基因测序仪中文测序原理

随着基因组检测技术的迅猛发展，人们对疾病的认知提升到一个新的高度。对遗传物质的正确解读可为疾病的防治提供重要的信息，由此产生了一门新的学科——遗传咨询，新兴的金领职业“遗传咨询师”正在受到妇幼医生、儿科医生、生命科学院毕业生、分子诊断实验室、医院及第三方检验科室工作人员等群体的追捧。　　《瞭望东方周刊》：解码遗传咨询师　　不仅在医疗界受追捧，遗传咨询行业还受到了央级期刊的关注。日前，《瞭望东方周刊》以《解码遗传咨询师》为题详细解析了我国遗传咨询行业的发展现状。《瞭望东方周刊》以典型的孕前检测遗传咨询为例，强调了遗传咨询师的重要性。然而遗传咨询绝不仅限于孕前检测和产前诊断，遗传咨询技术应用极为广泛，遗传咨询所针对的人群也不尽相同。可以是婴幼儿群体和育龄成人，例如对于新生儿代谢缺陷疾病的生化遗传检查；也可以是成年群体，比如各种用药筛选的诊断，常见的如肿瘤用药 甚至可以是健康群体，比如针对某些常见隐形遗传疾病的筛查，以及其他领域的特殊群体，如亲子鉴定、法医学鉴定等。　　遗传咨询师是产业发展的必然，也是人类健康所需　　随着人类基因组计划的完成，基因行业的发展可谓是日新月异。随着基因二代测序技术的兴起与成熟，测序成本大幅减低，基因测序因此从单纯的科研走向了大规模临床应用，迎来了广阔的市场空间。2014年，基因测序设备领域龙头企业Illumina将人类全基因测序的价格降低至1000美金，今年我国一些企业也开始推出自主研发测序系统，目的是降低测序成本，构建良好的行业生态系统。　　与如火如荼的行业生态相比，目前基因消费市场还处于冰海之中，基因测序临床化还存在很多疑点，主要表现在：不了解什么是基因测序?看不懂基因测序结果报告?读懂了检测报告也不知道接下来该怎么做?基因检测要真正惠及全人类，这些问题必须要解决。那么解决这些问题，需要一群专业人士的帮助，他们就是传说中的遗传咨询师。　　遗传咨询师的角色　　遗传咨询师作为揭秘基因密码的专业人士，是链接临床门诊和遗传诊断实验室的桥梁。遗传咨询师必须具有丰富的专业知识、长期工作积累的经验、优秀的沟通能力等。遗传咨询师的工作包括：根据用户的家族史、医疗史和检测目的，给出最适合客户的基因检测产品建议 综合检测报告和所有能获得的信息，评估疾病发生或复发的几率 进行疾病遗传、检测、管理、预防等知识的传授 帮助受试者做出正确的选择，理性面对致病风险，同时疏导检测结果对受试者可能产生的心理问题。　　我国培训体系已建立：遗传咨询分会已举办四届遗传咨询师培训班　　遗传咨询行业在美国已有很多年，但在中国才刚刚开始。基于基因测序技术的迅猛发展以及巨大的临床需求，2015年2月9日中国遗传学会成立了中国遗传学会遗传咨询分会(简称遗传咨询分会)，由著名遗传学家贺林院士出任主任委员。今年8月，贺林院士带领团队与美国两大权威遗传咨询机构的代表——美国遗传咨询师认证行会(ABGC)代表委员、美国遗传咨询认证委员会(ACGC)代表委员在波士顿进行了正式的官方会谈，商讨建立了中美双方在遗传咨询领域的官方合作机制。这意味着我国将出现一批与国际标准接轨的经过专业培训的认证遗传咨询师。　　自成立遗传咨询分会以来，我国举办了四届遗传咨询师培训班。2015年4月22日由中国遗传学会遗传咨询分会主办，复旦大学生命科学院承办的第一届遗传学会遗传咨询师培训班在上海正式开班。此次培训班面向医院的医生、从事临床诊断的实验室人员(出生缺陷和遗传病、遗传综合症、复杂疾病、儿科、产科、肿瘤等科室)、检验师、相关科研和教学工作者，共开设三门课程，分别是医学遗传学(基础篇)，临床医学遗传咨询(各论篇)和遗传检测分析与诊断方法，共8天，72个学时。