Cara mengurutkan DNA saya dengan biaya di bawah $2.000

 (maxlangenkamp.substack.com)
1 poin oleh GN⁺ 2025-10-20 | 1 komentar | Bagikan ke WhatsApp
  • Biaya penentuan urutan DNA menurun lebih cepat dari Hukum Moore
  • Menggunakan Oxford Nanopore MinION, Anda dapat melakukan sequencing DNA di rumah dengan biaya sekitar $1.100
  • Dalam eksperimen ini, dilakukan tahap seperti pengambilan darah, ekstraksi DNA, dan sequencing dengan nanopore
  • Hasilnya hanya menutupi sekitar 13% genom utuh, dan analisisnya terbatas karena kontaminasi serta kerusakan perangkat
  • Meskipun begitu, tetap didapatkan pengalaman bermakna dalam menyekuens sebagian DNA sendiri dengan biaya rendah

Pendahuluan

  • Biaya DNA sequencing turun sangat cepat sehingga pemetaan genom manusia yang dulu memakan waktu 13 tahun dan $2,3 miliar kini dapat dicoba sendiri dalam kurang dari 48 jam dengan perangkat Oxford Nanopore (sekitar $1.000)
  • Sebelumnya, sampel biasanya harus dikirim ke vendor pihak ketiga yang tidak stabil, tetapi dalam tulisan ini saya mencoba sequencing meskipun tidak memiliki laboratorium sendiri

Ikhtisar proses sequencing DNA

  • Tujuan percobaan ini adalah memperoleh urutan genom manusia berbasis A, C, G, T (sekitar 3 miliar) dari 10 ml darah
  • Ringkasan seluruh langkah
    • mengambil darah
    • mengekstrak DNA manusia dari darah
    • melewatkan DNA yang sudah diekstraksi melalui perangkat Oxford Nanopore secara elektrik untuk membaca setiap basa

Sejarah singkat sequencing DNA

  • Era Sanger (1960–2003): berbasis analog, penanganan manual, dan sangat lambat
    • Menggunakan nukleotida cacat untuk menghentikan replikasi DNA, lalu memisahkan tiap fragmen secara elektrik dan membacanya seperti barcode
    • Diperlukan 13 tahun dan $2,3 miliar untuk menguraikan genom manusia
  • Era Illumina (2005–2010-an): paralelisasi dan otomatisasi
    • Metode sequencing by synthesis diperkenalkan, membuat kecepatan dan efisiensi meningkat drastis
  • Era sequencing molekul tunggal:
    • Membaca langsung basa DNA melalui nanopore elektrik, tanpa perlu memotong fragmen menjadi bagian-bagian kecil
    • Metode ini juga digunakan dalam eksperimen ini

Perangkat dan biaya yang diperlukan

  • Kit starter Oxford Nanopore MinION ($1.000): sequencer berbasis USB, termasuk flow cell dan reagen persiapan
  • Kit ekstraksi DNA Zymo (sampel gratis)
  • Mikro sentrifuge (Amazon, $50)
  • Perlengkapan laboratorium (tabung eppendorf, lancet, pipet, dll., $50)
  • Total biaya sekitar $1.100

Rincian langkah percobaan

Langkah 1: Pengambilan darah

  • Diperlukan sekitar 200㎕ (0,2 ml) darah, dan karena lancet kecil tidak cukup, pengambilan darah dilakukan dengan menusuk jari berulang kali

Langkah 2: Ekstraksi DNA

  • Darah mengandung banyak kotoran seperti sel darah merah yang umumnya tidak memiliki DNA
  • Harus mengisolasi hanya DNA dari sel darah putih, lalu diproses menggunakan enzim dan filter sentrifugasi dari kit Zymo
  • Mengikuti juga proses pemasangan adaptor dari kit persiapan Nanopore

Langkah 3: Sequencing dengan Nanopore

  • DNA yang sudah dipersiapkan disuntikkan ke port kecil MinION, lalu dihubungkan via USB
  • Perangkat lunak MinKNOW melakukan basecalling waktu nyata, memprediksi A, T, C, G dari sinyal listrik melalui algoritme jaringan saraf

