低成本测序

p 　　中国首个应用于临床的第三代测序仪投产，有望把一个人的全基因测序成本从1000美元降至100美元，但仍需进一步完善相关技术。 /p p 　　7月31日，南方科技大学生物系80后教授、瀚海基因创始人贺建奎宣布，自主研发的第三代基因测序仪GenoCare正式投产，首笔订单达到700台测序仪。 /p p 　　21世纪经济报道记者独家获悉，该笔订单合同期三年，购买方包括国内外研究机构和医疗机构。目前测序仪已在科研市场应用，但投入临床市场所需的批文还在申报中。 /p p 　　贺建奎表示：“我们使用单分子测序，不需要扩增，并可大幅降低试剂消耗量，同时，所有试剂、仪器都在国内生产、集成和组装，成本因此降低，一个人的全基因组测序价格可降到100美元。” /p p 　 strong 　截至目前，全球自主研发三代测序仪的企业只有三家，另外两家分别是美国Pacific Biosciences和英国Oxford Nanopore Technologies。 /strong /p p 　　过去的十余年里，三代测序主要在科研市场崭露头角，但因错误率高、成本高等原因始终未能进入临床市场，更谈不上产业化。 /p p 　　目前，基因测序市场的主流是二代测序，三代测序的样本量、数据量需要积累，中下游应用开发也刚起步。即便是应用相对广泛的二代测序，在各病种的覆盖率也不算高，三代测序的普及之路更为漫长。 /p p strong 　　研发破壁 估值15亿 /strong /p p 　　瀚海基因已开始在罗湖莲塘工业园建设1万平米的第三代测序仪生产线，建成之后产能将达到每年1000台，产生50亿元价值。 /p p 　　“除团体订单外，我们的测序仪没有公开发售，价格还不能透露，”贺建奎表示，“目前已进入小批量试产阶段，年底生产线建好后可以大批量生产，年终可接受国内外医院、科研机构订单，到明年年初，群众就能用到三代测序服务了。” /p p 　　深圳一名熟悉瀚海基因的投资机构合伙人告诉21世纪经济报道记者：“瀚海基因的技术是吸收后创新。” /p p 　　记者了解，贺建奎在斯坦福大学的导师斯蒂芬· 奎克教授是一位拥有12家公司的企业家，也是世界上首个第三代单分子测序仪Helicos的发明人。资料显示，Helicos公司于2004年创办，并于2012年破产。 /p p 　　也是在2012年，贺建奎完成斯坦福大学博士后研究员的工作，回国入职南方科技大学，成为该校生物系第一位教师。同年，他创办了瀚海基因，启动国产三代测序仪研发。 /p p 　　起初行业内外对这一项目并不看好，瀚海基因前4年也一直没有销售收入，研发遭遇资金危机，两次险些关门倒闭。贺建奎直言：“一开始见了20多位风险投资人，无一例外都被拒绝，理由之一是当时还没有在职教授创业的例子。” /p p 　　另外，测序仪研发难度非常大，国产三代测序仪更是首次尝试。贺建奎指出：“基因测序的样品前处理非常复杂，耗费时间、人力，还需要有后续的生物信息及专业人才。三代测序仪要把这些集成在一起，改变二代测序的半自动场景，测完自动完成生物信息学分析，难度不小。” /p p 　　测序仪研发对人才要求很高，其涉及光学、流体、化学、分子生物学、生物信息学和精密机械等，需要多学科交叉知识和人才。 /p p 　　即便到了今天，瀚海对人才的渴求依旧跃然纸上。记者获悉，与生产线同时启动的是瀚海研究院计划，预计未来5年引入至少50名遗传解读分析专家以及50名医学专家(包括生殖、肿瘤、传染病等各学科)。 /p p 　　2015年，瀚海基因终于拿到第一笔大额融资——南京中正科技投资1700万元，同年，瀚海基因发布了GenoCare原理样机。此后，公司身价一路水涨船高，目前共获得5轮、2亿元风险投资，测序仪虽未真正走向市场，但估值已达15亿元。 /p p 　　深圳一名中小企业投资机构负责人告诉21世纪经济报道记者：“去年11月我们去看的时候，估值已经10亿元了，项目还很早期，对我们来说太贵，投不起。” /p p 　　 strong 产业化起步 大幅降低成本 /strong /p p 　　采访过程中，贺建奎多次提到，降低临床基因测序成本，这也是二代测序仪的发力方向。 /p p 　　原中国科学院北京基因组研究所副所长于军指出：“第一代测序仪测一个人的基因组测序接近30亿美元，第二代降到1000美元，第三代使用单分子测序，不需要扩增，价格有望降到100美元。”业内将其称为摩尔定律，以说明价格急剧下降趋势。 /p p 　　翻看基因测序成长史，第一代测序技术主要基于Sanger双脱氧终止法的测序原理，结合荧光标记和毛细管阵列电泳技术来实现测序自动化，基本方法是链终止或降解法，人类基因组计划就是基于一代测序技术。 /p p 　　第二代测序技术设备供应商主要是Illumina，业内普遍认为，其市场占有率达到70%。今年年初，Illumina公司宣布推出NovaSeq系列测序仪，据称，其简捷操作、低成本及灵活性有望将基因组测序成本降至100美元。 /p p 　　根据Illumina2017年第一季度财报，Illumina共收到135个NovaSeq测序仪订单。不过，中国科学院院士陈润生指出：“NovaSeq系列测序仪的使用窗口目前没有开放。” /p p 　　国内基因企业也在通过技术合作、收购等方式破壁测序仪国产化。如Illumina和贝瑞和康、安诺优达开发了一款适用于无创产前检测的二代测序仪NextSeq CN500和NextSeq 550AR，并已获得CFDA批准。 /p p 　　华大基因通过收购的方式布局，先后推出三款国产二代测序仪。华大基因CEO尹烨此前向21世纪经济报道记者透露：“算上临床机构、科研机构和友商，国内应该已经超过两百多台我们的测序仪在‘服役’了。” /p p 　　第三代测序技术原理最早发表于2003年，后来，Pacific Biosciences和Oxford Nanopore相继入局，Pacific Biosciences于2015年10月推出小型单分子测序仪Sequel。一名基因测序公司技术总监告诉记者：“中国市场目前唯一的三代测序仪就是这家公司提供，也是针对科研市场。” /p p 　　英美测序仪的研发起步虽早，但进展一直缓慢，临床应用更谈不上。瀚海基因化学部副总监赵陆洋告诉21世纪经济报道记者：“三代测序仪很受科研市场欢迎，因其提供了RNA直接测序的可能性，这是二代测序做不到的。” /p p 　　上述投资机构合伙人表示：“科研型测序仪对易用性、可靠性要求低一些，对可调节因素要求高一些，也不需要申请注册证。相比之下，临床市场的门槛高很多，空间也比较大。” /p p 　　虽然瀚海基因对自己的测序仪信心满满，但在评价一款基因测序仪的三大核心指标：通量、读长、准确度方面，瀚海基因却三缄其口。 /p p 　　据贺建奎介绍，GenoCare第三代基因测序仪的核心技术为单分子荧光测序，此项技术使用全内反射荧光成像方法，能够检测单个荧光分子，无需PCR扩增。 /p p 　　资料显示，二代基因测序技术在上机测序前需要对样本进行PCR扩增，可以在试管里、在很短的时间内，将待测基因扩增50万倍乃至上百万倍，这能提高基因诊断的灵敏度，但带来问题是实验要求比较高，成本也居高不下。 /p p 　　同时，贺建奎团队联合中美两国科学家协作使用Genocare对大肠杆菌测序。数据结果显示，Genocare与测序行业龙头Illumina生产的MiSeq二代基因测序仪的一致性达到99.7%。 /p p 　　“预计明年年初会公开发售价格。临床实验也已经启动了，在走试验、申报流程。其他领域如科研市场不需要医疗器械证就可以使用，这些领域已经有我们的测序仪在应用了。”贺建奎说。 /p p 　　 strong 应用存短板核心部件依赖进口 /strong /p p 　　研发出三代测序仪后，瀚海基因一面要推动大批量生产，一面要开拓中下游。 /p p 　　目前，基因测序已形成了明确的产业链分工：上游为设备和耗材供应商 中游为第三方测序服务供应商，需依赖设备投入、运营管理与终端维护开发 下游为生物信息分析服务商。 /p p 　　贺建奎阐述了瀚海基因的商业模式：“中游的应用开发比如肿瘤基因检测、遗传基因检测、传染病检测，通过合作伙伴来完成。希望越来越多的测序服务公司和相关的机构在我们测序仪上开发各类疾病检测，形成生态圈，并且通过他们或者其他人把测序仪销售到医院。” /p p strong 　　上下游企业的互相“成全”，也是Illumina和华大基因成长的路子。 /strong /p p 　　前述投资机构合伙人指出：“华大基因向Illumina购买了100多台测序仪才成为第一，华大基因也通过这些测序仪开发出了很多服务。测序仪未来的销售量如何，可能要依靠整个行业，包括合作伙伴、临床以及科研机构有没有充分地把临床意义和科研意义发挥出来。” /p p 　　记者在瀚海基因测序仪上市发布现场注意到，华大基因、北科生物、从事体外诊断的安图生物等都有相关负责人到场，这些都是瀚海的潜在合作伙伴。 /p p 　　不过，是否牵手瀚海基因还需要考量。一家生物技术公司产品部负责人告诉21世纪经济报道记者：“瀚海的测序仪一次只能测一个人的全基因组，Illumina的人数会多一点。另外，现在体外诊断主要还是对已知疾病的检测，瀚海基因主要是早期筛查，这虽然是趋势，但目前市场有限，二代测序也很早就在做了，样本和数据更多。” /p p strong 　　而更多的挑战还是来自老问题：错误率高。 /strong /p p 　　兴证医药研报指出，第三代基因测序单读长错误率依然偏高，在15%-40%，二代测序的错误率低于1%。前述中小企业投资机构负责人告诉记者：“单分子测序不需要切断DNA和RNA序列，看重对碱基对一下子读下去能读多长，而影响读长的一个是机器，一个是生物合成酶。” /p p 　　广发证券也指出，单分子测序可收集到的信号非常弱，这对光电元件提出很高要求，虽然目前部分仪器已经实现商业化，但离理想状态还有较大距离。另外，还有测序通量不高、插入缺失错误等不足之处，这都影响了三代测序的推广。 /p p 　　值得一提的是，与其他国产测序仪一样，瀚海基因测序仪核心零部件依旧需要进口，例如光学系统中的部分核心器件来自日本、德国，测序芯片和微流控系统需来自新加坡、美国。 /p p & nbsp /p

DNA结构的发现极大加速了生物遗传学的发展进程，从器官、组织、细胞的研究层面一举迈向了更为微观的分子层面。基因测序正是一项可破译当中所蕴含遗传信息的重要技术，从科研到临床，从医学到农业等其他应用范畴，均可见到基因测序的身影，其广阔发展前景对改善人类生活的影响不亚于脑科学、人工智能等前沿技术。基因测序仪是实现该过程的核心工具。目前测序仪技术已经发展到第四代，又称为纳米孔测序技术。继英国公司Oxford Nanopore Technologies（ONT）率先推出商业化纳米孔测序仪后，我国也有多家企业投入这一技术领域，且近两年不断有国产纳米孔测序仪推出的消息。近期，第四代基因测序企业安序源宣布推出纳米孔测序仪新品AXP100-RS，在其介绍手册上，显示该产品主要亮点为“超低成本”和“长读长”。那么，相较于其他代际测序技术，第四代测序技术有何技术特色？安序源发布的这款测序仪相较于其他同类产品有何不同？能够解决测序产业存在的哪些痛点？就以上问题，仪器信息网向安序源进行约稿。以下内容为安序源产品总监涂浩波撰写。5月28日，超低成本纳米孔测序仪AXP100-RS发布现场半导体×基因测序，创新价值仍有巨大的发挥空间将半导体技术引入基因测序领域，安序源并非是第一个“吃螃蟹”的。这种将芯片检测取代光学检测的技术思路有别于二代测序（NGS），是一种经济、快速、简单、规模可扩展的测序方法学，近些年已被科研界所采用。