiative phare qui a abouti au premier plan complet du matériel génétique d'un humain) et un film photographique issu d'une tentative des années 1970 de construire un gène d'insuline synthétique. Selon elle, de nombreuses pièces liées à la recherche en génétique sont des «choses scientifiques lourdes et de la taille d'un réfrigérateur».
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Le séquenceur de gènes d'ADN Roche 454 GS FLX +, fabriqué de 2005 à 2015, est en réalité un peu plus court qu'un réfrigérateur: il pèse plus de 500 livres, conformément aux spécifications officielles du produit. La machine Roche est également unique: il s'agissait du premier séquenceur de gènes de nouvelle génération à être vendu sur le marché. Il a utilisé une nouvelle technologie connue sous le nom de séquençage par synthèse pour séparer la séquence de bases comprenant le code génétique.
Même le plus petit organisme - trop petit pour être vu à l'œil nu - contient des centaines de gènes qui travaillent ensemble pour tout déterminer, de son apparence à sa réaction à la maladie. Ces gènes sont constitués de motifs alternés de bases. En lisant les modèles - un processus connu sous le nom de séquençage de gènes - les scientifiques peuvent en apprendre beaucoup sur le fonctionnement d'un organisme.
Les séquenceurs de nouvelle génération ont considérablement réduit les coûts et le temps nécessaires au séquençage des gènes. Bien que cela puisse sembler un titre ésotérique, sachez que le projet du génome humain a pris environ 13 ans et environ 3 milliards de dollars pour séquencer l’ensemble du génome humain, en s’appuyant largement sur une méthode connue sous le nom de séquençage de Sanger. Selon la société, une machine Roche 454 de nouvelle génération pourrait s’acquitter de cette tâche en dix jours, ce qui permettrait aux petites équipes de rassembler d’énormes quantités de données génétiques en beaucoup moins de temps.
Les séquenceurs Roche 454 ont été utilisés pour percer les mystères génétiques des fraises, des bactéries et des Néandertaliens; ils ont produit des données qui ont aidé les scientifiques à comprendre la résistance aux maladies dans les pays en développement; et, dans un cas mémorable, a diagnostiqué un jeune garçon américain dont l'état de santé a empêtré les médecins pendant des années.
Les séquenceurs Roche 454 ont été utilisés pour percer les mystères génétiques des fraises, des bactéries et des Néandertaliens; ils ont produit des données qui ont aidé les scientifiques à comprendre la résistance aux maladies dans les pays en développement; et, dans un cas mémorable, a diagnostiqué un jeune garçon américain dont l'état de santé a empêtré les médecins pendant des années.
Mais une des choses les plus intéressantes que Roche 454 ait faites est peut-être d’aider à assurer l’avenir du chocolat.
Il y a environ 25 ans, de nombreuses personnes sont devenues profondément préoccupées par l'offre mondiale de chocolat. Le chocolat tel que nous le connaissons - sous sa forme douce et délicieuse - est fabriqué à partir de fèves de cacao, qui sont le produit du cacaoyer Theobroma .
T. cacao est originaire d'Amérique centrale et d'Amérique du Sud, et les gens récoltent ses fèves depuis des siècles. Les Européens ont découvert le cacaoyer lors de leurs premiers voyages dans ce qu'ils appelaient le Nouveau Monde. Le produit naturel des fèves de cacao étant amer, les Européens ont commencé à mélanger du chocolat avec du sucre. Un engouement qui n'a pas encore pris fin. Le chocolat représente aujourd'hui un commerce de plusieurs milliards de dollars, dont la demande croissante provient de pays comme la Chine, l'Inde, la Russie et le Brésil.