Hasil dan batasan

  • Berhasil melakukan sequencing sekitar 1 gigabase data dua kali (sekitar 13% dari 3 miliar basa genom manusia)
  • Percobaan pertama terhenti karena kesalahan perangkat keras, termasuk cacat flow cell (dari 2.048 pori, hanya 623 yang berfungsi)
  • Terlihat 25% kontaminasi seperti bakteri
  • Untuk analisis SNP (single nucleotide polymorphism) diperlukan sequencing berulang, tetapi sebagian besar urutan dibaca hanya sekali tanpa pengulangan
  • Meski demikian, dengan biaya $1.100 tetap didapatkan pengalaman berarti dalam sequencing sebagian genom manusia dengan biaya murah

Ucapan terima kasih

  • Penulis berterima kasih pada teman-teman yang ikut berpartisipasi dalam eksperimen ini

Bacaan terkait

1 komentar

 
GN⁺ 2025-10-20
Opini Hacker News

  • Kita masih belum benar-benar masuk ke "era sekuensing nanopore", dan sekuensing berbasis sintesis masih tetap menjadi arus utama

    • Genom harus dipotong menjadi fragmen-fragmen kecil lalu dirakit kembali berdasarkan fragmen itu, dan dalam proses ini muncul berbagai masalah
    • Sekuensing nanopore memiliki tingkat kesalahan yang tinggi, sehingga di lingkungan klinis sekuensing berbasis sintesis masih tetap digunakan (terutama karena Illumina sangat unggul secara teknis dalam 10 tahun terakhir)
    • Meski begitu, perangkat nanopore menarik karena kecil dan murah; tingkat kesalahannya sampai batas tertentu bisa diatasi dengan sekuensing berulang
    • Dengan teknologi berbasis sintesis, melalui penyedia tepercaya, seluruh genom bisa disekuensing pada 30x coverage dengan biaya di bawah 1000 euro atau dolar; saya juga pernah melihat yang 180 dolar, tapi kurang yakin soal keandalannya
    • Untuk seluruh genom manusia, nanopore mungkin masih terlalu dini, tetapi untuk penggunaan seperti sekuensing plasmid, teknologi ini sudah sangat berguna
      • Saya bahkan bukan orang industri; cukup titip tabung di universitas, lalu keesokan paginya hasilnya dikirim lewat email seharga 15 dolar, dan semua ini dimungkinkan oleh workflow berbasis nanopore
    • Tingkat kesalahan memang bisa dikompensasi dengan sekuensing berulang, tetapi kadang-kadang kesalahan itu juga saling berkorelasi
    • Secara keseluruhan, short-read sequencing jauh lebih efisien dari sisi biaya; startup kami juga memakai Illumina untuk QC cell line dan biayanya cuma 260 dolar
    • Metode sekuensing bergantung pada tujuannya; di NAO, untuk mendeteksi berbagai virus dalam air limbah, mereka memakai flow cell besar Illumina (25B) agar bisa sekuensing murah
      • Namun, jika virus targetnya banyak seperti pada usap hidung, nanopore lebih cocok berkat read length yang panjang dan run cost yang murah
    • Sekuensing klinis untuk short read sudah sangat matang, jadi tidak ada alasan bagi nanopore untuk menggantikannya
    • Masa depan di lingkungan klinis ada pada deteksi varian skala menengah hingga besar; bidang ini masih belum sepenuhnya dipahami, sehingga nanopore banyak dipakai untuk riset dan diagnosis penyakit langka
    • SBS (sekuensing berbasis sintesis) sangat andal, tetapi besarnya pangsa pasar tidak berarti perkembangan teknologinya berhenti
      • Inovasi dalam sekuensing terjadi pada ML, analisis simultan RNA-DNA, penggabungan long/short read, dan sebagainya
    • Sebenarnya, bahkan lab diagnostik juga makin banyak memakai teknologi nanopore, karena biaya persiapannya lebih murah dan sensitivitasnya bisa setara qPCR
      • Selain itu, ia juga memberi informasi tambahan seperti metilasi
      • Baru-baru ini juga ada makalah tentang klasifikasi leukemia akut menggunakan nanopore teks lengkap makalah
      • Waktunya memang agak dibesar-besarkan, tetapi yang penting untuk diagnostik adalah bahwa ini "berfungsi dengan baik"