内容涉及遗传病、出生缺陷、复杂多基因病、个体化用药和基因组转化医学等各方面，并详细介绍基因组时代可用于基因检测和分子诊断的多种技术手段，特别是利用新一代测序仪和基因芯片进行全基因组SNP、CNV、基因表达和突变分析等，同时，进行分子诊断临床实践、报告解读以及遗传咨询等情景案例教学。　　2015年7月14日，中国遗传学会遗传咨询分会在中国遗传学会遗传咨询分会主席贺林院士的牵头下，联合了国家辅助生殖与优生工程技术研究中心暨山东大学附属生殖医院于济南开办了第二届遗传学会遗传咨询师培训班。此次培训班在第一次成功开班的基础上，引进了美国和香港中文大学遗传咨询师培训课程和教学模式，实现与国外相关领域的全面接轨，以主题演讲、病例讨论、学术互动等形式，使学员们通过本次培训，可以获得最新的医学遗传知识，掌握处理存在遗传病风险的患者及其家庭的医学策略，理解包括单基因病、多基因病在内的分子机制，并能解释疾病的遗传机制，理解分子遗传方法的原理，建立发现致病基因的科学策略。　　2015年11月5日中国遗传学会遗传咨询分会第三届遗传咨询师培训班(初级班)在美丽的广西南宁市(邕城)盛大开幕。此次培训班面向具有临床资质的临床医生 医学院或生命科学院本科毕业生 分子诊断实验室，医院及第三方检验科室初级职称者 从事相关专业的科研教学、临床检验、遗传诊断，遗传咨询工作经历2年以上者。　　2015年11月7日由遗传咨询分会主办，中国医科大学附属盛京医院承办的第四届遗传学会遗传咨询师培训班在辽宁沈阳市盛大开幕。内容包括遗传咨询基础理论、遗传咨询临床应用、遗传咨询检测技术和遗传咨询政策法规四个部分。此次培训班将在之前成功开班的基础上，进一步完善培训课程和教学模式，在7天的集中培训后，还设立了3个月的远程培训。远程培训的课件邀请ABGC的授课老师设计，包含多种临床案例的遗传咨询，汇聚了北美遗传咨询师教学的精华案例，使国内的遗传咨询培训第一次和北美遗传培训同步。　　记者了解到，遗传咨询分会目前正在筹备下一届遗传咨询师培训班的召开，这意味着我国遗传咨询师培训体系已全面拉开。　　结语　　高通量测序技术的发展，为遗传病和癌症的预防、诊断和治疗带来了福音。在这些高新技术进入临床实践应用的过程中，逐渐暴露出目前医疗体制和医疗环境的不足，规范指南的缺乏，相关机构和技术人员短缺等问题。其中，最主要的问题体现在临床一线遗传咨询师的短缺和相关知识，尤其是对检测报告的解读、遗传学诊断和临床处理策略方面相关知识的匮乏。因此，加速增加遗传咨询师的培训、认证、岗位设定等内容迫在眉睫。随着国家的高度重视和支持力度的迅速增加，遗传咨询正成为基因测序转向临床应用必不可少的一环。

2024年9月9日，华大集团在25周岁生日到来之际，向全球发布最新测序技术——CycloneSEQ测序技术，两款小而美、小而优，拥有自主产权的新型基因测序仪——纳米孔测序仪CycloneSEQ-WT02（以下简称“WT02”，中文名“梧桐”）、CycloneSEQ-WY01(以下简称“WY01”，中文名“五岳”)首次呈现在世人面前。纳米孔测序仪CycloneSEQ-WT02发布现场伴随全读长时代的到来，生命更加可以测量。华大在“读”生命的工具——基因测序仪领域成为全世界唯一拥有激发光、自发光、不发光三种不同技术路径测序仪的机构，中国将给全世界更多、更新、更好的选择。今年6月，华大智造获得华大序风纳米孔测序产品的全球市场经销权，WT02将于即日起开放订购，WY01计划将于2025年上半年上市。