A Solexa lia bilhões de fragmentos minúsculos de DNA em paralelo, e a Illumina comprou o truque

Quando o Projeto Genoma Humano foi concluído, sua sequência bruta havia custado cerca de US$ 300 milhões, produzida ao longo de anos em várias centenas de sequenciadores capilares, e em 2007 um genoma individual ainda custava cerca de US$ 10 milhões pelo mesmo método. O próximo passo óbvio era a força bruta: mais capilares, leituras mais longas, orçamentos maiores.

Os químicos de Cambridge Shankar Balasubramanian e David Klenerman fundaram a Solexa em junho de 1998 apostando no oposto. Sua química de terminadores reversíveis usa nucleotídeos fluorescentes 3'-O-azidometil, de modo que cada ciclo de incorporação vai essencialmente até a conclusão sem incorporação excessiva, e uma polimerase modificada aceita as bases não naturais; após a obtenção das imagens, o bloqueio e o corante são clivados e o ciclo seguinte começa. A peça que faltava — amplificar cada fragmento ligado à superfície em um agrupamento clonal brilhante por amplificação em ponte — veio do trabalho com colônias em fase sólida que a Solexa integrou antes do lançamento.

A prova de 2008 saiu na Nature: 135 Gb de sequência de um genoma masculino iorubá, produzidos em oito semanas em seis Genome Analyzers a um custo de consumíveis de cerca de US$ 250 mil, com profundidade média de 40,6 vezes e mais de 99,9% da referência coberta, além de quatro milhões de SNPs e quatrocentos mil variantes estruturais. A acurácia do consenso em um BAC de teste superou 99,999%.

A Solexa havia se fundido por incorporação reversa à Lynx Therapeutics em 2005 para se manter financiada; em 26 de janeiro de 2007 a Illumina concluiu uma fusão por troca de ações que a tornou uma subsidiária integral, negócio que o Guardian mais tarde avaliou em cerca de US$ 650 milhões. O Genome Analyzer foi lançado naquele ano, e a curva de custos nunca mais voltou atrás: cerca de US$ 10 mil por genoma em 2014, US$ 600 em 2022, com a Illumina detendo cerca de 80% do mercado de sequenciamento.

Milhões de leituras curtas em paralelo superaram uma leitura longa

O paralelismo massivo — dezenas de milhões de colônias imageadas por execução — substituiu frotas de máquinas capilares, de modo que a capacidade de processamento passou a escalar com a óptica e a química, não com o espaço físico.

O genoma de referência humano já existia, então as leituras curtas deixaram de ser um defeito: o alinhamento substituiu a montagem para a qual as leituras longas serviam.

O bloqueio reversível em 3' levava cada ciclo essencialmente até a conclusão, mantendo a acurácia por base alta o suficiente para chamadas de consenso como 99,999%.

A Illumina comprou a tecnologia em vez de competir com ela, convertendo a química de uma startup de Cambridge sem recursos em um mercado de um só.

Quando a capacidade de processamento é o gargalo, reduza a unidade de trabalho e execute milhões em paralelo. Uma operação barata e imperfeita somada a um mapa externo pode superar uma operação perfeita e cara.

A Illumina surfou a curva do SBS até um quase-monopólio: cerca de 70% do mercado de sequenciadores em 2014, cerca de 80% em 2022, quando o NovaSeq X elevou a capacidade para 20.000 genomas por ano e empurrou o preço para perto de US$ 200 por genoma. Só o Broad Institute havia sequenciado mais de 486.000 genomas até 2022. Genomas baratos sustentam exames de sangue para câncer, diagnóstico de doenças raras e a vigilância genômica da COVID-19 que alimentou o desenho de vacinas. A química de Balasubramanian e Klenerman é a ancestral direta de quase todos os dados de DNA produzidos hoje.