如何定序自己的DNA？他用超廉價成本在家完成

Bradley Woolf berlatar belakang bioinformatika, menggunakan sequencer Oxford Nanopore MinION seharga $7,500 di rumahnya, menghabiskan dua bulan untuk merakit seluruh alur kerja, menyelesaikan seluruh proses mulai dari pengambilan sampel mulut, ekstraksi, pemrosesan mesin hingga interpretasi varian, dan melakukan sekuensing sebanyak lima kali. Ia juga mengingatkan dalam artikelnya bahwa ini masih jauh dari $2,7 miliar dan 13 tahun yang dihabiskan oleh Proyek Genom Manusia, dan hasil pertama yang ia peroleh belum mencapai level diagnostik yang dapat digunakan untuk keputusan medis.
(Prasyarat: Apa itu sains terdesentralisasi DeSci? Prinsip kerja, kelebihan dan kekurangan memperkenalkan DAO, ringkasan jalur potensial)
(Latar Belakang: OpenAI meluncurkan model ilmu kehidupan GPT-Rosalind: memiliki tiga kemampuan inti genomik, rekayasa protein, dan kimia)

Daftar Isi Artikel

Toggle

• Enam pemerintah negara bagian menghabiskan 13 tahun
• Proses yang sangat kompleks
• Genom itu sendiri bukanlah "sihir"
• DNA adalah referensi yang stabil, RNA adalah dirimu saat ini

Ringkasan Inti

• Bradley Woolf berlatar belakang bioinformatika menggunakan sequencer Oxford Nanopore MinION seharga $7,500, menyekuensing genomnya sendiri lima kali di rumah, dari pengambilan sampel mulut hingga interpretasi varian dilakukan sendiri.
• Dibandingkan dengan Proyek Genom Manusia: $2,7 miliar, 13 tahun, dikerjakan oleh enam pemerintah bersama-sama; sekarang satu orang dapat meniru dengan merakit peralatan dalam dua bulan.
• Ia menekankan bahwa genom itu sendiri bukanlah sihir, hanya "lapisan referensi", yang bermakna hanya jika ditanyakan melalui basis data seperti VEP, ClinVar, gnomAD. Hasil pertamanya juga belum mencapai level diagnostik, tidak bisa digunakan untuk CRISPR hanya berdasarkan laporan.

Swab dimasukkan ke dalam mulut, menempel pada mukosa di dalam pipi, digosok bolak-balik selama enam puluh detik. Kemudian swab dimasukkan ke dalam tabung sentrifus yang berisi buffer fosfat dingin, dimasukkan ke dalam sentrifus bekas, dengan kecepatan 2000 g. Supernatan diambil, ditambahkan reagen lisis dan proteinase K, didiamkan hingga struktur sel terurai bersih. Ini terdengar seperti langkah percobaan biologi SMA, tetapi ujung dari alur ini adalah hasil sekuensing genom manusia yang lengkap. Hasil ini bukan dari laboratorium mana pun, melainkan konten yang diumumkan oleh Bradley Woolf di blognya sendiri, dan ia melakukannya lima kali di rumah.

Enam pemerintah negara bagian menghabiskan 13 tahun

Pada tahun 2003, Proyek Genom Manusia (Human Genome Project) resmi selesai. Itu adalah proyek internasional yang didanai bersama oleh enam pemerintah Amerika Serikat, Inggris, Jepang, Prancis, Jerman, dan China, dimulai pada tahun 1990, menghabiskan 13 tahun penuh, dengan total biaya sekitar $2,7 miliar, menggunakan pusat sekuensing nasional dan puluhan ribu peneliti.

Bradley Woolf tidak memiliki laboratorium, tidak memiliki dana negara. Yang ia miliki hanyalah sequencer Oxford Nanopore MinION seukuran telapak tangan seharga $7,500, ditambah laptop yang menjalankan perangkat lunak MinKNOW, sebuah GPU untuk memproses data sekuensing, sebuah vortex mixer, sebuah blok pemanas, dan sebuah sentrifus bekas dari eBay. Perakitan dan penyesuaian memakan waktu sekitar dua bulan sebelum seluruh sistem dapat menghasilkan hasil berkualitas tinggi secara stabil.

Enam pemerintah negara bagian membutuhkan 13 tahun untuk menyelesaikan apa yang ia lakukan di rumah sebanyak lima kali. Perbandingan ini membuat banyak orang terkejut.

Proses yang sangat kompleks

Pengambilan sampel hanyalah titik awal. Setelah lisis sel selesai, Bradley Woolf menggunakan kit ekstraksi DNA molekul tinggi NEB Monarch dengan manik-manik magnet untuk mengambil DNA dari kotoran protein, lalu mengukur konsentrasi dengan fluorometer Qubit untuk mengetahui berapa banyak DNA yang bisa dikirim untuk sekuensing. Prosedur standar membutuhkan 1.000 ng DNA, tetapi dalam satu latihan ia hanya mendapatkan 13,9 ng, namun tetap melanjutkan.