这也意味着，除了DNBSEQ高通量基因测序仪以外，华大智造将为全球用户提供包括纳米孔测序仪在内的多组学工具，为生命科学6D时代注入澎湃动能。华大集团同时发布面向临床的基因检测多模态大模型、面向人人的基因组咨询平台和智能化的疾病防控系统，还正式发起“探极计划”，呼唤全球合作伙伴，共同推动极端环境下的样本采集、科学研究和产业应用。先利其器：读、写、存工具贯穿华大集团联合创始人、董事长汪建致辞上个世纪以来，世界进入大科学时代，科研范式发生深刻变革，一个个大科学计划深刻影响世界力量格局。从DNA双螺旋结构到生命中心法则，从DNA重组到DNA测序，20世纪中叶尤其是人类基因组计划实施20多来，生命科学和生物技术突飞猛进。为了祖国的荣誉，为了破解生命密码，华大于1999年9月9日诞生。怀着强烈的家国情怀，在汪建、杨焕明、刘斯奇、于军4位创始人的倡议和带领下，华大排除万难，牵头承担并圆满完成大科学计划——人类基因组计划1%项目，中国成为唯一参与人类基因组计划的发展中国家，被中华世纪坛青铜甬道永远铭刻。从北京到杭州到深圳，华大诞生25年来，始终坚持大目标导向，坚持“基因科技造福人类”，坚持大平台、大资源、大合作、大场景、大数据、大科学、大产业多管齐下，聚焦生命多组学，聚焦生命科学“读写存”工具的研发、应用，勇于创新，敢于突破，以任务带学科、带产业、带人才，研产学一体化，成为全球领先的生命科学前沿机构，中国也成为继美国之后第二个掌握临床级高通量测序仪的国家，成为多组学这个新的竞赛场地的重要规则的制定者之一。斗转星移。如今的华大集团，全球总部位于深圳，分支机构遍及全国以及全球50多个国家和地区。员工总数约万人，其中国际员工800多人，平均年龄33岁。华大集团由非盈利板块、产业板块构成。非盈利板块包括华大生命科学研究院、华大教育中心、国家基因库（代运营）、GigaScience出版社等，产业板块包括华大基因、华大智造、华大万物、华大营养、华大鉴正、华大细胞、华大序风等，成为一个核酸奠基、自强不息的生命体，也成为基因产业链的链主企业，为中国基因产业降低对外技术依存度、基因科技实实在在造福全人类做出了重要贡献。“从激发光测序仪到自发光测序仪，再到今天公布的不发光测序仪，三类机器，三种不同原理、不同测序方式结合在一块，我们是全世界唯一的一家。在下一个生命时代，我们绝对不能亦步亦趋，要走出一个新的路子，换一种交通方式。我们要飞起来，让“旋风”旋起来，在未来以大数据为基础的生命科学发展、生物经济发展上走出一条引领世界、支撑世界的发展道路。”华大集团联合创始人、董事长汪建在发布会致辞中表示。十年一剑：从“首款”到“首款”华大生命科学研究院院长、华大集团执行董事徐讯介绍新产品凡是生命，皆为序列。130多亿年宇宙史、40多亿年地球史、30多亿年生命史……自有生命以来，所有生命都使用一种语言，即都是由A、T、C、G这4种碱基对组成。一部社会发展史，就是一部科技进步史、一部工具进步史。从最初购买，到后来的引进、消化吸收、再创新，过去十多年来，华大投入上百亿资金，联合上下游产业机构，经过艰苦卓绝的努力，实现生命科学读、写、存工具全贯穿，研制出一系列具有自主知识产权的“大国重器”：“读”工具上，覆盖高中低不同通量，全球最高通量测序仪DNBSEQ-T20X2的单人全基因组检测试剂成本降到100美元以下；“写”工具上，高通量基因合成仪不仅变成现实，还初步实现规模化、商业化；“存”工具上，已经研制出DNA存储设备、生物样本库。在测序技术基础上，华大还实现时空组学技术突破，分辨率达到500纳米，被誉为“超广角百亿像素生命照相机”。共有共为共享，坚持走工程生物学道路，华大智造测序仪已经覆盖70多个国家和地区。