Au Ghana, lors de la récolte du cacao, les gousses sont coupées, les graines et la pulpe sont évidées. (Smithsonian Archives Center, Musée national d'histoire américaine) Mais la demande émergente se heurte à des problèmes anciens. Pour accroître leur production, les cacaoyers ont été transplantés en Afrique de l’Ouest, où ils pouvaient pousser confortablement sous le climat tropical. Cependant, les cacaoyers prennent plusieurs années pour arriver à maturité et ils ne sont pas très productifs: un seul arbre produit assez de gousses pour produire une livre de chocolat par an.
Néanmoins, le problème le plus pressant semble être que ces arbres sont très sensibles aux maladies. À la fin des années 1980, un fléau dévastateur au nom fantaisiste - le champignon du balai de la sorcière - a commencé à fleurir sur des cacaoyers dans la région brésilienne de Bahia. Le balai de sorcière tire son nom des minuscules grappes de branches en forme de balai qui se forment sur les arbres infectés. En seulement dix ans, la production de chocolat de Bahia a chuté de plus de la moitié. Les scientifiques et les fabricants de bonbons ont été terrifiés à l'idée que le balai de sorcière - ou gousse gelée, un autre champignon dévastateur qui infecte les cacaoyers - atteindrait les fermes des pays de l'Afrique de l'Ouest, comme le Ghana, la Côte d'Ivoire et le Nigéria, qui abrite de nombreux exportateurs mondiaux de fèves de cacao. .
«Notre problème était que nous devions être en mesure de créer des arbres résistants au gel et au balai de sorcière avant que ces maladies ne se rendent en Afrique de l'Ouest», déclare David Kuhn, biologiste moléculaire à l'USDA à Miami. "Parce que si [cela] se produit, votre barre de chocolat sera de 35 $."
Si une barre de chocolat de 35 $ ne semble pas être une catastrophe, sachez qu'environ 6, 5 millions d'agriculteurs dépendent du chocolat pour leur subsistance et qu'un changement brutal du marché pourrait avoir des effets dévastateurs.
Les scientifiques de Miami étudiaient la possibilité de reproduire des arbres résistants aux maladies, mais la progression était lente. Kuhn explique que «la sélection des arbres est par nature un processus très lent. Vous devez faire une croix, polliniser les arbres à la main, prendre les cosses, prendre les graines, les planter, puis attendre trois à cinq ans pour que ces arbres fleurissent, puis vous pourrez les évaluer. En d'autres termes, il faut trois à cinq ans avant que les scientifiques puissent déterminer si une culture d'arbres donnée a été cultivée avec succès pour produire des haricots résistant aux maladies.
Howard Shapiro de la société Mars a réuni et dirigé une équipe mondiale de scientifiques pour séquencer le génome du cacao. (Smithsonian Archives Center, Musée national d'histoire américaine) En 2008, inspirée par l’essor de la technologie de séquençage, la société de confiseries Mars, Inc., sous la direction de Howard Shapiro, a accepté de verser 10 millions de dollars pour financer un projet multinational visant à séquencer l’ensemble du génome de T. cacao . Une copie complète pourrait accélérer le processus de sélection en permettant aux scientifiques et aux sélectionneurs d'identifier plus rapidement les gènes spécifiques qui protègent contre les maladies. Parce que l'arbre est tropical, un consortium multinational a évolué pour travailler sur le projet du génome du cacao. Une équipe au Costa Rica a échantillonné un T. cacao local. Le laboratoire de Kuhn à Miami a aidé à extraire le matériel génétique de la plante, puis l'a envoyé aux laboratoires où le matériel génétique a été traité et séquencé.
T. cacao est la «première grande usine que nous ayons jamais construite», explique Keithanne Mockaitis, ancienne directrice du séquençage à l'Université d'Indiana. Elle travaillait depuis quelques années avec le Roche 454 et d’autres séquenceurs de nouvelle génération, mais la taille et les détails du projet T. cacao en faisaient l’un de leurs projets les plus ambitieux à ce jour.
