Solexa lisait en parallèle des milliards de minuscules fragments d'ADN, et Illumina a acheté ce tour de force

Au moment où le Projet génome humain s'est achevé, sa séquence brute avait coûté environ 300 millions de dollars, produite au fil des années sur plusieurs centaines de séquenceurs capillaires, et en 2007 un génome individuel coûtait encore environ 10 millions de dollars par la même méthode. L'étape suivante évidente était la force brute : plus de capillaires, des lectures plus longues, des budgets plus importants.

Les chimistes de Cambridge Shankar Balasubramanian et David Klenerman ont fondé Solexa en juin 1998 sur le pari inverse. Leur chimie des terminateurs réversibles utilise des nucléotides fluorescents 3'-O-azidométhyle afin que chaque cycle d'incorporation aille essentiellement à son terme sans sur-incorporation, et une polymérase modifiée accepte les bases non naturelles ; après l'imagerie, le blocage et le fluorophore sont clivés et le cycle suivant commence. La pièce manquante — l'amplification de chaque fragment fixé à la surface en un amas clonal brillant par amplification en pont — est venue des travaux sur colonies en phase solide que Solexa a intégrés avant le lancement.

La preuve de 2008 a été publiée dans Nature : 135 Gb de séquence à partir d'un génome masculin yoruba, produites en huit semaines sur six Genome Analyzers pour un coût en consommables d'environ 250 000 $, à une profondeur moyenne de 40,6 fois avec plus de 99,9 % de la référence couverte, plus quatre millions de SNP et quatre cent mille variants structurels. La précision de la séquence consensus sur un BAC test a dépassé 99,999 %.

Solexa avait fusionné par absorption inverse avec Lynx Therapeutics en 2005 pour rester financée ; le 26 janvier 2007, Illumina a finalisé une fusion par échange d'actions qui en a fait une filiale à part entière, une opération que le Guardian a ensuite estimée à environ 650 millions de dollars. Le Genome Analyzer a été commercialisé cette année-là, et la courbe des coûts n'a jamais rebasculé : environ 10 000 $ par génome en 2014, 600 $ en 2022, Illumina détenant environ 80 % du marché du séquençage.

Des millions de lectures courtes en parallèle l'emportent sur une seule lecture longue

Un parallélisme massif — des dizaines de millions de colonies imagées par run — a remplacé des flottes de machines capillaires, si bien que le débit augmentait avec l'optique et la chimie, non avec la surface au sol.

Le génome de référence humain existait déjà, si bien que les lectures courtes ont cessé d'être un défaut : l'alignement a remplacé l'assemblage auquel les lectures longues étaient destinées.

Le blocage réversible en 3' menait chaque cycle essentiellement à son terme, maintenant une précision par base suffisamment élevée pour des appels de consensus comme 99,999 %.

Illumina a acheté la technologie plutôt que de la concurrencer, convertissant la chimie d'une start-up de Cambridge à court d'argent en un marché à un seul acteur.

Lorsque le débit est le goulot d'étranglement, réduisez l'unité de travail et exécutez-en des millions en parallèle. Une opération bon marché et imparfaite, associée à une carte externe, peut l'emporter sur une opération parfaite et coûteuse.

Illumina a surfé sur la courbe SBS jusqu'à un quasi-monopole : environ 70 % du marché des séquenceurs en 2014, environ 80 % en 2022, lorsque le NovaSeq X a porté le débit à 20 000 génomes par an et poussé le prix vers 200 $ par génome. Le Broad Institute seul avait séquencé plus de 486 000 génomes en 2022. Les génomes bon marché sous-tendent les tests sanguins de dépistage du cancer, le diagnostic des maladies rares et la surveillance génomique de la COVID-19 qui a alimenté la conception des vaccins. La chimie de Balasubramanian et Klenerman est l'ancêtre direct de presque toutes les données d'ADN produites aujourd'hui.