  • Ide ini (artikel tersebut) menarik, tetapi saya agak kecewa karena ada masalah perangkat dan langsung menyerah setelah satu kali percobaan

    • Katanya flow cell itu hanya punya 623 pori yang berfungsi sejak awal; saya penasaran apakah ini hal yang biasa terjadi, dan ingin mencari contoh orang lain yang benar-benar mencoba dengan benar
    • Saya sendiri pernah mencoba hal serupa, memakai saliva alih-alih darah, dan mengekstrak DNA dengan kit Qiagen
      • Flow cell nanopore saya hampir semua porinya berfungsi baik; mungkin kasus di artikel itu masalah penyimpanan
    • Jumlah pori aktif bisa berbeda tergantung penanganan; dari pengalaman saya, banyak pori nonaktif muncul tergantung persiapan sampelnya
      • Jika sampelnya tidak disiapkan dengan baik, porinya bisa tersumbat atau tingkat aktivitasnya menurun
      • Dulu saat menganalisis data Oxford Nanopore, kualitasnya sangat berbeda tergantung siapa yang menyiapkan sampel, sampai-sampai saya bisa menebak rekan mana yang menyiapkannya hanya dari datanya
      • Saya menduga kualitas sampel yang disiapkan para penulis di ‘garasi’ mereka memang buruk
      • Sebagai catatan, saya juga punya rekan yang membuat lab sekuensing portabel dengan catu daya dari mobil
      • Hambatan teknis terbesar yang dia alami juga ada di persiapan sampel; sisi komputasinya tidak terlalu sulit
    • Jumlah pori aktif yang sedikit memang tidak bisa dibilang "normal", tetapi cukup sering terjadi
      • Dari pengalaman saya saat mengerjakan NGS, seperempat dari seluruh flow cell yang kami terima ternyata cacat, dan ONT punya kebijakan penggantian jika sel gagal self-test
    • Tergantung sampelnya, tetapi biasanya lebih dari 1200 pori aktif itu umum, dan setidaknya 800 dijamin
      • Jadi dalam kasus ini, rasanya layak untuk meminta refund
    • Kasus ini menarik karena menunjukkan "apa yang terjadi jika benar-benar dicoba"
      • Saya punya sedikit pengalaman dengan genealogi genomik, dan memang sudah menduga akan ada banyak masalah teknis

  • Penyedia seperti Nebula dan Dante menawarkan whole-genome sequencing dengan 30x atau 100x coverage di kisaran 300 dolar

    • Sebenarnya, genom 1000 dolar itu sudah tercapai sekitar 10 tahun lalu
    • Saya pernah melihat Nebula, dan saat ini mereka sedang menghadapi class action karena dituduh menyerahkan data genom ke Meta, Microsoft, dan Google
      • Di subreddit juga banyak kasus orang yang mengirim kit lalu tidak menerima hasil selama bertahun-tahun
      • Ada juga masalah kualitas sekuensing, false positive rate pada data genom DTC (direct-to-consumer), dan 23andMe juga pernah punya kasus serupa, jadi saya enggan mengirim genom saya ke perusahaan swasta
    • Harga termurah whole-genome sequencing di DanteLabs adalah 399 euro (466 dolar) tautan produk DanteLabs
    • Dalam 2.000 dolar itu sudah termasuk alat ekstraksi DNA dan sequencer itu sendiri; sequencer yang dipakai Nebula dan sejenisnya kemungkinan besar adalah perangkat seharga lebih dari 1 juta dolar
      • Jika ingin lebih murah, alih-alih WGS Anda bisa memilih exome sequencing atau, tergantung kasusnya, analisis genotipe sederhana (genotyping)
      • Mungkin saja sudah ada perusahaan yang mewujudkan WGS 100 dolar
    • Namun pada dasarnya, itu berarti seseorang (perusahaan) akan memiliki hak atas data genom saya
      • Dengan dalih kepentingan sah, mereka bisa melakukan hampir apa saja, dan risiko perusahaan diretas atau dijual juga sudah menjadi kenyataan
    • Angka 1000 dolar itu adalah "harga skala ekonomi"
      • Harga seperti itu baru mungkin jika diproses dalam volume besar di atas jumlah tertentu