然而能让测序技术如同生化免疫一样获得大范围普及，这些突破远远不够。开机成本降至多低可以摊薄用户使用成本使其应用至基层乃至社区？测序读长、精度、效率如何同时兼顾？这些难题既是测序从业者的桎梏，更是测序创业者的动力。安序源创始人也正是如此。作为半导体专业出身，并在职业生涯中深耕基因测序十余年的安序源创始人田晖博士，其跨界的复合型产业积淀，更深刻体会到了测序产业的发展痛点和瓶颈，希望进一步借助半导体技术实现真正意义上的测序技术革新，推动测序产业加速普及。这也是安序源创立的初衷。定义第四代测序技术，测序成本直线下降从创立至今，安序源明确以创新研发为创业根本，数年来几乎都在埋头苦干。芯片的反复测试升级，纳米孔电信号检测的性能验证，仪器整体的结构设计……这些难点正在逐一被攻克。也为此，安序源在中美两地建立了三大研发中心，建立了一支人员占比超过70%的专业研发团队，以奠定研发重要根基。春种一粒粟，秋收万颗子。刚刚在CACLP重磅发布的超低成本测序平台AXP100-RS，正是安序源AXP100系列产品的拳头产品，其使用的硅基芯片作为承载基质，通过独创的交流电阻抗的方式检测信号，这是安序源有别于主流二三代测序产品的技术路径，可有效降低成本。据涂浩波介绍，安序源之所以能喊出“超低成本”这个口号，源自于对芯片技术的底气，目前安序源推出了全球唯一量产的12英寸纳米孔测序晶圆，单芯片数据产出高达100G，测序成本可直线下降至0.3美元/Gb数据的水平，这是一个足以撼动测序产业格局的成本水平。12英寸纳米孔测序晶圆除了成本这一关键因素之外，安序源蓄力开创第四代测序独特技术路线，以打造低成本、长读长、高精度、检测快、高通量一体的五边形产品，全力满足测序产业未来发展需求。测序终局革命性解决方案极力推动测序应用合作，加速测序应用拓展基于第四代测序平台取得的突破性成果，其在生殖遗传、传染病防控、个体化治疗、肠道微生物等均具备深厚的应用价值，安序源也正勠力推动应用性的拓展范围，希望加速科研及产业界成果的诞生。据悉，安序源与国内外各大高校研究机构等合作方均保持紧密联系，未来有望孵育出良好的应用空间，以充分发挥四代测序重要作用。打破技术壁垒，让测序无国界近年来，国产替代成为诊断行业的大势所趋，测序仪作为一款高端精密仪器更是行业焦点。安序源作为一家创立于美国、成长于中国的生命科技企业，未来希望能在全球化浪潮中迎来更多元化的前进方向，让高可及性测序技术在全球落地发芽。最后，涂浩波表示，安序源目前取得了一点成绩，但测序创新之路漫漫，持续升级测序芯片通量并进一步降低成本、打造测序全流程一体机、开发多组学检测解决方案等均为安序源的长期规划，安序源也欢迎关注测序产业发展的人士，持续支持、共同让这些发展方向早日实现。“万物测序，想测就测”——这是安序源正在描绘的测序未来图景，相信也是所有测序从业者的共同心声。第六届基因测序仪网络大会预告！7月12-14日，六大主题，呼朋唤友，一起报名吧！点击图片免费报名点击链接进入会议官网：https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/geneseq2023/

美国当地时间2月7日，在AGBT（Advances in Genome Biology and Technology，基因组生物学技术进展会）上，华大智造重磅发布超高通量测序仪DNBSEQ-T20×2。该产品每年可完成高达5万例人全基因组测序，创造了全球基因测序仪通量的新纪录；单例成本低于100美元，实现了最佳的规模成本，为行业构筑了一款超强生产规模的“超级测序工厂”。华大智造首席科学家Rade Drmanac博士（左一）2003年“人类基因组计划”宣告完成，这二十年间，伴随着核心工具自主可控与核心技术的不断进步，基因测序通量及成本以 “超摩尔定律”的速度发展。