从2015年首款自研高通量基因测序仪发布，到如今首款华大纳米孔基因测序仪诞生，自发光、激发光、不发光三种技术路径的测序仪均已问世，十年磨一剑，华大已成为国内首个掌握“短读长”及“长读长”测序工具的机构，也是全球唯一一家掌握超高通量、超低成本、超长读长测序仪的机构， 真正实现了“全读长”测序产品的全周期闭环。基于全新推出的CycloneSEQ测序技术，华大生命科学研究院院长、华大集团执行董事徐讯在发布会上正式带着两款小巧便携的“WT02”及“WY01”测序仪亮相。这两款测序仪在核心技术和关键组件上实现突破，特别是在单芯片孔道蛋白数量、测序速度、测序读长和准确率等关键指标上表现卓越，彰显了其在测序领域的领先地位。“有了工具在手，我们在基础科研、临床应用上不断取得新的突破。然而随着不断探索，我们遇到了到基于DNB的短片段测序仪仍然无法解决的问题。 基因组上仍然有8%的‘暗物质’区域无法检测到；许多微生物基因组GC含量异常，常规测序无法完成组装；现有DNB平台面对复杂结构变异造成的遗传疾病很难解析；也无法实现实时、快速的测序，解决ICU里感染的快速检测需求。面对这些挑战，已有成熟的技术和产品，提升10%，已经是极限。只有打破惯性，寻找提升10倍、甚至100倍的新技术，也许能够更容易、更快地解决问题。”徐讯介绍道。WT02是一款中通量的纳米孔基因测序仪，小巧便携，采用双芯片架构，支持独立运行，具有灵活的通量选择。它的优势可以用三个词概括：全覆盖、快速读和自由测。它不仅能够轻松应对复杂序列的挑战，而且单次测序成本低、无需凑样、随测随停，能实时输出测序结果。WT02在生命科学领域有广泛的应用场景，比如，它能快速识别病原微生物并且快速溯源；准确完整检测复杂遗传病帮助更多家庭；获取基因组图谱推进生物多样性研究等。WY01是一台高通量纳米孔测序仪，配套高通量高密度芯片，不仅具有超长读长和持久续测等性能，更能够全面覆盖复杂基因组序列。它可应用于数据通量需求更高的应用场景，比如大基因组、人基因组重测序、全长转录组测序和表观遗传学检测等。WY01的出现，填补了国内纳米孔测序领域高通量芯片的空白，多项关键性能处于全球领先的水平，它可加速疾病研究和诊断，促进跨学科研究合作，支持生物多样性和生态学研究。如果说WT02可以被喻为“全公路越野车”，稳定且强悍,能够在复杂的样本中精准捕捉细微信息。那么，另外一款纳米孔测序仪WY01更像是一辆全副武装的工程车，其独特的生产能力令人瞩目。这款设备能够在短时间内完成更多的任务，快速而高效地扫描整个基因组。在性能参数方面，两款纳米孔测序仪的测序读长均覆盖百bp至Mbp （1Mbp等于10的6次方）级别的读长范围，可满足从基础科研到复杂疾病研究的广泛需求；在测序时长与速度上，用户可根据实验需求在10分钟至72小时内完成测序，测序速度为350 - 420 nt/s，每分钟可以产生10Mb的数据，并且可实时获取测序序列结果。在测序准确率上，单次测序准确率为97%。在更深的测序深度下可实现99.99%的一致性准确率。 此外，WT02的单芯片孔道蛋白数高达4092个，单芯片实验室最大通量达50Gb（1Gb 等于10的9次方）。WT01在此基础上，单芯片将提供8倍数量的孔蛋白，将达到惊人的3万个蛋白孔，单芯片数据产量将提升到8倍。CycloneSEQ测序平台经过多个用户测试，证实了其卓越的性能和稳定性。该平台在感染疾病诊断中能迅速识别各种病原体，如呼吸道百种病原，同时也能在遗传病诊断中精确检测复杂的遗传变异，如地中海贫血等疾病。