在家自测全基因组：从口腔拭子到纳米孔测序的完整技术指南

本文详细介绍了如何利用牛津纳米孔技术公司的 MinION 测序仪，在家从口腔拭子采集细胞、提取 DNA、构建文库并进行全基因组测序和分析的完整流程。

作者已在家中用 Oxford Nanopore Technologies 的 MinION 测序仪对自己的基因组进行了5次测序。整个过程包括：从口腔拭子采集细胞、制备样品、上机测序，以及后续的数据分析。口腔颊细胞易于获取且再生迅速，但不适用于癌症诊断、炎症检测或身体其他部位基因激活状态的判断（例如胸部出现荨麻疹时，无法用颊细胞检测发炎区域的基因表达），因为这类检测需要直接采集病变细胞并与正常细胞进行对比。

为了在家完成基因组测序，作者采购了实验室材料和耗材，从零开始搭建了一套完整的实验流程。从准备到完成一次高质量的全流程运行，大约花费了两个月时间。目前，相关成本对普通人来说仍然较高，但正在以指数级下降。作者预测，未来我们将拥有像手机或 AI 一样普及且价格可负担的技术，能够实时告知我们自身的 DNA 和 RNA 表达状态。

基因组能做什么？

在投入大量时间和金钱进行测序之前，首先要明确基因组数据能带来什么价值。基因组本身并非魔法——它是一个参考层。一旦你获得一个 VCF 文件（Variant Call Format，变异检测格式），就可以通过 VEP（Variant Effect Predictor）、ClinVar（临床变异数据库）、gnomAD（基因组聚合数据库）、PharmGKB（药物基因组学知识库，强烈推荐）、Gene Inspector 或 Claude 等工具进行分析，回答以下问题：

• 我携带哪些变异？
• 哪些基因和通路受到影响？
• 我对哪些药物的代谢可能与他人不同？
• 哪些罕见变异值得认真对待？
• 模型在哪些方面仍然一无所知？

最后一点至关重要：目前生成的信息尚未达到诊断级别，更不是“因为 AI 建议就对自己进行 CRISPR 编辑”。近期的价值在于将静态的基因组转化为可查询的数据，但“用 CRISPR 自我编辑”几乎必然会随之而来。

DNA 是稳定的参考，RNA 是当前的状态，未来我们将把所有生物传感器数据整合成一个关于自身的“模型”。

相关资源

• 从基本原理理解遗传变异：Adib @ ICML 在 Twitter/X 上的帖子，核心观点是这些基因及其组合会复合成为真实的物理疾病，预计未来十年内我们将完成这些映射。
• 将你的基因组 + RNA 输入任何模型：https://www.biotender.online/bio-model-install-guide/
• 将基因组交给 Claude Code（如需设置可联系作者）
• 如果你对特定药物代谢异常，请咨询医生
• Patrick Collison 关于使用 AI 智能体与基因组对话的帖子

协议步骤（Protocol Steps）

以下内容较为密集，可以直接阅读，也可以将其输入 AI 辅助理解。如果拥有 AR 眼镜，AI 甚至可以引导你完成整个实验流程。

硬件设备

• Oxford Nanopore Technologies MinION 测序仪（$7,500）
• 运行 MinKNOW 软件的笔记本电脑/工作站（普通 PC 即可）
• 100GB 以上存储空间用于输出数据
• GPU（用于 Dorado 碱基识别）
• 涡旋振荡器（$50）
• 加热块（$250）
• 离心机（二手 eBay 约 $400）

耗材

试剂盒

• SQK-LSK114 Ligation Sequencing Kit V14（连接测序试剂盒）
• EXP-WSH004 Flow Cell Wash Kit（流动池清洗试剂盒）
• EXP-CTL001 Control material（对照材料）
• PBS 1x（磷酸盐缓冲液）
• Isohelix Buccal swabs（口腔拭子）

