三代测序仪

p 　　中美科学家近日联合在生物医学杂志BioRxiv上发表论文，展示了使用深圳瀚海基因GenoCare第三代单分子测序仪完成的大肠杆菌基因组测序，准确率达到99.7%，表明这是目前准确率最高的第三代测序仪。18日，这款桌面式测序仪研发带头人，南方科技大学80后教授贺建奎告诉记者，这是目前唯一可以应用于临床医学的三代基因测序仪。 /p p 　　贺建奎介绍，第一代DNA测序技术2001年完成首个人类基因组图谱，耗时3年，花费数十亿美元 二代测序技术将一个人基因组测序的时间和费用降为1周以内和1000美元 而他们的三代测序仪可在24小时内完成这一工作，费用降至100美元。 /p p 　　贺建奎说，瀚海基因GenoCare第三代基因测序仪的核心技术为单分子荧光测序。他们在光学技术领域实现突破，使用全内反射成像方法，能够实现对单个荧光分子的检测，无需像二代那样靠聚合酶链式反应PCR扩增，将待测基因扩增几十万乃至上百万倍，来提高基因诊断的灵敏度。瀚海基因GenoCare测序仪让基因测序成本大幅度下降。凭借这个“绝技”，瀚海基因自主研发的通用测序试剂盒已经顺利完成第一类医疗器械备案并审核通过，成为首个通过我国医疗器械注册备案的三代单分子测序系统试剂盒。 /p p 　　北京基因组研究所研究员于军说：“这款设备不仅克服了单分子测序相对低通量的缺点，也提供了RNA直接测序的可能性。其应用将覆盖科研和临床两个领域，商业前景无限。” /p p 　　这是深圳本土原创的一项国际级重大科技成果，其创始团队成员平均年龄只有28岁。 /p

p 　　在国家重点研发计划“蛋白质机器与生命过程调控”重点专项以及深圳市孔雀团队的支持下，南方科技大学贺建奎教授的团队经过刻苦攻关，成功研发出具有完全自主知识产权的亚洲第一台第三代基因测序仪GenoCare并批量投产。 /p p 　　基因测序仪是基因行业上游的核心。我国的基因测序仪基本依靠进口，每年向欧洲、美国支付上百亿的试剂费用。目前全球应用最成熟的是二代基因测序技术，第三代基因测序技术正在兴起。贺建奎教授团队研发成功第三代基因测序仪GenoCare，是当今世界上准确率最高(准确率达99.9985%)的第三代测序仪，并且率先在全世界取得政府医疗器械证备案、初步实现产业化并已应用于临床检测。该测序仪开发出基于全内反射先进光学的技术，可检测到单个DNA分子的微弱信号，读取DNA序列编码，为健康和疾病提供解读和诊断信息，其技术水平在亚洲乃至世界都居于领先地位。 /p p br/ /p

近期，我国首部生物经济五年规划——《“十四五”生物经济发展规划》发布，这标志着生物经济成为了一种全新的经济形态。《规划》指出，要开展前沿生物技术创新，加快发展高通量基因测序技术，推动以单分子测序为标志的新一代测序技术创新，明确鼓励探索第三代测序技术，将其作为有效补充，为二代测序范围外的复杂基因突变类型寻求新的解决方案。事实上，三代测序近年来热度颇高，已引发了整个行业的关注，不少企业正积极布局。在二代测序已成红海的当下，大家开始向三代测序寻求答案。那么，这条探索之路应该如何走？6月8日晚，贝瑞基因董事长、总经理高扬博士，PacBio太平洋生物科技总经理吴应光，兴业证券大健康研究中心总经理、医药行业首席研究员孙媛媛，易凯资本合伙人李钢做客华夏大健康会客厅，共同探讨了如何在生物经济时代抢滩三代测序等前沿话题。此次会客厅由华夏时报社总编辑助理、大健康新闻部主任陈岩鹏主持。三代测序具有高成长性陈岩鹏：三代测序是贝瑞基因布局的重点，在这个领域贝瑞基因非常有前瞻性，早在2019年就宣布与美国知名三代测序企业PacBio太平洋生物科技就第三代测序仪的开发及临床推广达成长期合作，双方联合开发第三代测序平台。