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 7.500 dólares em sua casa, passou dois meses a montar todo o processo e sequenciou o seu próprio genoma cinco vezes, desde a colheita oral, extração, processamento até à interpretação das variantes, fazendo tudo do início ao fim. Ele também alerta no texto que ainda estamos longe dos 2,7 mil milhões de dólares e dos 13 anos gastos no Projeto Genoma Humano, e que os primeiros resultados ainda não atingem o nível de diagnóstico necessário para decisões médicas.

(Contexto anterior: O que é a ciência descentralizada DeSci? Princípios de funcionamento, vantagens e desvantagens da introdução de DAOs, e organização dos setores promissores) (Contexto adicional: OpenAI lança modelo de biologia GPT-Rosalind: competências nucleares em genómica, engenharia de proteínas e química)

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• 6 governos gastaram 13 anos
• Processo extremamente complexo
• O genoma em si não é "magia"
• O ADN é uma referência estável, o ARN é o teu "eu" atual

Resumo

• Bradley Woolf, com formação em bioinformática, usou um sequenciador Oxford Nanopore MinION de 7.500 dólares para sequenciar o seu próprio genoma cinco vezes em casa, desde a colheita oral até à interpretação das variantes, tudo feito por ele.
• Comparação com o Projeto Genoma Humano: 2,7 mil milhões de dólares, 13 anos, e seis governos em conjunto; agora, uma pessoa pode replicar o processo em dois meses com o equipamento montado.
• Ele enfatiza que o genoma em si não é magia, apenas uma "camada de referência", que só ganha significado quando consultada em bases de dados como VEP, ClinVar, gnomAD, e que os primeiros resultados ainda não são de nível diagnóstico, não podendo ser usados para CRISPR.

Passando a zaragatoa pela boca, contra a mucosa interna da bochecha, raspar durante sessenta segundos. Em seguida, colocar a zaragatoa num tubo de centrifugação com tampão fosfato refrigerado, enviar para uma centrifugadora usada, a 2000 g. Retirar o sobrenadante, adicionar reagente de lise e proteinase K, deixar repousar até que a estrutura celular se desmonte. Isto parece um passo de experiência de biologia do secundário, mas o fim deste processo é um resultado completo de sequenciação do genoma humano. Quem produziu este resultado não foi nenhum laboratório, mas sim Bradley Woolf, que o publicou no seu blogue, tendo feito cinco vezes em sua casa.

6 governos gastaram 13 anos

Em 2003, o Projeto Genoma Humano foi oficialmente concluído. Foi um empreendimento internacional financiado por seis governos: EUA, Reino Unido, Japão, França, Alemanha e China, iniciado em 1990, que durou 13 anos, com um custo total de cerca de 2,7 mil milhões de dólares, envolvendo centros de sequenciação de nível nacional e milhares de investigadores.

Bradley Woolf não tem laboratório nem financiamento estatal. Ele tem um sequenciador Oxford Nanopore MinION do tamanho de uma palma da mão, de 7.500 dólares, mais um portátil a correr o software MinKNOW, uma GPU para processar os dados de sequenciação, um vórtex, um bloco de aquecimento e uma centrifugadora usada comprada no eBay. Demorou cerca de dois meses a montar e calibrar o sistema para obter resultados estáveis de alta qualidade.

O que seis governos fizeram em 13 anos, ele diz ter feito cinco vezes em casa, e esta comparação surpreendeu muita gente.

Processo extremamente complexo

A colheita é apenas o início. Após a lise celular, Bradley Woolf usou o kit de extração de ADN de alto peso molecular NEB Monarch, com pérolas magnéticas para separar o ADN das impurezas proteicas, e depois mediu a concentração com um fluorómetro Qubit para confirmar quanto ADN estava disponível para sequenciação. O protocolo padrão exige 1.000 ng de ADN; numa tentativa de prática, ele só conseguiu 13,9 ng, mas mesmo assim continuou.

