如何定序自己的DNA？他用超廉價成本在家完成

Bradley Woolf, spécialiste en bio-informatique, a utilisé un séquenceur Oxford Nanopore MinION à 7 500 $ chez lui. Il a mis deux mois à assembler l'ensemble du processus, et a séquencé son propre génome, du prélèvement buccal à l'extraction, en passant par la machine et l'interprétation des variants, cinq fois au total. Il souligne également dans son article que cela est encore loin des 2,7 milliards de dollars et des 13 ans brûlés par le Projet Génome Humain, et que les premiers résultats n'atteignent pas encore le niveau de diagnostic nécessaire pour prendre des décisions médicales.

(Contexte précédent : Qu'est-ce que la science décentralisée DeSci ? Principes de fonctionnement, avantages et inconvénients de l'introduction de DAO, et analyse des pistes prometteuses) (Contexte complémentaire : OpenAI lance le modèle de sciences de la vie GPT-Rosalind : doté de trois compétences fondamentales en génomique, ingénierie des protéines et chimie)

Table des matières

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• 13 ans pour six gouvernements
• Un processus extrêmement complexe
• Le génome lui-même n'est pas « magique »
• L'ADN est une référence stable, l'ARN est votre présent

Résumé

• Bradley Woolf, spécialiste en bio-informatique, a utilisé un séquenceur Oxford Nanopore MinION à 7 500 $ pour séquencer son propre génome cinq fois chez lui, du prélèvement buccal à l'interprétation des variants, le tout fait par lui-même.
• En comparaison avec le Projet Génome Humain : 2,7 milliards de dollars, 13 ans, l'effort conjoint de six gouvernements ; aujourd'hui, une personne peut le reproduire en deux mois avec un équipement assemblé.
• Il souligne que le génome lui-même n'est pas magique, juste une « couche de référence », qui n'a de sens que lorsqu'on interroge des bases de données telles que VEP, ClinVar, gnomAD, et que les premiers résultats ne sont pas encore de niveau diagnostique, on ne peut pas utiliser le rapport pour faire du CRISPR.

Il insère l'écouvillon dans la bouche, le longe sur la muqueuse intérieure de la joue, en raclant pendant soixante secondes. Puis il jette l'écouvillon dans un tube de centrifugation contenant une solution saline tamponnée refroidie, l'envoie dans une centrifugeuse d'occasion, à 2 000 g. Il prélève le surnageant, ajoute des réactifs de lyse et de la protéinase K, laisse reposer, attendant que la structure cellulaire soit décomposée. Cela ressemble à une expérience de biologie au lycée, mais le point final de ce processus est un résultat complet de séquençage du génome humain. Ce résultat ne provient pas d'un quelconque laboratoire, mais de la publication sur le blog de Bradley Woolf qui a fait cela cinq fois chez lui.

13 ans pour six gouvernements

En 2003, le Projet Génome Humain (Human Genome Project) a été officiellement achevé. C'était un projet international financé conjointement par six gouvernements (États-Unis, Royaume-Uni, Japon, France, Allemagne, Chine), lancé en 1990, qui a brûlé 13 ans et coûté environ 2,7 milliards de dollars, mobilisant des centres de séquençage nationaux et des milliers de chercheurs.

Bradley Woolf n'a pas de laboratoire, pas de financement national. Il a un séquenceur Oxford Nanopore MinION de la taille d'une paume, vendu 7 500 $, plus un ordinateur portable pour faire tourner le logiciel MinKNOW, un GPU pour traiter les données de séquençage, un vortex, un bloc chauffant, et une centrifugeuse d'occasion achetée sur eBay. L'assemblage et le réglage lui ont pris environ deux mois avant que l'ensemble du système ne produise des résultats de haute qualité de manière stable.

Ce que six gouvernements ont fait en 13 ans, il dit l'avoir fait cinq fois chez lui, ce contraste a beaucoup surpris.

Un processus extrêmement complexe

Le prélèvement n'est que le début. Après la lyse cellulaire, Bradley Woolf utilise le kit d'extraction d'ADN de haut poids moléculaire NEB Monarch, avec des billes magnétiques pour extraire l'ADN des impuretés protéiques, puis mesure la concentration avec un fluorimètre Qubit pour confirmer la quantité d'ADN pouvant être séquencée. Le processus standard nécessite 1 000 ng d'ADN ; lors d'un entraînement, il n'a réuni que 13,9 ng et a quand même essayé.