那么高董您认为，贝瑞基因是因循怎样的思路和规划在布局三代测序，未来临床转化的发力点又是什么？高扬：我们布局三代基因测序领域，实际上经过了长期调研。我想说明的是，一代、二代、三代测序技术，不像其他领域是向下兼容，而是各有技术特点，互为补充。贝瑞基因长期从事罕见病和基因病的诊断，在这个过程中我们发现，有些基因病用一代、二代测序得不到有效解决，更别说性价比。因此我们下定决心，希望用这个世界上最成熟、最稳定的三代测序技术为临床带来更多的诊断方法。我们在三代测序的布局实际上是科研先行、硬件提速、产品落地的状态。三代测序在科研领域经过了很长时间的发展，有大量科研文献，在相关领域形成了技术层面的论证。贝瑞基因和PacBio研发的硬件平台，目前进入医疗器械注册临床试验阶段。在硬件基础上，我们开发了地中海贫血基因检测试剂盒，现在也进入了临床试验阶段。我们观察到，中国临床市场对三代测序产品的接受程度非常高。未来我们不仅要研发优质的产品，也要为中国人带来性价比更适宜的产品，我们有信心做好相当体量的基因病患者的筛查和诊断。陈岩鹏：PacBio太平洋生物科技是高质量测序的先进供应商。高保真长读长的三代测序，技术层面有其独特优势，那么生物经济时代，对于技术创新有了高维度要求，吴总您认为三代测序技术层面将面临的最大难题是什么？吴应光：三代基因测序非常独特，它读的很长，读的很准，它不仅能够解决诊断的问题，将来还会参与解决治疗问题（如基因治疗）。2003年，科学家公布了当时被称为完整的人类基因组序列，但其中有大约8%空白区域没有序列数据，这主要包括高度重复DNA片段的区域以及着丝粒等高GC含量的区域。直到近20年后的2022年年4月，《科学》杂志连续发布6篇论文报告，公布了首个完整无间隙人类基因组序列，填补了近20年来缺失的“拼图”碎片，主要归功于三代测序技术的大幅发展。三代测序技术也大幅提升了基因检测技术解决临床问题的能力，以罕见病诊断为例，常规的二代测序技术基本上只能够解释约33%的罕见病病例的致病机理，而PacBio与美国Children’s Hospital Mercy的合作揭示，PacBio的HiFi测序因为其SNV，Indel，SV，以及甲基化的出色表现，有望将这一百分比提升至67%。陈岩鹏：都说拥抱趋势才能赶上风口，作为二级市场的研究人士，孙总您如何看待三代测序整体市场在生物经济时代的发展趋势和特点？孙媛媛：我们投资领域确实非常关注三代基因测序，未来也会有更多的资本涌入这个赛道。从二级市场维度来看，我认为测序板块具有很强的成长性，是一个长坡厚雪的赛道。这个赛道的成长性主要来自两点，首先它具有宽广的边界，这决定了其有一个长期较大的发展空间；第二它属于密集创新，决定了它有较高的成长性和丰富的业态。未来一级市场也会有一大批测序项目涌进来，那时这个赛道会获得更高的关注度和资金支持。目前，人类已经把测序的能力边界从核酸领域拓展到了蛋白质领域。从技术创新角度来看，作为测序中的新兴细分领域，单分子测序的技术创新性更强，技术迭代速度更快，这个领域下游的关注度也非常高，未来在测序这个成长赛道中，大有可为。从全球来看，三代测序市场规模已达到200亿美金。而且目前三代测序仪的渗透率还仅在10%左右，我们认为未来渗透率还会进一步提高。未来若干年，全球测序行业还将保持年均20%的增长速度。此次贝瑞基因和PacBio太平洋生物科技合作的三代基因测序产品，是一个很好的临床转化的案例。陈岩鹏：目前三代基因测序炙手可热，未来市场上关于三代测序的投资并购也会越来越多，从专业的角度，李总，作为投资人的您觉得应该如何判断一个优质的三代测序企业标的？李钢：我接触基因测序的时间还是蛮长的，我认为，一代、二代、三代测序，不像是笔记本的芯片，新一代出来就会把上一代完全迭代掉。其实一代测序在临床应用上仍然很多。比如一代测序过程细致，质控环节多，不容易污染，测序结果也很直观。