$2,000以下で自分のDNAをシーケンスする方法

 (maxlangenkamp.substack.com)
1 ポイント 投稿者 GN⁺ 2025-10-20 | 1件のコメント | WhatsAppで共有
  • DNAシーケンスのコストはムーアの法則よりも速い速度で低下している
  • Oxford Nanopore MinIONを使えば、約1,100ドルで自宅でもDNAをシーケンスできる
  • 実際の実験では採血、DNA抽出、ナノポアでのシーケンスなどの手順を踏んだ
  • 結果としてヒトゲノム全体の約13%しかカバーできず、汚染や機器の不具合などで解析は限定的だった
  • それでも、低コストで自分のDNAの一部をシーケンスする有意義な体験を得た

序論

  • DNAシーケンスのコストが急速に低下し、かつて23億ドルと13年を要したヒトゲノム解読を、現在ではOxford Nanopore（約1,000ドル）の機器だけで48時間以内に自分で試せるようになった
  • これまで不安定な第三者ベンダーに試料を送る必要があったが、本記事では自前の実験室がない環境でシーケンスを試みた

DNAシーケンス工程の概要

  • 目標は、10mlの血液からA, C, G, Tで構成されるヒトゲノム配列（約30億塩基）を得ること
  • 全体の手順は以下のとおり
    • 採血
    • 血液からヒトDNA抽出
    • 抽出したDNAを電気的手法でOxford Nanopore装置に通し、各塩基を判読する

DNAシーケンスの簡潔な歴史

  • Sanger時代（1960〜2003年）：アナログベース、手作業中心で非常に遅い処理
    • 欠陥のあるヌクレオチドを利用してDNA複製を停止させ、各断片を電気泳動で分離した後、バーコードのように読み取る
    • ヒトゲノム解読には13年と23億ドルがかかった
  • Illumina時代（2005〜2010年代）：並列化と自動化
    • 合成ベースのシーケンス方式を導入し、処理速度と効率が大きく改善された
  • 単一分子シーケンス時代：
    • 電気的ナノポアを通じてDNA塩基を直接読み取るため、断片化する必要がない
    • 今回の実験でもこの方式を使用した

必要な機器とコスト

  • Oxford Nanopore MinIONスターターキット（1,000ドル）：USB接続のシーケンサー、フローセル、調製用の試薬が含まれる
  • Zymo DNA抽出キット（無料サンプル）
  • ミニ遠心機（Amazon、50ドル）
  • 実験用消耗品（Eppendorfチューブ、ランセット、ピペットなど、50ドル）
  • 合計約1,100ドル

実験手順の詳細

Step 1: 採血

  • 約200㎕（0.2ml）の血液が必要で、細いランセットでは十分な量が取れないため、指先を繰り返し刺して採血した

Step 2: DNA抽出

  • 血液には、DNAをほとんど含まない赤血球などの不純物が多い
  • 白血球からDNAのみを分離する必要があり、Zymoキットの酵素と遠心フィルターを使って実施した
  • Nanopore準備キットのアダプター付加工程も行った

Step 3: Nanoporeでシーケンス

  • 調製したDNAをMinIONの小さなポートに注入し、USBで接続した
  • MinKNOWソフトウェアがリアルタイムベースコールを行い、電気信号をニューラルネットワークアルゴリズムでA、T、C、Gに予測変換する

結果と制約

  • 合計約1ギガベース分のデータを2回シーケンスすることに成功した（ヒトゲノムの約30億塩基のうち約13%）
  • 1回目の実験はハードウェアエラーで中断し、フローセルの不具合（2048個中623個のポアのみ作動）
  • 25%で細菌などの汚染が確認された
  • **SNP（単一塩基多型）**解析には複数回の繰り返しシーケンスが必須だが、ほとんどの塩基配列は重複なく1回しか読み取られなかった
  • それでも1,100ドルの低コストで、ヒトゲノムの一部をシーケンスした有意義な経験を得られた