在科研领域，CycloneSEQ已经成功完成上千个物种的单菌组装图，并实现了多个动植物染色体级别参考基因组图谱的构建，其中包括首次完成鬃狮蜥Z染色体的完整解析，发现大量的转座单元和频繁重组区域，提示了这个物种潜在的性别决定机制。面对极端GC含量基因组等技术挑战，CycloneSEQ也能实现环状基因组的完整组装。作为深海测序仪系统之一，它在极端环境下稳定运行，并成功地对水体环境微生物进行了原位鉴定。此外，结合时空组学和细胞组学工具等多组学工具，CycloneSEQ提供了多维基因组分析，为推动生命科学领域的发展提供了强大的支持。生态赋能：给世界更好的选择伴随对生命认识的加深和工具的进步，人类在科技创新的精度上显著加强，对生物大分子和基因的研究进入精准调控阶段，从认识生命、改造生命走向合成生命、设计生命，一场多组学革命正在全球范围掀起，世界正在加速进入生物经济时代。 欲善其事，先利其器。2015年，历经引进、消化吸收、再创新的艰难历程，中国首款国产桌面型高通量基因测序仪BGISEQ-500问世。此后将近十年的时间里，华大智造构筑了覆盖高中低不同通量的完整产品矩阵，将基于DNBSEQ技术的“短读长”测序仪带到了全球70多个国家和地区，测序设备新增装机市场份额连续两年位居国内第一，中国国产测序仪在生育健康、肿瘤和传感染疾病防控、慢性病管理等场景，在大人群基因组学、疾控、海关、司法、教育、文物、生态环境、生物多样性等领域得到越来越广泛的应用。作为行业奠基者、引领者，伴随技术带动和外溢效应，中国基因检测行业也得到了长足发展。2024年，随着代表“长读长”技术路线的首款纳米孔测序仪正式推出，华大实现了“全读长”测序产品的闭环。基于前期积累的全球化网络与稳定的物流供应链、完善的售后服务体系，华大将为用户带来更好的体验。华大集团CEO、执行董事尹烨在《生命可测：SEQ ALL》主旨演讲中指出，生命科学领域也有自己的“光刻机”，那就是基因测序仪，而“不能自己造硬件的实验室，可以是一流，却往往不是顶尖。”他特别提到了行业有关“测序技术代际关系”的描述常常存在“误解”，他认为“测序从不分代，只是技术路线不同。能解决问题的，就是好技术。”华大集团CEO、执行董事尹烨做主旨演讲尹烨表示：“在过去的20年间，基因测序成本下降为千万分之一。短短9年的时间，我们从‘给世界多一个选择’，到如今实现 ‘给世界更好的选择’。100美元个人全基因组已经由华大团队率先实现，而10美元基因组，我们已经在路上。”伴随学科交叉融合的不断发展，科学技术和经济社会发展的加速渗透融合，科学研究也正向极宏观拓展、向极微观深入、向极端条件迈进、向极综合交叉发力，不断突破人类认知边界。华大人的“足迹”，也正不断向极端环境迈进，已经延伸到了海拔8848米的珠穆朗玛峰、10900米深的马里亚纳海沟，以及南北极区，不同研究团队持续进行极端环境下的科学研究。尹烨在发表主旨演讲时宣布，华大集团正式发起“探极计划”，期待联合全球合作伙伴，共同推动极端环境下的样本采集、科学研究和产业应用。CyloneSEQ纳米孔测序仪发布后，在汪建和华大集团执行董事、华大智造CEO牟峰的见证下，超过70家科研及临床用户代表与华大生命科学研究院领域首席科学家、华大序风总经理董宇亮，华大智造副总裁 、中国区总经理彭欢欢共同签署合作协议，首批CycloneSEQ用户达成签约合作意向。随后，超过140家科研机构及企业代表共聚一堂，正式宣布“SEQ ALL联盟”成立，该联盟旨在构建开放、透明的应用生态合作组织，基于“全读长”测序平台及多组学工具，凝聚行业之力，共同推动行业标准的制定与完善，提升行业技术水平及服务质量，为行业良性发展提供标杆，共同攀登生命科学技术高峰，同时更广泛地在卫生健康、科研等领域加以应用，推动“基因科技造福人类”进一步变成现实。