如果对二代测序结果有疑问，很多时候还会跟一代测序结果去比对。一代测序在某一些场景下还是金标准。但是一代测序，有一个非常大的问题，就是耗时长、成本高，所以，后来二代测序慢慢崛起。第二代基因测序技术逐步走入大众视野，第二代基因测序技术以Roche公司的454技术、Illumina公司的Solexa、Hiseq技术和ABI公司的SOLiD技术为代表。第二代测序法首先要将DNA随机切割成小片段，然后在这些小片段分子的两端连接上接头（adapter）制成DNA测序文库。与第一代测序仪的区别在于，第二代测序仪采用的是合成测序法，即边合成边测序，在通过聚合酶或连接酶不断地延伸引物获得模板序列的同时，对每一轮反应的结果进行荧光图像采集、分析，最后获得全序列的测序结果。测试速度快，成本低，并且保持了高准确性。当然二代测序仪也有其缺点，由于其将DNA切割成小片段后扩增读取的技术路线，测序的读长较短，而且在扩增过程中也会给测序带来各种误差。第三代测序技术是指单分子测序技术。DNA测序时，不需要经过PCR扩增，实现了对每一条DNA分子的单独测序。第三代测序技术也叫从头测序技术，即单分子实时DNA测序。第三代测序技术原理主要分为两大技术阵营：第一大阵营是单分子荧光测序，代表性的技术为美国螺旋生物（Helicos）的SMS技术和美国太平洋生物（Pacific Bioscience）的SMRT技术。第二大阵营为纳米孔测序，代表性的公司为英国牛津纳米孔公司。三代测序的研发需要大量的资金支持。我做了统计，从2019年到今天，三年多的时间，规模以上的融资大概发生了24起，总额在120亿人民币上下，因此不管是从金额还是数量上，这三年里，三代基因测序领域的增长非常快。测序仪国产化提速陈岩鹏：我们看到贝瑞基因正在和PacBio联合开发三代桌面测序仪，当下测序仪国产化的话题关注度很高，高董您觉得如何在生物经济时代进一步为测序仪的国产化提速？高扬：既然提到国产化，我认为前提是必须充分了解中国市场。今年1月，我们与PacBio开始联合研发三代桌面测序仪。为什么要做这件事？因为中国的临床市场是多层次的，要用硬件、用适宜的试剂盒来满足多层次需求。我们经过调研得到一个结论：广大临床市场只需测序仪满足某几个固定方面的应用。比如，三代测序仪在临床主要是针对结构复杂的变异等，对测序量要求不大，但对测序质量、数据解读的直观性要求较高。另外，中国广大医院对于基因病的诊断能力依然在提高中，对桌面型测序仪有比较大的需求。等到三代桌面测序仪研发成功，会率先在中国市场以国产化的形式上市。提升国产化进程，从贝瑞基因的策略来说，这个领域相对很新，临床转化上就全世界而言，我们都走在前列。我们选择最好的技术合作伙伴，定位研发适宜中国市场的硬件平台和试剂盒。只有满足中国临床需求，提升国产化的努力才会有回报。一旦满足了需求，三代基因测序市场，临床级别的增速将远远超过科研级别。希望未来在三代测序领域，我们能成为技术的开拓者、市场的推广者、硬件国产化的中坚力量、临床与患者之间的桥梁。陈岩鹏：从技术和应用的角度，吴总您认为三代测序仪未来的方向将是怎样，比如小而美是否会成为大潮流？吴应光：临床实践表明，三代测序可以提供一个更高的卫生经济学结果。就以贝瑞基因正在推进的第三代地中海贫血病基因检测为例，这是国内首个基于三代测序技术在临床应用的检测产品，到目前为止，我们的临床测试显示，检出率几乎是100%，有很多一代或者二代都无法检测到的变异，都是三代测序检测出来的。二代三代并不是完全迭代或者替代的过程，我认为三代的技术不会停留在小而美的阶段，因为它确实可以提供更多的回答，提供更高的卫生经济价值，它势必会到主流的应用上。陈岩鹏：三代测序因其特点，被视为打开大门的新钥匙，那么在孙总您看来，三代测序会为整个行业带来怎样的“鲶鱼效应”？