试剂

• DNA 提取试剂盒：NEB Monarch HMW DNA Extraction Kit for Cells & Blood（$87/5次）
• 细胞核制备缓冲液（Nuclei Prep Buffer）
• 细胞核裂解缓冲液（Nuclei Lysis Buffer）
• RNase A（核糖核酸酶A）
• 蛋白酶 K（Proteinase K）
• 沉淀增强剂（Precipitation Enhancer）
• DNA 捕获磁珠（DNA Capture Beads）
• gDNA 洗涤缓冲液（gDNA Wash Buffer）
• 洗脱缓冲液 II（Elution Buffer II）
• 磁珠固定器/Monarch 收集部件

DNA 文库制备试剂

• NEBNext Companion Module v2 / 修复-末端制备试剂（$760/24次反应）
• FFPE DNA Repair Buffer（福尔马林固定石蜡包埋DNA修复缓冲液）
• FFPE DNA Repair Mix（修复混合液）
• Ultra II End-prep Reaction Buffer（末端制备反应缓冲液）
• Ultra II End-prep Enzyme Mix（末端制备酶混合液）
• NEBNext Quick T4 DNA Ligase（T4 DNA 连接酶）
• Oxford Nanopore SQK-LSK114（$720/6次反应）
• Long Fragment Buffer / LFB（长片段缓冲液）
• Elution Buffer / EB（洗脱缓冲液）
• Ligation Adapter / LA（连接接头）
• Ligation Buffer / LNB（连接缓冲液）
• Sequencing Buffer / SB（测序缓冲液）
• Library Beads / LIB（文库磁珠）

流动池引物试剂

• Flow Cell Flush / FCF（流动池冲洗液）
• Flow Cell Tether / FCT（流动池连接剂）
• BSA（牛血清白蛋白）

其他

• AMPure XP 磁珠
• 80% 乙醇
• 无核酸酶水（$32/25mL）

DNA 定量测量

• Qubit 荧光计
• Qubit dsDNA BR 或 HS Assay Kit（双链DNA宽范围或高灵敏度检测试剂盒）

实验台设备

• 微量离心机
• 涡旋混合器
• 加热块/干浴器
• 1.5/2 mL 试管磁力架
• 试管架
• 冰桶/冷块
• -20°C 冰箱
• 4°C 冰箱
• 移液器：P1000（100–1000 µL）、P200（0–200 µL）、P20（2–20 µL）、P10（1-10 µL）

塑料耗材

• 无菌植绒口腔拭子
• 1.5 mL 微量离心管
• 2.0 mL 微量离心管
• DNA LoBind 1.5 mL 管
• RNA LoBind 管
• 0.2 mL PCR 管
• Qubit 检测管
• 带滤芯的无菌移液枪头：P1000、P200、P20、P10
• 宽口 P200 枪头
• 试管标签/实验室记号笔
• 手套

软件栈

• MinKNOW（测序控制软件）
• Dorado（碱基识别软件）
• minimap2（序列比对工具）
• samtools（序列操作工具）
• mosdepth（深度统计工具）
• NanoPlot 或 pycoQC（质量控制工具）
• Clair3（变异检测工具）
• DeepVariant（可选，变异检测工具）
• Ensembl VEP（变异效应预测器）
• ClinVar（临床变异数据库）
• gnomAD（基因组聚合数据库）
• PharmGKB（药物基因组学知识库）
• dbSNP（可选，单核苷酸多态性数据库）
• Python/R（数据分析语言）
• SQLite/Postgres（后续查询层数据库）

全流程 DNA 测序实验步骤

目标：从 2 份口腔拭子样本 → MinION 测序。

0. 准备

• 戴好手套，清洁实验台。
• 标记试管：口腔样本、提取的 DNA、末端制备、连接、最终文库、引物混合液、上样混合液。
• 将 AMPure XP 磁珠恢复至室温。
• 保持酶混合液低温。
• 将加热块设置到 56°C。
• 保持细胞核制备缓冲液低温。
• 确认 gDNA 洗涤缓冲液已加入乙醇。
• 确认有异丙醇用于 DNA 结合。
• 确认有新鲜配制的 80% 乙醇用于 AMPure 清洗。
• 确认 ONT 试剂正确：FFPE DNA Repair Buffer v2、FFPE DNA Repair Mix、N-Prep Enzyme Mix、Salt-T4 DNA Ligase、LNB、LA、LFB、EB、SB、LIB、FCF、FCT。