AI驱动：人人基因组时代加速到来近些年来，伴随高通量基因测序、自动化数据分析、生物信息分析等技术的发展，生命科学研究越来越依赖于大数据技术分析，尤其是深度学习的人工智能方法。根据《2023年基因行业蓝皮书》分析，基因产业链包括基因测序、基因合成、基因治疗等，从竞争力上分析，我国在测序仪、生物信息分析、无创产前筛查等方面处于世界领先水平，但在分子育种、基因治疗、基因大数据等领域与行业先进水平比还有很大差距。近年来，伴随美国、英国等国家围绕生物技术和生物制造、工程生物学等出台一系列国家战略、目标和愿景，生命科学和生物技术领域的竞争日趋激烈。无尽前沿，无尽探索。在向生命科学高峰不断攀登的征程中，核心工具将继续发挥关键作用。从“给世界多一个选择”到“给世界更好的选择”，华大将进一步拥抱多组学浪潮，持续推出更灵活、更多元、更完整的生命解码工具，为解决生老病死、万物生长、生命起源、意识起源等终极问题持续提供先进“利器”。面对人人基因组时代的呼啸而至，面对大数据驱动下的范式变革，从规模化到智能化，从大队列到大人群，从珠峰到深海，从沙“膜”到多年生作物，从生命起源到意识起源，华大将进一步联合学界业界同仁，以实际行动践行“基因科技造福人类”的使命和愿景。

如果说二代测序的使命是使成本降低到1000美元/基因组的话，那么三代测序的使命就是使成本降低到100美元/基因组，进一步促进测序发展为临床的常规检测技术，在临床诊疗上发挥更大的作用。在年初的J.P.Morgan健康医疗大会上，美国基因测序公司Illumina宣布将创建一个新公司——Grail，致力于开发一种不超过1000美元的血液检测，用于多类型癌症的早期筛查。这种肿瘤DNA测序的主要目的是在无症状的个体中诊断各种各样的癌症，从而实现提前预防或治疗。　　随着技术的不断进步，基因测序的成本正变得越来越“亲民”。不过，人们认为1000美元仍然不能使基因测序成为一个“飞入寻常百姓家”的临床诊断价格，人们的下一个目标是100美元。　　“如果说二代测序的使命是使成本降低到1000美元/基因组的话，那么三代测序的使命就是使成本降低到100美元/基因组，进一步促进测序发展为临床的常规检测技术，在临床诊疗上发挥更大的作用。”南方科技大学副教授、深圳市瀚海基因生物科技有限公司(以下简称“瀚海基因”)创始人兼CEO贺建奎告诉《中国科学报》记者，随着第三代测序技术(即“单分子测序技术”)的发展，人们距离这个目标正越来越近。　　第三代测序更易临床推广　　在世界范围内，基因测序仪一度被几家主要的公司所垄断，著名的测序公司有Illumina、Life Tech、罗氏(Roche)、太平洋生物等，我国99%以上的测序仪和试剂都依赖于进口。而在单分子测序方面，此前也仅有美国和英国推出了第三代测序仪。　　“业界对第三代测序仪非常关注。太平洋生物于2014年推出一款小型化的单分子测序仪Sequel，在短短一个月的时间内，他们公司股价就上涨了一倍。”瀚海基因化学部总监高雁介绍说，在临床应用方面，第三代测序仪有着比二代测序仪更大的优势。　　“二代测序需要一个比较复杂的样品制备过程，同时为了建库，还需要匹配十余台设备，光这些设备就需要一百多万元。”高雁告诉《中国科学报》记者，二代测序技术很难在医院推广——医生并不愿意进行烦琐的、需要相对专业水平的样品制备等操作，他们更期待一键式、自动化的操作仪器：待测样品放进去，自动运行，隔天之后就得到一个非常直接的报告，而不是将测序结果交由第三方的生物信息学的专业人员进行分析，再给医生反馈。　　