Solexa leyó miles de millones de fragmentos diminutos de ADN en paralelo, e Illumina compró el truco

Para cuando concluyó el Proyecto del Genoma Humano, su secuencia en bruto había costado aproximadamente 300 millones de dólares, producida a lo largo de años en varios cientos de secuenciadores capilares, y en 2007 un genoma individual todavía costaba alrededor de 10 millones de dólares por el mismo método. El siguiente paso obvio era la fuerza bruta: más capilares, lecturas más largas, presupuestos mayores.

Los químicos de Cambridge Shankar Balasubramanian y David Klenerman fundaron Solexa en junio de 1998 apostando a lo contrario. Su química de terminadores reversibles emplea nucleótidos fluorescentes 3'-O-azidometilo, de modo que cada ciclo de incorporación llega esencialmente a completarse sin incorporación excesiva, y una polimerasa modificada acepta las bases no naturales; tras la formación de imágenes, el bloqueo y el colorante se escinden y comienza el siguiente ciclo. La pieza faltante —amplificar cada fragmento unido a la superficie hasta formar un grupo clonal brillante mediante amplificación en puente— provino del trabajo de colonias en fase sólida que Solexa integró antes del lanzamiento.

La prueba de 2008 apareció en Nature: 135 Gb de secuencia de un genoma masculino yoruba, producidos en ocho semanas en seis Genome Analyzers con un costo de consumibles de aproximadamente 250.000 dólares, a una profundidad promedio de 40,6 veces con más del 99,9 % de la referencia cubierta, además de cuatro millones de SNP y cuatrocientos mil variantes estructurales. La exactitud del consenso en un BAC de prueba superó el 99,999 %.

Solexa se había fusionado inversamente con Lynx Therapeutics en 2005 para mantenerse financiada; el 26 de enero de 2007 Illumina completó una fusión por canje de acciones que la convirtió en subsidiaria de propiedad total, una operación que The Guardian cifró después en unos 650 millones de dólares. El Genome Analyzer se comercializó ese año, y la curva de costos nunca volvió atrás: alrededor de 10.000 dólares por genoma en 2014, 600 en 2022, con Illumina controlando cerca del 80 % del mercado de secuenciación.

Millones de lecturas cortas en paralelo superaron a una lectura larga

El paralelismo masivo —decenas de millones de colonias fotografiadas por corrida— reemplazó flotas de máquinas capilares, de modo que el rendimiento escaló con la óptica y la química, no con el espacio físico.

El genoma de referencia humano ya existía, así que las lecturas cortas dejaron de ser un defecto: la alineación reemplazó al ensamblaje para el que servían las lecturas largas.

El bloqueo reversible en 3' llevó cada ciclo esencialmente a completarse, manteniendo la exactitud por base lo bastante alta para llamados de consenso como el 99,999 %.

Illumina compró la tecnología en lugar de competir con ella, convirtiendo la química de una startup de Cambridge con problemas de financiamiento en un mercado de uno.

Cuando el rendimiento es el cuello de botella, reduzca la unidad de trabajo y ejecute millones en paralelo. Una operación barata e imperfecta más un mapa externo puede superar a una perfecta y costosa.

Illumina cabalgó la curva de SBS hasta un casi monopolio: alrededor del 70 % del mercado de secuenciadores en 2014, cerca del 80 % en 2022, cuando el NovaSeq X elevó el rendimiento a 20.000 genomas al año e impulsó el precio hacia los 200 dólares por genoma. Solo el Broad Institute había secuenciado más de 486.000 genomas para 2022. Los genomas baratos sustentan las pruebas sanguíneas de cáncer, el diagnóstico de enfermedades raras y la vigilancia genómica de la COVID-19 que sembró el diseño de vacunas. La química de Balasubramanian y Klenerman es el ancestro directo de casi todos los datos de ADN producidos hoy.