Ensuite, il répare les extrémités de l'ADN, ajoute des adaptateurs de séquençage, en utilisant le kit de ligature SQK-LSK114 d'ONT, avec le module compagnon NEBNext. Avant de charger l'échantillon, il vérifie le nombre de pores actifs dans la flow cell : officiellement, plus de 1 200 est excellent, 800 à 1 200 est utilisable, 500 à 800 est limite, moins de 500 ne vaut pas la peine. Après confirmation du nombre de pores, il ajoute l'échantillon, lance MinKNOW, choisit le mode haute précision ou ultra-haute précision, et la machine commence à lire la séquence d'ADN en temps réel.

Le séquençage n'est pas la fin : les signaux bruts doivent d'abord être interprétés par Dorado pour les bases, transformés en chaînes de A, T, C, G, puis alignés sur le génome de référence humain GRCh38 avec minimap2 pour trouver les différences, et enfin interprétés pour les variants avec Clair3. L'ensemble du processus, du prélèvement à l'analyse, il l'a réalisé seul chez lui.

• Machine principale : séquenceur Oxford Nanopore MinION, 7 500 $
• Équipements périphériques : ordinateur portable pour MinKNOW, GPU pour l'interprétation Dorado, vortex (50 $), bloc chauffant (250 $), centrifugeuse d'occasion (400 $)
• Réactifs par séquençage : kit d'extraction d'ADN NEB Monarch, module compagnon NEBNext, kit ONT SQK-LSK114, fluorimètre Qubit, billes magnétiques AMPure XP

Le génome lui-même n'est pas « magique »

Bradley Woolf dit : « Le génome lui-même n'est pas magique, c'est une couche de référence (reference layer). »

Ce que crache la machine de séquençage n'est qu'une longue chaîne de lettres statiques, qui ne vous dit rien par elle-même. Les actions véritablement significatives se produisent après le séquençage : en comparant cette séquence avec des bases de données comme Ensembl VEP, ClinVar, gnomAD, PharmGKB, on peut savoir si un variant est associé à un risque de maladie, ou si un gène affecte la vitesse de métabolisation de certains médicaments. Il a lui-même consulté PharmGKB pour savoir comment il pourrait réagir différemment à certains médicaments par rapport à la moyenne.

Mais il trace aussi une ligne claire. Les données obtenues avec le MinION la première fois ne sont pas encore de niveau diagnostique ; les variants avec une couverture insuffisante ne peuvent pas être pris pour argent comptant. Il écrit plus directement : ce n'est absolument pas le genre de chose où l'on « fait du CRISPR sur soi-même parce qu'une IA a dit quelque chose ».

Lire son propre ADN et prendre une décision à partir de cela sont deux choses complètement différentes.

Si vous aviez un rapport complet de votre propre génome devant vous, oseriez-vous ajuster vos médicaments en suivant les recommandations, ou réfléchiriez-vous d'abord à la crédibilité de ce rapport ?

L'ADN est une référence stable, l'ARN est votre présent

L'ambition de Bradley Woolf ne s'arrête pas au séquençage. Selon lui, l'ADN est une référence stable, l'ARN est un état en temps réel du moment, et ces deux éléments, combinés aux données d'autres biocapteurs, finiront par être intégrés dans un modèle de « vous-même ». Il prévoit que cette technologie deviendra aussi courante que les téléphones ou l'IA, les coûts baissant de manière exponentielle, et qu'un jour tout le monde pourra voir en temps réel l'expression de son ADN et de son ARN.

En replaçant cela dans la sphère crypto, c'est exactement ce que la « science décentralisée » DeSci (Decentralized Science) prône depuis quelques années : rendre la recherche scientifique, la propriété des données et les informations génomiques aux individus, en les retirant des institutions. Des projets comme VitaDAO, BIO Protocol font de la recherche biotechnologique décentralisée, tokenisant les fonds et la propriété intellectuelle. Ce que fait Bradley Woolf, c'est l'étape la plus basique et la plus primitive de cette voie : même l'action de séquençage n'est pas confiée à des institutions médicales, il la fait lui-même chez lui.

Questions fréquentes

Le séquenceur MinION est-il identique aux tests génétiques faits à l'hôpital ?

Non. Le MinION est un équipement de séquençage de niveau recherche et portable. Bradley Woolf souligne lui-même que les premiers résultats ne sont pas encore de niveau diagnostique, ce sont des choses différentes des tests génétiques soumis à l'hôpital avec un processus de validation clinique, et ils ne sont pas interchangeables.

Est-il légal et sûr de séquencer son propre génome chez soi ?

Séquencer son propre ADN n'est pas illégal, et l'équipement ainsi que les réactifs peuvent être achetés publiquement, mais l'interprétation des données nécessite une expertise professionnelle. Se fier imprudemment au rapport pour prendre des médicaments ou réaliser des modifications génétiques par CRISPR engage entièrement la responsabilité de l'utilisateur.