如何定序自己的DNA？他用超廉價成本在家完成

Bradley Woolf, com formação em bioinformática, usou um sequenciador Oxford Nanopore MinION de US$ 7.500 em sua própria casa, passou dois meses montando todo o fluxo de trabalho e sequenciou seu próprio genoma cinco vezes, desde a coleta da amostra oral, extração, carregamento na máquina até a interpretação das variantes, fazendo tudo do início ao fim. Ele também alerta no artigo que isso ainda está longe dos US$ 2,7 bilhões e 13 anos queimados pelo Projeto Genoma Humano, e que os primeiros resultados obtidos ainda não estão no nível de diagnóstico para embasar decisões médicas.
(Contexto anterior: O que é a ciência descentralizada DeSci? Princípios de funcionamento, prós e contras da introdução de DAOs, análise de trilhas potenciais)
(Contexto complementar: OpenAI lança modelo de ciências da vida GPT-Rosalind: três competências principais em genômica, engenharia de proteínas e química)

Índice

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• Seis governos levaram 13 anos
• Processo extremamente complexo
• O genoma em si não é "magia"
• DNA é uma referência estável, RNA é você no presente

Resumo dos pontos principais

• Bradley Woolf, com formação em bioinformática, usou um sequenciador Oxford Nanopore MinION de US$ 7.500 e sequenciou seu próprio genoma cinco vezes em casa, desde a coleta oral até a interpretação das variantes, tudo feito por ele mesmo.
• Comparando com o Projeto Genoma Humano: US$ 2,7 bilhões, 13 anos, seis governos trabalhando juntos para concluir; agora uma pessoa pode replicar montando o equipamento em dois meses.
• Ele enfatiza que o genoma em si não é magia, é apenas uma "camada de referência", que só ganha significado com consultas a bancos de dados como VEP, ClinVar, gnomAD, e que o primeiro resultado ainda não é nível de diagnóstico, não dá para sair fazendo CRISPR com base no relatório.

O swab é inserido na boca, raspando a mucosa interna da bochecha por sessenta segundos. Em seguida, o swab é colocado em um tubo de centrífuga contendo solução tampão fosfato resfriada e enviado a uma centrífuga usada, a 2.000 g. O sobrenadante é retirado, adiciona-se reagente de lise e protease K, deixa-se em repouso para que desmonte a estrutura celular. Isso soa como um passo de experimento de biologia do ensino médio, mas o destino desse processo é um resultado completo de sequenciamento do genoma humano. Quem produziu esse resultado não foi nenhum laboratório, mas Bradley Woolf, que publicou em seu blog, tendo feito isso cinco vezes em sua própria casa.

Seis governos levaram 13 anos

Em 2003, o Projeto Genoma Humano (Human Genome Project) foi oficialmente concluído. Foi um empreendimento internacional financiado conjuntamente por seis governos: Estados Unidos, Reino Unido, Japão, França, Alemanha e China, iniciado em 1990, levando 13 anos inteiros, com um custo total de cerca de US$ 2,7 bilhões, mobilizando centros de sequenciamento de nível nacional e milhares de pesquisadores.

Bradley Woolf não tem laboratório, nem financiamento estatal. Ele tem um sequenciador Oxford Nanopore MinION do tamanho da palma da mão, custando US$ 7.500, além de um laptop rodando o software MinKNOW, uma GPU para processar os dados de sequenciamento, um agitador tipo vórtex, um bloco de aquecimento e uma centrífuga usada comprada no eBay. Ele levou cerca de dois meses para montar e ajustar todo o sistema até conseguir resultados estáveis e de alta qualidade.

O que seis governos levaram 13 anos para fazer, ele diz ter feito cinco vezes em casa. Essa comparação surpreendeu a todos.

Processo extremamente complexo

A coleta é apenas o começo. Após a lise celular, Bradley Woolf usou o kit de extração de DNA de alto peso molecular NEB Monarch, juntamente com pérolas magnéticas para extrair o DNA de uma mistura de impurezas proteicas, e depois mediu a concentração com um fluorômetro Qubit para confirmar a quantidade de DNA disponível para sequenciamento. O protocolo padrão exige 1.000 ng de DNA; em um treino, ele só conseguiu 13,9 ng, mas mesmo assim prosseguiu.