孙媛媛：目前已经能够看到“鲶鱼效应”。就全球测序将近200亿美金的市场里，下游发展的速度高于上游，按照最新的数据测算，下游在市场里大概占到了七成。在下游市场中，临床端的市场增速高于科研端，测序下游的应用场景非常多元，临床端除了大家比较熟悉生殖健康，还有肿瘤、罕见病、代谢免疫等。而三代测序的一个能力特点就是和很多细分领域都有比较好的匹配度。未来，三代测序在下游细分领域的渗透值得期待。陈岩鹏：近年来，三代测序的市场热度越来越高，行业也需要快速健康有序发展，李总您对政策层面有些怎样的建议？李钢：就监管政策而言，我觉得应该给这些科技属性的创新企业更宽松的环境。在对企业临床试验标准严格的基础上，给予企业在技术上、政策上甚至资金、上市等方面一定支持。让技术更快地应用到临床陈岩鹏 ：随着三代测序的飞速发展和市场规模的不断扩大，大家认为自己的企业在这个过程中都分别扮演什么样的角色？高扬：三代基因测序领域，目前来说，从科研到临床转化是趋势。贝瑞基因是长期在这个基因测序领域的临床应用方面转化和布局的企业，我们非常希望能够抓住甚至是引领三代基因测序。在临床转化的这个浪潮中，我们希望能够成为三代测序技术的开拓者、市场的推广者和硬件国产化的中坚力量。我们非常希望能够利用三代基因测序这个技术平台开发出大量的适宜中国市场的基因诊断和基因筛查的产品，贝瑞基因要做好临床和患者之间技术桥梁的这个角色。吴应光：PacBio从2019年推出高保真测序技术之后，我们的业务中心逐渐从传统的纯科研，特别是动植物领域转向人类医学健康领域。我认为，PacBio还有很多非常有价值的事情可以做。第一，现在人类基因组的相当多的参考基组或者各种数据、模型，基本上都还是建立在ngs二代测序的基础上的，随着完整人类参考基因组的建立，现在有很多类似于叫泛基因组，就是我们称作为疾病相关数据库的更新，会让我们下游的临床应用更加精准。第二，我觉得可以更多的参与到人类基因临床科研以及健康诊断行业中来，与贝瑞基因深度合作，能够让技术更快地应用到临床中。孙媛媛：从二级市场投研的角度，我们的使命是发掘优质的企业，跟优秀的企业一同成长，让企业的市场估值和企业价值匹配。目前我们也拥有非常强大的团队，我们团队现在有20个人，团队里的博士也是在美国攻读相关测序专业。三代测序，是我们团队长期重点关注的方向，未来也希望可以承担企业和市场之间桥梁的作用，让更多的二级投资人去了解三代测序的潜力和价值。李钢：我们投行作为资本和实业企业中间的桥梁，拥有国内最大的医疗健康团队，有70多人，都是专注在医疗健康领域。大部分人有生物学、医学等专业背景。所以，我们希望借助我们对资本、对行业、对技术的熟悉，能够让资金、资本有效的实现配置，然后让这些有前景的技术、有发展潜力的公司得到尽快的发展壮大，为中国甚至全球的病患提供更多的新医疗技术和救治手段。孙媛媛：我们比较关注三代测序，下游的应用场景假设做一个排序，您觉得下一个场景会是哪些？高扬：三代测序首先是拿出来解决下游相对比较明确的一些基因病的筛查和诊断。未来的临床场景，我们是非常希望做到一个全基因病的筛查和未明确疾病的诊断。吴应光：除了讨论过的诊断外，我认为三代测序，在接下来的治疗，特别是基因治疗领域，还有相当大的前景。陈岩鹏：能否用一句话描述一下您心中三代测序技术的未来？您对它的最大的期待是什么？高扬：三代基因测序为我们基因行业打开一扇全新的大门，我非常期待三代基因测序为全行业的从业者带来一些新的思路、新的方法和新的答案。吴应光：因为三代测序是典型的单分子实时测序，所以它的速度其实非常之快，我们希望在这个领域能够进一步有所突破。孙媛媛：希望三代测序，未来能够做到二代做不到的事，开拓出纯增量市场。李钢：我期待三代测序的技术也好，平台也好，能够更准、更快、更便宜。