1. 收集颊细胞

目标：尽可能多地将颊细胞收集到 PBS 中。

• 用水漱口，等待 10 分钟。
• 不要刷牙，不要使用漱口水。
• 用力刮拭口腔内侧 60 秒。
• 向标记好的试管中加入 1 mL 冷 PBS。
• 将拭子头放入 PBS 中。
• 涡旋 10 秒。
• 将拭子挤压在管壁上挤出液体。
• 取出并丢弃拭子。
• 良好状态：PBS 可能略微浑浊。

2. 沉淀颊细胞

目标：浓缩细胞，去除多余 PBS。

• 在 2,000 × g 下离心 30 秒。
• 观察到一个小的白色/灰白色沉淀或涂片。
• 用 P1000 吸除大部分 PBS，再用 P200 小心吸除剩余部分，保留沉淀上方 50–100 µL。
• 轻轻弹动试管使沉淀重悬，不要吸走沉淀。

3. 制备一份样本的 Monarch 裂解液

细胞核制备液：

• 165 µL Nuclei Prep Buffer
• 5.5 µL RNase A
• 轻轻混匀，保持低温。使用 150 µL。

细胞核裂解液：

• 165 µL Nuclei Lysis Buffer
• 11 µL Proteinase K
• 轻轻混匀，室温放置。使用 150 µL。
• 额外体积是为了防止移液误差导致不足。

4. 裂解细胞

目标：破碎细胞并消化蛋白质，同时保持长片段基因组 DNA 完整。

• 向重悬的颊细胞沉淀中加入 150 µL Nuclei Prep Solution。
• 用移液器轻轻吹打 10 次。
• 室温孵育 2 分钟。
• 加入 150 µL Nuclei Lysis Solution。
• 轻轻颠倒试管 10 次，不要涡旋。
• 56°C 孵育 10 分钟。
• 良好状态：液体可能变得更粘稠。裂解后不要涡旋，此时重点是保护高分子量 DNA。

5. 将 DNA 结合到 Monarch 捕获磁珠上

目标：将基因组 DNA 沉淀到大的 Monarch 捕获磁珠上。

• 加入 75 µL Precipitation Enhancer。
• 轻轻颠倒 8–10 次。
• 加入 2 个 DNA Capture Beads。
• 加入 275 µL 异丙醇。
• 缓慢颠倒 30 次，不要涡旋。
• 重要：磁珠现在携带 DNA，不要丢失磁珠。此处不要使用乙醇。

6. 洗涤结合 DNA 的磁珠

目标：去除污染物，同时保持 DNA 结合在捕获磁珠上。

• 让磁珠短暂沉降。
• 小心移除液体，不要带走磁珠。
• 加入 500 µL gDNA Wash Buffer。
• 轻轻颠倒 2–3 次。
• 小心移除洗涤缓冲液。
• 重复一次：加入 500 µL gDNA Wash Buffer，颠倒 2–3 次，移除洗涤缓冲液。

（原文在此处截断，后续步骤包括洗脱 DNA、DNA 定量、末端修复、连接接头、文库纯化、流动池准备、上机测序及数据分析，这些内容在完整协议中均有详细说明。）

结语

在家进行全基因组测序不再是科幻小说中的情节。虽然目前成本和技术门槛仍然较高，但随着测序成本以指数级下降，以及 AI 辅助分析工具的普及，每个人都将有能力获取并理解自己的基因组信息。这不仅将推动个性化医疗的发展，也将深刻改变我们对自身健康的认知方式。

原文链接：https://bradleywoolf.com/links-1/sequencing-my-own-dna-at-home