Em seguida, reparar as extremidades do ADN e ligar os adaptadores de sequenciação, usando o kit de sequenciação por ligação ONT SQK-LSK114, com o módulo complementar NEBNext. Antes de carregar, verificar quantos poros ativos ainda restam na flow cell; o padrão oficial é que mais de 1.200 é excelente, 800 a 1.200 é utilizável, 500 a 800 é marginal, e abaixo de 500 não vale a pena. Após confirmar o número de poros ativos, adicionar a amostra, iniciar o MinKNOW, selecionar o modo de alta precisão ou ultra-alta precisão, e a máquina começa a ler a sequência de ADN em tempo real.

A sequenciação não é o fim; os sinais brutos têm de ser convertidos em bases pelo Dorado, transformando-se em sequências de A, T, C, G, depois usar o minimap2 para alinhar os fragmentos ao genoma de referência humano GRCh38, identificando diferenças em relação à versão padrão, e finalmente usar o Clair3 para a interpretação das variantes. Todo o processo, desde a colheita à análise, ele fez sozinho em casa, do início ao fim.

• Máquina principal: Sequenciador Oxford Nanopore MinION, 7.500 dólares
• Equipamento periférico: Portátil com MinKNOW, GPU para interpretação Dorado, vórtex (50 dólares), bloco de aquecimento (250 dólares), centrifugadora usada (400 dólares)
• Reagentes por sequenciação: Kit de extração de ADN NEB Monarch, Módulo complementar NEBNext, Kit ONT SQK-LSK114, Fluorómetro 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."

O que o sequenciador produz é apenas uma longa sequência estática de letras, que por si só não diz nada. A ação significativa acontece depois da sequenciação: inserir essa sequência em bases de dados como Ensembl VEP, ClinVar, gnomAD, PharmGKB para comparação e consulta, para saber se uma determinada variante está associada a risco de doença ou se um gene afeta o metabolismo de um medicamento específico. Ele próprio usou o PharmGKB para verificar a sua reação a certos medicamentos.

Mas ele traça uma linha clara. Os dados da primeira execução com MinION ainda não são de nível de diagnóstico; as variantes com cobertura insuficiente não podem ser consideradas verdadeiras. Ele escreve de forma direta: isto não é algo como "editar o próprio ADN com CRISPR só porque uma IA disse algo".

Ler o próprio ADN e tomar decisões com base nele são duas coisas completamente diferentes.

Se agora tivesses à tua frente um relatório completo do teu genoma, terias coragem de ajustar a medicação com base nas suas recomendações, ou pensarias primeiro na credibilidade desse relatório?

O ADN é uma referência estável, o ARN é o teu "eu" atual

A ambição de Bradley Woolf não é apenas terminar a sequenciação. Na sua opinião, o ADN é uma referência estável, o ARN é o estado em tempo real, e ambos, juntamente com dados de outros biossensores, serão eventualmente integrados num modelo sobre "ti próprio". Ele prevê que esta tecnologia se tornará tão comum como os telemóveis ou a IA, com os custos a diminuir exponencialmente, e que um dia qualquer pessoa poderá ver a expressão do seu ADN e ARN em tempo real.

Voltando ao mundo das criptomoedas, é exatamente isto que a "ciência descentralizada" DeSci tem vindo a defender nos últimos anos: devolver a investigação científica, a propriedade dos dados e a informação genómica das instituições para os indivíduos. Projetos como VitaDAO e BIO Protocol descentralizam a investigação biotecnológica e tokenizam o financiamento e a propriedade intelectual. O que Bradley Woolf faz é o passo mais básico e primordial deste caminho: nem sequer entrega o ato de sequenciação a instituições médicas, fazendo-o ele próprio em casa.

Perguntas frequentes

O sequenciador MinION é igual ao teste genético feito no hospital?

Não. O MinION é um equipamento de sequenciação portátil de nível de investigação; o próprio Bradley Woolf salienta que os primeiros resultados ainda não são de nível de diagnóstico, sendo diferentes dos testes genéticos hospitalares que seguem processos de validação clínica, não podendo substituir-se mutuamente.

É legal e seguro sequenciar o próprio genoma em casa?

Sequenciar o próprio ADN não é ilegal, e os equipamentos e reagentes podem ser comprados abertamente, mas a interpretação dos dados requer conhecimentos especializados. Seguir o relatório para tomar medicamentos ou fazer edição genética implica riscos total e exclusivamente para o utilizador.