Elle a expliqué que Mars avait aidé les scientifiques, les éleveurs et les agriculteurs du monde entier à se rencontrer. «Nous organisions des conférences et parfois, ils invitaient en fait les obtenteurs africains de cacao. C'était merveilleux, car j'ai pu les rencontrer et comprendre ce qu'ils savent», déclare Mockaitis.
Les contacts avec les agriculteurs ont été inestimables, en partie parce que les données du projet seraient en source ouverte. Cela signifie que les résultats des scientifiques seraient mis à disposition gratuitement sur tout site Web pour tous ceux qui le souhaitent.
Le premier site Web public a vu le jour en 2010, avec un ensemble complet de résultats. Pendant trois années supplémentaires, l’équipe a travaillé à l’ajout de données et à la génération d’un génome plus complet. Elle a également publié un article en 2013. Bien que le chocolat ait encore des difficultés, Mockaitis estime que le génome est une première étape positive.
Il y a six ans, Peter Liebhold, président de la division du travail et de l'industrie du musée, a découvert le projet du génome du cacao alors qu'il cherchait des artefacts potentiels pour une grande exposition sur l'histoire des entreprises américaines. Il a été attiré par le projet open source car il représentait une approche novatrice et réussie du processus de recherche et développement.
«En pensant à la R & D, nous voulions dire que c’était important et qu’il était accompli de manières très différentes», déclare Liebhold. Il a lancé l’idée d’acquérir le séquenceur Roche 454 de l’Université d’Indiana, auquel on pourrait attribuer le fait d’avoir aidé à sauver du chocolat.
Bien que la machine ne soit plus utilisée et ait été remplacée par une technologie plus récente (le fabricant devait l’interrompre en 2015), il était audacieux de demander un séquenceur complet du gène. Au moment de leur apogée, les séquenceurs coûtent environ 700 000 $ (maintenant que la gamme de produits est en train de disparaître, vous pouvez en acheter un sur eBay pour beaucoup moins cher). «La joie de travailler chez Smithsonian réside dans le fait que vous pouvez faire des demandes déraisonnables aux gens», dit Liebhold.
Mockhaitis, originaire de Virginie et citant ses voyages d'adolescent au Smithsonian comme l'une des raisons pour lesquelles elle est devenue scientifique, a été ravie d'entendre parler de cette demande. Roche a accepté de payer pour que l'Université d'Indiana donne sa machine, l'envoie et la répare. Mockaitis avait déménagé dans un nouveau laboratoire, mais elle compléta le don avec des tubes à échantillons et des plaques de test de son laboratoire.
L'une des plaques offertes par Mockaitis, appelée plaque de test de picoteur, apparaît dans l'exposition, à côté d'une photo de producteurs de cacao et d'une réplique d'une gousse de cacao. Sur une photo, le séquenceur brille sur un fond sombre, ses surfaces soignées semblant bourdonner de fonction. Au-dessus de la photo se trouve un long couteau émoussé qu'un cultivateur de cacao pourrait utiliser lors d’une récolte. Le fossé entre les deux ensembles d'instruments est vaste, mais, comme le montre l'exposition, il peut être comblé.
«Cette [histoire] est particulièrement intéressante parce que c'est une histoire tellement globale», déclare Warner. «Nous avons des scientifiques partout en Amérique du Nord et le travail profitera aux agriculteurs d'autres régions du monde.»
Quant au séquenceur lui-même, il vit actuellement dans une boîte dans la réserve du musée. «C'était trop gros pour l'exposition, dit Warner, mais elle le montrera à qui le voudra, y compris, récemment, à un dirigeant de Roche en visite. Liebhold admet que la technologie «n’est plus à la pointe du progrès». Le séquenceur était essentiel au récit, mais il est déjà entré dans l’histoire.
La nouvelle exposition permanente «American Enterprise», qui s’est ouverte le 1er juillet au Musée national d’histoire américaine du Smithsonian à Washington, décrit le développement des États-Unis, d’un petit pays agricole dépendant à l’une des plus grandes économies du monde.