华大智造DNBSEQ-T20×2的诞生，也标志着：一个人的全基因组测序成本从30多亿美元降至100美元以下，基因科技普惠人人真正照进了现实。华大智造首席科学家Rade Drmanac博士在发布现场表示：“华大智造始终秉持‘创新智造引领生命科技’的愿景。今天，我们正式推出开创性的‘超级测序工厂’——DNBSEQ-T20×2超高通量测序仪，我们衷心希望它能够为全球基因科技的发展和普及赋能，加速人类在基因组学领域的理解和医学应用的进展，造福人类健康。”超高通量！每年完成高达5万例人全基因组测序在DNBSEQ-T20×2所构建的“超级测序工厂”中，配备了开放式的并行处理系统，它可以在短时间内将测序生产规模提升至新的量级，同时支持6张超大尺寸的测序载片上机运行，每张测序载片既能独立运行不同的测序读长和测序应用，还能够支持混合测序，最大程度提高测序效率和测序规模。一台DNBSEQ-T20×2单次运行通量达42Tb（PE100）或72Tb（PE150），是常规超高通量测序仪的4.5倍至7倍。以PE100为例，单次运行可产生最高42Tb的数据、相当于420例人全基因组（WGS，30× Coverage）。按照全年300个工作日计算，DNBSEQ-T20×2每年可完成高达5万例人全基因组测序。超低成本！单个人全基因组测序成本低于100美元基于华大智造独有的DNBSEQ原理，DNBSEQ-T20×2采用了创新的浸没式生化反应技术，即直接将载片浸没在试剂槽中进行生化反应，反应均匀且稳定；同时试剂槽中的测序试剂可以支持载片的多次浸泡，从而实现了将耗材成本降到极致的目标。在完成5万例人全基因组测序基础上，将单个人全基因测序成本降低至100美元以内。延续DNBSEQ测序平台的技术优势，再加上高准确性的碱基识别和拷贝数校正算法，DNBSEQ-T20×2的测序质量表现优异，测序准确性高，数据序列重复率低、有效数据利用率高。超大规模！快速启用的一站式“超级测序工厂”DNBSEQ-T20×2作为一款具备超强生产能力的测序设备，如何满足大人群基因组，尤其是百万级别国家基因组项目快速启用的需求呢？在朝着“生命科技核心工具缔造者”目标迈进的过程中，基于对测序全流程的理解与深耕，华大智造DNBSEQ-T20×2为超大规模的基因组项目提供可选的一站式工具包，包括样本制备系统及试剂、自动化建库设备、建库试剂，以及一系列支撑海量数据处理的工具和模块，如：具备Pb级数据存储和生信分析加速处理能力的ZTRON Pro，以及可实现样本管理、实验室生产、基因数据管理的ZLIMS Pro+。目前，基于T20平台可展开WGS、WGBS、单细胞测序和时空组学测序等多种应用，能更好地满足基于超高通量测序的科学研究与临床研究的需求，推动基因组学、多组学和时空组学的大规模测序研究项目的展开，为基因科技的未来提供更多可能。基于独有的DNBSEQ测序技术打造的超高通量测序平台，华大智造在全球范围内支撑、赋能多个国家级别基因组项目顺利开展，包括助力阿联酋启动全球首个 “全民基因组计划”、印度尼西亚首个“国家基因组计划”、和“泰国基因组学综合行动计划”等。DNBSEQ-T20×2 的诞生，也将进一步满足更多大人群基因组项目对更高通量、更低成本以及更大规模的需求。速度王者！中小通量DNBSEQ-G99在美发布值得一提的是，华大智造在AGBT现场宣布在美发布G系列的最新型号测序仪DNBSEQ-G99，该款基因测序仪是全球同等通量测序仪中速度最快的机型之一，特别适用于靶向基因测序和小型基因组测序，数据产出速度快、质量高。整机通量8-48Gb，突破性地实现了12小时、PE150测序数据的产出。生命时代，未来已来。华大智造此次发布超高通量测序仪DNBSEQ-T20×2，进一步夯实、丰富了其覆盖高中低通量的全测序产品线。同时，在超高通量领域，它打破了常规测序仪的生产能力，旨在为全球用户提供超高通量、超低成本、智慧集成的强大工具，秉承着造福人类卫生健康共同体的理念，加速人人基因组时代的到来。