Em seguida, vem a reparação das extremidades do DNA e a ligação dos adaptadores de sequenciamento, usando o kit de sequenciamento por ligação SQK-LSK114 da ONT, juntamente com o Módulo Companheiro NEBNext. Antes de carregar a amostra, é necessário verificar quantos poros ativos restam na flow cell. O padrão oficial considera acima de 1.200 poros como excelente, 800 a 1.200 como utilizável, 500 a 800 como marginal, e abaixo de 500 não vale a pena prosseguir. Após confirmar o número de poros ativos, a amostra é adicionada, o MinKNOW é iniciado, seleciona-se o modo de alta precisão ou altíssima precisão, e a máquina começa a ler as sequências de DNA em tempo real.

O sequenciamento não é o fim. Os sinais brutos precisam primeiro ser processados com Dorado para a chamada de bases, convertendo-os em sequências de A, T, C, G, depois usa-se minimap2 para alinhar os fragmentos ao genoma de referência humano GRCh38, identificando onde diferem da versão padrão, e finalmente usa-se Clair3 para a chamada de variantes. Todo o fluxo, da coleta à análise, ele fez do início ao fim sozinho em casa.

• Máquina principal: Sequenciador Oxford Nanopore MinION, US$ 7.500
• Equipamentos periféricos: Laptop rodando MinKNOW, GPU rodando Dorado para chamada de bases, agitador vórtex (US$ 50), bloco de aquecimento (US$ 250), centrífuga usada (US$ 400)
• Reagentes para um único sequenciamento: Kit de extração de DNA NEB Monarch, Módulo Companheiro NEBNext, Kit de reagentes ONT SQK-LSK114, Fluorômetro Qubit, Pérolas magnéticas AMPure XP

O genoma em si não é "magia"

Bradley Woolf afirma: "O genoma em si não é magia, é uma camada de referência (reference layer)".

O que o sequenciador produz é apenas uma longa sequência estática de letras; ela não diz nada por si só. A ação realmente significativa ocorre após o sequenciamento: jogar essa sequência em bancos de dados como Ensembl VEP, ClinVar, gnomAD, PharmGKB para comparação e consulta, só então é possível saber se uma determinada variante está associada a risco de doença, ou se um determinado gene afeta a velocidade com que você metaboliza um medicamento específico. Ele mesmo consultou o PharmGKB para saber a quais medicamentos poderia reagir de forma diferente da maioria.

Mas ele também traça uma linha clara. Os primeiros dados gerados pelo MinION ainda não estão no nível de diagnóstico; variantes com cobertura insuficiente não podem ser consideradas verdadeiras. Ele escreve de forma ainda mais direta: isso definitivamente não é o tipo de coisa onde "só porque alguma IA disse algo, você vai editar a si mesmo com CRISPR".

Entender o próprio DNA e tomar decisões com base nele são duas coisas completamente diferentes.

Se agora você tivesse um relatório completo do seu genoma na sua frente, você ousaria seguir as recomendações para ajustar sua medicação, ou primeiro pensaria cuidadosamente sobre o nível de confiabilidade desse relatório?

DNA é uma referência estável, RNA é você no presente

A ambição de Bradley Woolf não é apenas sequenciar e pronto. Sua visão é que o DNA é uma referência estável, enquanto o RNA é o estado em tempo real do presente; ambos, juntamente com dados de outros biossensores, acabarão sendo integrados em um modelo sobre "você mesmo". Ele prevê que essa tecnologia se tornará tão difundida quanto celulares ou IA, com os custos caindo exponencialmente, e que um dia qualquer pessoa poderá ver instantaneamente a expressão de seu DNA e RNA.

Voltando ao universo cripto, é exatamente isso que a "ciência descentralizada" DeSci (Decentralized Science) vem defendendo nos últimos anos: devolver a pesquisa científica, a propriedade dos dados e as informações genômicas das instituições para os indivíduos. Projetos como VitaDAO, BIO Protocol estão fazendo a descentralização da pesquisa biotecnológica, tokenizando fundos e propriedade intelectual. O que Bradley Woolf está fazendo é o passo mais fundamental e original desse caminho: nem mesmo o ato de sequenciar é terceirizado para instituições médicas; ele faz em casa.

Perguntas frequentes

O sequenciador MinION é igual aos testes genéticos feitos em hospitais?

Não. O MinION é um equipamento de sequenciamento portátil de nível de pesquisa. O próprio Bradley Woolf enfatiza que os primeiros resultados não estão no nível de diagnóstico, sendo diferente dos testes genéticos enviados a hospitais com processos de validação clínica; não são intercambiáveis.

É legal e seguro sequenciar o próprio genoma em casa?

Sequenciar o próprio DNA não é ilegal, e os equipamentos e reagentes podem ser comprados abertamente, mas a interpretação dos dados requer conhecimento especializado. Tomar medicamentos ou fazer edição genética baseada em relatórios precipitadamente é de total responsabilidade do usuário.