  • Di mynucleus.com, whole-genome sequencing bisa dilakukan hanya dengan swab pipi seharga 500 dolar (diskon 10% dengan kode savraj10)

    • Tidak perlu darah, memberi penilaian risiko untuk lebih dari 2.000 penyakit, dan jika pasangan juga ikut tes, mereka bahkan bisa memprediksi calon anak di masa depan
    • Katanya akan segera ada pengumuman investasi baru, mendukung unduhan data mentah, dan menjamin kepatuhan keamanan SOC2 serta HIPAA
    • Di sisi lain, saya penasaran bagaimana mencegah data genom dijual ke pihak ketiga jika Nucleus bangkrut, seperti insiden kebocoran data pribadi yang terjadi di 23andMe
      • Di situs mereka saya tidak terlalu melihat penjelasan pembeda soal privasi data
      • Nucleus juga mengklaim "tidak menjual data", tetapi 23andMe juga dulu bilang begitu
      • Pada dasarnya, realitasnya adalah tidak ada perusahaan mana pun yang bisa memberi kepercayaan penuh soal hal ini
      • Menyerahkan genom ke Nucleus hanya demi menghemat 3.000 dolar tetap perlu dipertimbangkan dengan sangat hati-hati
    • Dari sudut pandang saya, beban terbesar bukan pada sekuensing genom saya sendiri, melainkan pada kepercayaan yang harus saya berikan kepada pihak ketiga
      • Coverage 13% yang disebut di artikel itu tidak berguna untuk analisis genom apa pun; judulnya berlebihan
    • Saya penasaran coverage sebenarnya bisa sampai berapa
    • Saya terkejut bahwa layanan yang dulu sangat mahal atau bahkan tidak bisa diakses orang biasa, kini bisa didapat hanya dengan 500 dolar
    • Saya penasaran apakah bisa bayar dengan Monero

  • Saya memakai Nebula (sekarang sudah rebranding dan jadi lebih mahal) untuk men-sekuensing genom keluarga saya juga, dan prosesnya cukup mudah

    • Dengan paket "Lifetime", saya menyimpan file FASTQ di bucket R2; Nebula mengenakan 250 dolar plus langganan bulanan 50 dolar, tetapi bisa langsung dibatalkan
    • File VCF saya bisa dilihat di sini
      • Untuk varian tertentu (rs104894396), Anda bisa memasukkannya ke LLM untuk dianalisis, atau mencarinya di SNPedia
    • Saya juga benar-benar melakukan carrier screening bersama istri saya, tetapi dengan metode lain, bukan Nebula
      • Kami berdua ternyata membawa gen gangguan pendengaran yang terkait dengan gen GJB2, jadi kami juga men-sekuensing embrio calon anak untuk bisa memiliki anak yang sehat
    • Jika penasaran seperti apa sampel data genom nyata, Anda bisa memakai data saya sebagai file uji (karena saya laki-laki, Anda juga bisa memeriksa varian chrY)
    • Saya juga pernah memakai Dante, dan ingin membandingkan hasil dari kedua penyedia itu
      • Dante terasa merepotkan karena cara mereka mengaitkan sekuens dengan pengguna berbeda (kode harus disimpan terpisah)
      • Saya tidak pernah mendapat balasan apa pun saat bertanya, jadi saya tidak tahu bagaimana cara mereka beroperasi
    • Teknologi nanopore juga benar-benar menarik, tetapi saya pernah melihat pembicaraan di Twitter tentang isu kontrol kualitas perangkat
      • Suatu hari saya ingin membandingkannya juga dengan genom putri saya
    • Yang menarik, Anda punya CYP11B1 rs4541(g;a), mungkin Anda tidak suka licorice
      • Anda juga punya CYP17A1 −34 T>C, rs743572(A;G)
      • Bergantung pada keseluruhan kombinasi gen, berbagai sifat fisik atau perilaku bisa muncul
      • Misalnya, ada kemungkinan berat badan rendah, kecemasan, jerawat saat remaja, pusing saat berdiri, keinginan makan asin, gangguan tidur, dan sebagainya
      • Ada juga kecenderungan kekurangan vitamin D, magnesium, dan vitamin B, yang bisa menimbulkan berbagai gejala fisik maupun neurologis (TMJ, kram otot, miopia, dll.)
      • Dari gen tertentu, orang juga mencoba menebak kesukaan pada board game strategi, kemungkinan kidal, kecerdasan, pola tidur, bakat visual, dan sebagainya
      • Tetapi satu varian gen seperti ini saja sulit menjelaskan keseluruhan, dan pola makan maupun gaya hidup tetap harus disesuaikan sambil berkonsultasi dengan dokter (saya bukan dokter, hanya programmer yang menjadikan biologi dan genomik sebagai hobi)
    • Saya benar-benar penasaran kenapa Anda begitu murah hati membuka seluruh DNA Anda ke publik