贺建奎认为，相比二代测序，第三代测序技术在临床上的应用有明显优势：第三代测序技术不需要PCR扩增，可直接对单个分子进行测序 样品制备简单，测序成本进一步降低 可直接读取RNA的序列和包括甲基化在内的DNA修饰。这些优势可以大大改善临床基因测序的成本、速度和质量。　　瀚海基因2014年5月份立项，致力于开发一款面向临床应用、可供医生直接使用的第三代基因测序仪。2015年10月底，瀚海基因率先在国内研发出第三代测序仪的原理样机“GenoCare”，引起了国内外的广泛关注。贺建奎预计，工程样机将于2016年下半年制成。　　精准医疗的入口　　基因测序作为精准医疗的重要一环，随着技术的进步以及成本的下降，近年来发展迅速。　　精准医疗主要包括精准诊断和精准治疗两部分。作为精准诊断的关键，基因测序已成为当仁不让的精准医疗的入口。如今，医疗部门通过基因测序及分析技术对病人分子层面信息进行收集，再利用生物信息学分析工具对所有信息进行整合并分析，医生可以早期预测疾病的发生、可能的发展方向和疾病可能的结局，以帮助作出诊断。　　贺建奎介绍说，目前，单分子测序平台可以广泛应用于无创产前诊断、肿瘤早期无创诊断、胚胎植入前遗传学筛查、病原体检测和遗传病基因变异检测等。　　“已有文献报道证明，对唐氏综合征的筛查，单分子测序技术比Illumina测序技术对检测21号染色体异常更为灵敏。”高雁告诉记者，他们的实验设计还显示，单分子测序能够检测到3%的低频突变。　　对于病患而言，如果切除癌症的肿瘤组织，其中大概只有40%是真正的癌症组织，其余60%则是正常的血管等组织。而在40%的癌症组织中，大约只有50%发生了癌细胞突变，另外一半正常。这样算下来，需要真正检测的有突变的癌症细胞只占所要切除的癌症组织的20%左右。　　“我们研究团队将靶向基因捕获和测序融合在一步完成，实现了单分子靶向测序。经过实验设计，证实了可以检测到3%低频突变。所以我们认为，这个原理将来有可能用到癌症的早期检测。”高雁说。　　此外，贺建奎告诉记者，对于诸如埃博拉等重大暴发性传染病的应用领域，第三代或第四代(纳米孔分子测序)测序技术的应用，更是能够第一时间让病毒现出原形，从而为重大传染病防控提供科学依据。　　“测序技术不能仅仅用于科研，更要用于临床，这样才拥有更广阔的市场和更长久的生命力。”高雁说。　　并非取代二代测序　　尽管第三代测序技术优势多多，但并不意味着单分子测序无所不能，也并非毫无瑕疵。贺建奎告诉记者，目前第三代测序并不能取代二代测序，而是作为对其的一种补充共同发展。　　“单分子测序有通量限制，普遍不如二代测序仪高。这限定了其在全基因组测序方面‘拼’不过二代测序仪。”贺建奎说，单分子测序仪并不适合独立做全基因组测序，更适于针对有限的、个性化的、目标性的应用。　　此外，第三代测序仪尽管节省了人力和物料成本，但它的硬件成本还相对较高。贺建奎举例说，太平洋生物公司一款单分子测序仪的成本约为150万美元，其最新版本尽管降低了1/3的成本，其“身价”仍令人咋舌。　　“总体来讲，第三代测序仪还处于起步的发展阶段，仍有未知的空间等待进一步探索。比如三代测序仪提供了一个强大功能，它或能发现潜在遗传信息。”贺建奎说，基因测序技术作为生物大产业的金字塔顶尖的技术，需要国家大力支持。　　“三代测序技术的发展需要国家像支持国产CPU、国产大飞机那样的力度去支持。”贺建奎认为，基因测序技术涉及多学科领域的交叉，这一行业的快速发展，势必带来光学、表面化学等工业品质的提升，这些方面的共同进步最终将推动“中国制造”走向“中国创造”。