謝辞

  • 本実験に参加してくれた友人たちに感謝を伝える

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1件のコメント

 
GN⁺ 2025-10-20
Hacker Newsの意見

  • まだ「ナノポアシーケンシングの時代」に入ったとは言いがたく、依然として主流は合成ベースのシーケンシング方式である

    • ゲノムを切断して小さな断片にし、それを基準に再構成しなければならないが、この過程でさまざまな問題が発生する
    • ナノポアシーケンシングはエラー率が高く、臨床現場では依然として合成ベースが使われている（特にIlluminaはここ10年で技術的に卓越している）
    • それでもナノポア装置は小型で安価なので魅力的であり、エラー率は反復シーケンシングである程度克服できる
    • 合成ベース技術で信頼できる業者を使えば、1000ユーロまたはドル以下で全ゲノムを30倍カバレッジでシーケンシングできる。180ドルのものも見たが、信頼性はよく分からない
    • ヒト全ゲノムならナノポアはまだ時期尚早だが、プラスミドシーケンシングのような用途ならすでに非常に有用である
      • 私は業界関係者でなくても、大学でチューブだけ預ければ翌朝メールで結果を15ドルで受け取れるが、これらはすべてナノポアベースのワークフローのおかげである
    • エラー率は反復シーケンシングで補えるが、ときどきエラーが相関を持つこともある
    • 全体的に短鎖シーケンシングのほうがはるかに費用対効果が高く、私たちのスタートアップでもIlluminaで細胞株のQCをしているが260ドルしかかからない
    • シーケンシング方式は目的次第で、NAOでは下水中の多様なウイルスを検出するためにIlluminaの大型フローセル（25B）で安価にシーケンシングしている
      • ただし、鼻腔スワブのように標的ウイルスが多い場合は、長いリード長と安いRun Costのおかげでナノポアのほうが適している
    • 短鎖リード向けの臨床シーケンシングはすでに十分確立されており、ナノポアがこれを置き換える理由はない
    • 臨床現場の未来は中〜大規模の変異検出にあり、この分野はまだ十分に解明されていないため、ナノポアは研究や希少疾患診断で多く使われている
    • SBS（合成ベースシーケンシング）は非常に信頼できるが、市場シェアが大きいからといって技術進歩が止まったわけではない
      • シーケンシングの革新はML、RNA-DNA同時解析、長短リードの組み合わせなどで起きている
    • 実際、診断ラボでもナノポア技術はますます使われており、前処理コストが安く、qPCR並みの感度も出る
      • さらにメチル化など、より多様な情報も提供する
      • 最近はナノポアを用いた急性白血病分類の論文もある 論文原文
      • 時間についてはやや誇張があるが、診断では「ちゃんと機能する」ことが重要である

  • このアイデア（記事）は興味深かったが、装置の問題と、一度試してすぐ諦めてしまった点にはやや失望した

    • フローセルで最初から動作する孔が623個しかないというが、これが普段からあることなのか気になる。きちんと試した事例をもっと探したい
    • 実際、私も似たようなことを試したことがあり、血液ではなく唾液を使い、QiagenキットでDNAを抽出した
      • 私のナノポアフローセルはほぼすべての孔が正常に動作したので、たぶん論文の事例は保存方法の問題だったのだろう
    • 扱い方によって活性孔の数は変わりうる。私の経験では、サンプル準備次第で非活性孔が大量に生じる
      • サンプルが適切に準備されていないと、孔が詰まったり活性が落ちたりする
      • 以前Oxford Nanoporeのデータを解析したとき、サンプル準備の腕によって品質があまりに違い、誰が準備したかをデータだけで見分けられた
      • 著者たちの「ガレージ」で準備したサンプルの品質は低かっただろうと予想する
      • ちなみに、車から電源供給する移動型シーケンシング実験室を作った同僚もいた
      • その同僚が経験した最大の技術的ボトルネックもサンプル準備で、計算処理のほうはそれほど難しくなかった
    • 活性孔が少ないことを「正常」とは言えないが、かなり頻繁に起こる現象ではある
      • NGS作業中の経験では、フローセル全体の1/4が不良だった。ONTにはセルの自己テストに失敗した場合の交換ポリシーもあった
    • サンプルによるが、普通は1200個以上の活性孔があり、少なくとも800個は保証される
      • なので今回のケースでは返金を求めてみる価値がある
    • この事例は「実際にやってみるとどうなるか」を示した点が面白かった
      • ゲノム系譜学に少し経験があるが、技術的問題が多いだろうとは予想していた