  • Sayangnya, MinION Starter Kit seharga 1000 dolar saat ini sudah tidak dijual lagi, dan tautan di artikel itu juga sudah menjadi 404

    • Sekarang produk MinION yang termasuk flow cell dimulai dari 4950 dolar

  • Jika saya akan melakukan sekuensing DNA, saya tidak akan pernah melakukannya kecuali saya membeli peralatannya sendiri dan menangani semuanya secara penuh dalam keadaan offline

    • Itu berarti memberi risiko potensial bukan hanya pada informasi genom saya, tetapi juga pada keturunan saya di masa depan dan seluruh hubungan darah saya
    • Tingkat keparahan skenario terburuknya jauh lebih besar daripada yang dibayangkan
      • Lagi pula, tanpa data epigenetik, kemampuan prediksi kesehatannya juga hampir tidak ada
      • Malah bisa berdampak buruk pada kesehatan karena kecemasan atau efek nocebo
      • Pada praktiknya, ini hanya berguna untuk konfirmasi diagnosis oleh dokter, dan itu pun jauh lebih aman

  • Cara mengganti PCR (thermocycler) dengan ketel listrik itu lucu

    • Dulu memang ada masa ketika DNA diamplifikasi dengan cara seperti ini, memakai wadah air panas secara bergantian
    • Hasilnya mungkin akan lebih baik jika hanya leukosit dari darah yang diekstraksi lalu disekuensing, tetapi dengan blood lancet dan peralatan mini itu tidak mudah
      • Pada praktikum pengantar biologi di awal 2010-an, saya pernah mengalami PCR manual dengan pindah-pindah bak air panas dan egg timer
      • Setelah itu, saat memakai thermocycler sungguhan, saya jauh lebih menghargai pentingnya alat tersebut

  • Saya ingin melihat data setelah grafik (2001–2015) yang menunjukkan biaya sekuensing turun lebih cepat daripada hukum Moore

    • Saya hanya menemukan grafik sampai 2021, dan setelah 2015 rasanya kemajuannya justru melambat
    • Jika nanopore menjadi lebih andal, mungkin akan ada perubahan revolusioner lagi
    • Grafiknya mulai dari 2001, tetapi saya pernah ikut mengembangkan sequencer elektroforesis film tipis di EMBL pada pertengahan 1990-an
      • Saat itu, beberapa ratus basa per hari saja sudah dianggap batas tertinggi
    • Sepertinya NHGRI terus memperbarui plot itu lalu berhenti setelah 2022 karena kesulitan pendanaan
      • Kalau dilihat baik-baik, rasanya era genom 100 dolar juga bisa datang dalam 5 tahun ke depan

  • Reputasi Dante dan Nebula kurang bagus, dan ySeq punya waktu tunggu 8 bulan

    • Perangkat nanopore yang muncul di artikel ini pun tidak berfungsi dengan baik
    • Pada 2025 di Eropa, ternyata tidak mudah untuk men-sekuensing genom saya