$2,000以下で自分のDNAをシーケンスする方法

• 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