  • NebulaやDanteのような業者は、おおよそ300ドル程度で30xまたは100xカバレッジの全ゲノムシーケンシングを提供している

    • 実際のところ、1000ドルゲノムシーケンシングは10年前にすでに実現していた
    • Nebulaを調べたことがあるが、Meta、Microsoft、Googleにゲノムデータを渡したとして集団訴訟の対象になっている
      • Subredditにも、キットを送ったあと何年も結果を受け取れていない例が多い
      • シーケンシング品質やDTC（直接消費者向け）ゲノムデータの偽陽性率などの問題もあり、23andMeでも似たような事件があったので、民間企業に自分のゲノムを送るのは気が進まない
    • DanteLabs規模の全ゲノムシーケンシングの最安値は399ユーロ（466ドル）である DanteLabs商品リンク
    • 2,000ドルにはDNA抽出装置とシーケンサー本体が含まれており、Nebulaなどで使われているシーケンサーは100万ドルを超える装置である可能性が高い
      • もっと安くしたいなら、WGSの代わりにエクソームシーケンシングや、場合によっては単純なジェノタイピングも可能である
      • すでに100ドルWGSを実現している業者がいるかもしれない
    • それでも本質的には、誰か（企業）が自分のゲノムデータの所有権を持つことになる
      • 正当な利益関係という名目で何でもできてしまうし、その会社がハッキングされたり売却されたりするリスクもすでに現実になっていた
    • 1000ドルというのは「規模の経済の価格」である
      • 一定量以上を大量処理すると可能になる価格帯だ

  • mynucleus.comでは、頬の綿棒だけで500ドルで全ゲノムシーケンシングが可能である（割引コードsavraj10使用で10%オフ）

    • 血液不要で、2,000種類以上の疾患リスクを提供し、配偶者も検査すれば将来の子どもの予測も可能である
    • 新たな資金調達の知らせもまもなく発表予定で、生データのダウンロードをサポートし、SOC2およびHIPAA準拠のセキュリティも保証している
    • 一方で、23andMeで起きた個人情報流出のように、もしNucleusが倒産した場合にゲノムデータが第三者に売られるのをどう防げるのか気になる
      • ホームページにはデータプライバシー面での差別化があまり見当たらない
      • Nucleusも「データを売らない」と主張しているが、23andMeもそうだった
      • 根本的には、どの会社であってもこの点で完全な信頼を与えるのは難しいのが現実だ
      • 3,000ドル節約できるという理由だけでNucleusにゲノムを預けるのは慎重に考えるべきだ
    • 私としては、自分のゲノムをシーケンシングすること自体よりも、第三者に信頼を委ねることのほうが負担が大きい
      • 記事で言及された13%カバレッジでは、どんなゲノム解析にも役に立たず、タイトルは誇張である
    • どの程度のカバレッジが出るのか気になる
    • 以前は非常に高価だったか、一般人は利用すらできなかったサービスが、今は500ドルで可能だということに驚く
    • Moneroで支払えるのか気になる