Selanjutnya adalah perbaikan ujung DNA dan pemasangan adaptor sekuensing, menggunakan kit sekuensing ligasi ONT SQK-LSK114 dengan NEBNext Companion Module. Sebelum loading, periksa berapa banyak pori aktif yang tersisa di flow cell. Standar resmi: lebih dari 1.200 pori dianggap baik, 800–1.200 dapat digunakan, 500–800 batas, di bawah 500 tidak perlu dijalankan. Setelah konfirmasi jumlah pori, tambahkan sampel, jalankan MinKNOW, pilih mode akurasi tinggi atau sangat tinggi, dan mesin mulai membaca urutan DNA secara real-time.

Sekuensing selesai bukan berarti berakhir. Sinyal mentah harus diproses dengan Dorado untuk base calling, diubah menjadi rangkaian A, T, C, G, lalu gunakan minimap2 untuk memetakan fragmen kembali ke genom referensi manusia GRCh38, menemukan perbedaan dari versi standar, dan akhirnya gunakan Clair3 untuk memanggil varian. Seluruh alur, dari pengambilan sampel hingga analisis, ia lakukan sendiri dari awal hingga akhir di rumah.

• Mesin inti: Sequencer Oxford Nanopore MinION, $7,500
• Peralatan periferal: Laptop untuk menjalankan MinKNOW, GPU untuk menjalankan Dorado, vortex mixer ($50), blok pemanas ($250), sentrifus bekas ($400)
• Reagen sekuensing satu kali: Kit ekstraksi DNA NEB Monarch, NEBNext Companion Module, kit ONT SQK-LSK114, fluorometer Qubit, manik-manik AMPure XP

Genom itu sendiri bukanlah "sihir"

Bradley Woolf mengatakan, "Genom itu sendiri bukanlah sihir, ia adalah lapisan referensi (reference layer)."

Yang dikeluarkan mesin sekuensing hanyalah urutan huruf statis yang panjang; tidak memberi tahu apa pun dengan sendirinya. Tindakan yang benar-benar berarti terjadi setelah sekuensing: masukkan urutan ini ke basis data seperti Ensembl VEP, ClinVar, gnomAD, PharmGKB untuk perbandingan dan pencarian, baru bisa diketahui apakah suatu varian terkait dengan risiko penyakit, atau apakah segmen gen tertentu mempengaruhi metabolisme obat tertentu pada dirimu. Ia sendiri pernah mengecek PharmGKB untuk mengetahui reaksi terhadap obat mana yang mungkin berbeda dari orang lain.

Namun ia juga menarik garis yang jelas. Data yang dihasilkan dari MinION pertama kali belum mencapai level diagnostik; varian dengan kedalaman cakupan yang tidak mencukupi tidak bisa dianggap benar. Ia menulis lebih langsung, ini sama sekali bukan soal "mengedit diri sendiri dengan CRISPR hanya karena suatu AI mengatakan sesuatu".

Membaca DNA sendiri dan mengambil keputusan berdasarkan itu adalah dua hal yang sangat berbeda.

Jika sekarang di hadapanmu terdapat laporan genom lengkap milikmu sendiri, beranikah kamu menyesuaikan pengobatan berdasarkan saran di atasnya, atau kamu akan berpikir dulu seberapa kredibel laporan itu?

DNA adalah referensi yang stabil, RNA adalah dirimu saat ini

Ambisi Bradley Woolf tidak hanya berhenti setelah sekuensing. Menurutnya, DNA adalah referensi yang stabil, sedangkan RNA adalah keadaan real-time saat ini. Keduanya, ditambah data dari biosensor lain, pada akhirnya akan diintegrasikan menjadi model tentang "dirimu sendiri". Ia memperkirakan teknologi ini akan menjadi umum seperti ponsel atau AI, biaya sedang menurun secara eksponensial, dan suatu hari nanti siapa pun dapat melihat ekspresi DNA dan RNA mereka secara real-time.

Jika kita kembali ke dunia kripto, inilah yang dibicarakan oleh "sains terdesentralisasi" DeSci (Decentralized Science) selama beberapa tahun terakhir: mengembalikan penelitian ilmiah, kepemilikan data, dan informasi genom dari institusi ke individu. Proyek seperti VitaDAO, BIO Protocol melakukan desentralisasi penelitian bioteknologi, mentokenisasi pendanaan dan kekayaan intelektual. Yang dilakukan Bradley Woolf adalah langkah paling dasar dan paling mentah dari jalur ini: bahkan tindakan sekuensing tidak diserahkan ke institusi medis, ia melakukannya sendiri di rumah.

Pertanyaan Umum

Apakah sequencer MinION sama dengan tes genetik yang dilakukan di rumah sakit?

Berbeda. MinION adalah peralatan sekuensing portabel tingkat penelitian; Bradley Woolf sendiri menekankan bahwa hasil pertamanya belum mencapai level diagnostik. Ini berbeda dengan tes genetik yang dikirim ke rumah sakit dengan proses validasi klinis, dan tidak dapat saling menggantikan.

Apakah legal dan aman menyekuensing genom sendiri di rumah?

Sekuensing DNA sendiri tidak melanggar hukum, peralatan dan reagen dapat dibeli secara terbuka, tetapi interpretasi data memerlukan pengetahuan profesional. Menggunakan obat atau mengedit gen berdasarkan laporan secara gegabah, risikonya sepenuhnya ditanggung oleh pengguna sendiri.