Solexa는 수십억 개의 작은 DNA 단편을 병렬로 읽었고, Illumina가 그 기술을 사들였다

인간 게놈 프로젝트가 끝날 무렵, 그 원시 서열은 수백 대의 모세관 시퀀서에서 수년에 걸쳐 생산되었고 비용은 대략 3억 달러였다. 그리고 2007년에도 같은 방법으로 개인 게놈 하나를 분석하는 데는 여전히 약 1,000만 달러가 들었다. 당연한 다음 단계는 무식한 힘의 투입이었다. 더 많은 모세관, 더 긴 리드, 더 큰 예산.

케임브리지의 화학자 Shankar Balasubramanian과 David Klenerman은 정반대의 도박에 걸고 1998년 6월 Solexa를 설립했다. 그들의 가역 종결자 화학은 3'-O-아지도메틸 형광 뉴클레오타이드를 사용하여 각 도입 주기가 과도한 도입 없이 사실상 완료되도록 하고, 조작된 중합효소가 비천연 염기를 받아들이도록 한다. 이미징 후에는 블록과 염료가 절단되어 제거되고 다음 주기가 시작된다. 빠져 있던 조각, 즉 표면에 결합된 각 단편을 브리지 증폭으로 밝은 클론 클러스터로 증폭하는 것은 Solexa가 출시 전에 통합한 고체상 콜로니 연구에서 들어왔다.

2008년의 입증 결과는 Nature에 실렸다. 요루바 남성 게놈에서 135Gb의 서열을 6대의 Genome Analyzer에서 8주 만에 생산했으며, 소모품 비용은 약 25만 달러였고, 평균 깊이는 40.6배, 참조 서열의 99.9% 이상이 커버되었으며, 400만 개의 SNP와 40만 개의 구조 변이가 확인되었다. 테스트 BAC에 대한 합의 정확도는 99.999%를 넘었다.

Solexa는 자금을 유지하기 위해 2005년 Lynx Therapeutics에 역합병되었다. 2007년 1월 26일 Illumina는 주식 교환 합병을 완료하여 Solexa를 완전 자회사로 만들었으며, Guardian은 나중에 이 거래를 약 6억 5,000만 달러로 평가했다. Genome Analyzer는 그해 출시되었고, 비용 곡선은 다시 돌아오지 않았다. 2014년 게놈당 약 1만 달러, 2022년에는 600달러였으며, Illumina는 시퀀싱 시장의 약 80%를 차지했다.

병렬로 수행된 수백만 개의 짧은 리드가 하나의 긴 리드를 이겼다

막대한 병렬성, 즉 실행당 수천만 개의 콜로니 이미징이 모세관 기계 함대를 대체했기 때문에 처리량은 바닥 공간이 아니라 광학과 화학에 따라 확장되었다.

인간 참조 게놈이 이미 존재했기 때문에 짧은 리드는 더 이상 결함이 아니었다. 정렬이 긴 리드가 목적했던 어셈블리를 대체했다.

가역 3' 블록은 각 주기를 사실상 완료까지 이끌어 염기별 정확도를 99.999%와 같은 합의 판독에 충분할 만큼 높게 유지했다.

Illumina는 기술을 두고 경쟁하는 대신 사들여, 자금이 부족했던 케임브리지 스타트업의 화학을 독점 시장으로 전환했다.

처리량이 병목일 때는 작업 단위를 줄이고 수백만 개를 병렬로 실행하라. 저렴하고 불완전한 작업에 외부 지도를 더하면 완벽하고 값비싼 작업을 이길 수 있다.

Illumina는 SBS 곡선을 타고 거의 독점에 이르렀다. 2014년까지 시퀀서 시장의 약 70%, 2022년에는 약 80%를 차지했으며, NovaSeq X는 처리량을 연간 2만 게놈으로 높이고 가격을 게놈당 200달러 쪽으로 끌어내렸다. Broad Institute만 해도 2022년까지 48만 6,000개 이상의 게놈을 시퀀싱했다. 저렴한 게놈은 암 혈액 검사, 희귀 질환 진단, 그리고 백신 설계의 토대가 된 COVID-19 유전체 감시를 뒷받침한다. Balasubramanian과 Klenerman의 화학은 오늘날 생산되는 거의 모든 DNA 데이터의 직계 조상이다.