  • 私はNebula（今はリブランドされてより高くなった）を使って家族のゲノムもシーケンシングしたが、かなり簡単に進められた

    • 「Lifetime」プランでFASTQファイルをR2バケットに保存している。Nebulaは250ドルに月額50ドルのサブスクリプションがあるが、すぐ解約できる
    • 私のVCFファイルはこちらで見られる
      • 特定の変異（rs104894396）についてはLLMに入れて解析したり、SNPediaで調べたりできる
    • 実際に妻とキャリアスクリーニングも行ったが、Nebulaではなく別の方法を使った
      • 2人ともGJB2遺伝子に関連する難聴遺伝子を持っていることが分かり、子どもの胚もシーケンシングして健康な子を持つことにした
    • 実際のゲノムデータのサンプルが気になるなら、私のデータをテストファイルとして使ってよい（男性なのでchrYの変異も確認できる）
    • Danteも使ったことがあり、両社の結果を比較してみたかった
      • Danteはシーケンスをユーザーに紐づける方式が異なり不便だった（コードを別途保管する必要があった）
      • 問い合わせにもまったく返答がなく、運営方法について分からなかった
    • ナノポア技術も本当に興味深いが、Twitterで機器の品質管理に問題があるという話も見た
      • いつか娘のゲノムと一緒に比較してみたい
    • 面白い点として、あなたにはCYP11B1 rs4541(g;a)があり、甘草が嫌いだったかもしれない
      • CYP17A1 −34 T>C, rs743572(A;G)も持っている
      • 遺伝子全体の組み合わせによって、身体的あるいは行動的特性が多様に現れる可能性がある
      • 例えば、低体重、不安、思春期のニキビ、起立性のめまい、塩分欲求、睡眠障害などの可能性がある
      • ビタミンD、マグネシウム、ビタミンB群の欠乏傾向があり、それによってさまざまな身体的・神経的症状が現れることがある（TMJ、筋けいれん、近視など）
      • 特定の遺伝子から、戦略系ボードゲームを好むことや、左利きである確率、知能、睡眠パターン、視覚的才能なども推測できる
      • ただし、このような遺伝的変異1つだけで全体を説明するのは難しく、必ず医師に相談して食事や生活を調整すべきである（私は医師ではなく、生物学とゲノムを趣味で掘っているプログラマーである）
    • 自分のDNA全体を公開することにこれほど寛容である理由が本当に気になる

  • 残念ながら、現在1,000ドルのMinION Starter Kitはもう販売されておらず、記事のリンクも404になっている

    • 今ではフローセル込みのMinION製品は4,950ドルから始まる

  • もしDNAシーケンシングをするなら、装置を購入して完全にオフラインの状態で自分で扱わない限り、絶対にやるべきではない

    • 自分のゲノム情報だけでなく、将来の子孫や血縁関係にあるすべての人にも潜在的リスクを負わせることになる
    • 最悪のシナリオがどれほど深刻かは想像以上である
      • しかも健康予測力もエピジェネティックデータなしではほとんどない
      • むしろ不安やノセボ効果で健康に悪影響を与えるかもしれない
      • 実際には医師の診断確定用としてのみ役に立ち、そのほうが安全である

  • 電気ケトルを使ったPCR（thermocycler）の代用法が面白かった

    • まさにこういう方法で、温水容器を交互に使ってDNAを増幅していた時代があった
    • 血液から白血球だけを抽出してシーケンシングすれば結果はもっと良かっただろうが、採血針と小型機器だけでは簡単ではない
      • 2010年代初頭の生物学入門実習で、湯浴の切り替えとエッグタイマーによる手動PCRを経験したことがある
      • その後、実際のthermocyclerを使ってみて、装置のありがたみをより強く感じた

  • シーケンシングコストがムーアの法則より速く下がるというグラフ（2001〜2015年）以降のデータを見たい

    • 2021年までのチャートしかないが、2015年以降はむしろ進展が遅いように見える
    • ナノポアの信頼性がさらに高まれば、再び革新的な変化が来るかもしれない
    • グラフは2001年からだが、私は90年代半ばにEMBLで薄膜電気泳動シーケンサーの開発に参加していた
      • 当時は1日あたり数百ベース程度が限界だった
    • NHGRIはこのプロットを更新し続けていたが、2022年以降は資金難で止まったようだ
      • よく見れば、5年以内に100ドルゲノム時代が来てもおかしくない

  • Dante、Nebulaの評判はあまり良くなく、ySeqは8か月待ちである

    • 今回の記事に出てきたナノポア装置もまともに動作していない
    • 2025年のヨーロッパで自分のゲノムをシーケンシングしてもらうのは簡単ではない