编者按 NGS技术，到底是下一代测序，还是二代测序？NGS到底包含了哪些技术？关于NGS的定义，一直困扰着业内外人士。曾参与“国际人类基因组单体型图计划中国卷”项目 、“炎黄一号” 等多个重大科研项目的基因测序专家王威博士，近期发表了文章《浅议基因测序技术的代际》，文中清晰地解释了测序技术代际问题。小编特将该文转载，欢迎各位交流探讨。 正文： 相对于较早出现的Sanger双脱氧核苷酸测序技术（简称Sanger测序），2005年后出现的NGS测序技术，使得基因组研究进入高通量时代，促进了基因组学科学研究及技术转化应用。 在基因组学领域，NGS通常是next-generation sequencing的缩写，意为下一代或者新一代测序技术，亦有人称之高通量测序技术（High-throughput sequencing，HTS)、二代测序技术（second-generation sequencing）。至于到底哪些测序技术属于NGS，并无明确统一的界定，目前主要有两种观点，存在些许差别。 01 对NGS的最初种理解 自动化的Sanger测序技术，以Sanger技术为起点，新出现的技术被称为下一代测序技术（简称NGS）1。 这些新技术涉原理，依赖不同的模板制备方法(例如乳液PCR、DNA纳米球、桥式扩增 、单分子模板)、序列测定方法（焦磷酸测序、基于可逆终止化学测序、基于连接反应的测序、磷酸连接荧光核苷酸或实时测序）、基因组比对与组装方法等。 这种观点认为目前的大规模并行测序技术都属于NGS，包括Roche/454测序、Illumina/Solexa测序、Life的SOLiD与ION系列以及华大基因的BGISEQ/MGISEQ系列等；此外，持这种观点的学者还将Helicos BioScience、Pacific BioSciences以及Oxford Nanopore的单分子及纳米孔测序技术均纳入NGS技术，并未单独将其定义为第三代测序技术1～3。 02 对NGS第二种理解 另一种理解认为 NGS主要是指基于大规模并行测序（massively parallel sequencing，简写MPS）的测序技术4。 大规模并行测序的关键技术诞生于上世纪90年代，于2005年商业化进入市场。这一技术同时对成百上千万的待检测DNA模板分子进行测序，加大了测序反应的效率与通量，使得一次测序实验便能够完成一个或更多的人类基因组序列的测定。尽管不同的大规模并行测序技术原理各不相同，但有一些共同特点，杨焕明老师有非常简洁的总结5：（1）“裸”、“密”并行，每一个分子簇为一个裸露的测序反应，使得测序通量提高了几个数量级；（2）测序通量 的提高，损失了下机的读长（初期只有约20个碱基，现在已有显著提升）。 尽管MPS的标本制备和测序原理不同于Sanger测序，但它与Sanger 测序一样,仍需要对测序分子进行扩增，因而也不可避免的增加引入序列误差的概率和GC偏差，也不能直接分析不同修饰的核苷酸5。 按照这一观点，单分子测序不属于NGS，而是更加新的技术。 03 NGS：Next-generation 还是 Now-generation? 随着MPS成熟稳定，在2008～2010年左右，NGS有了一个新的含义，即Now-generation sequencing6、7，直译为“当代”或者“现代“测序技术。 也就是说，“下一代”测序技术变成了“现代”测序技术。不过，Now-generation sequencing这一说提法并未被广泛使用。因此在多数情况下，NGS主要是指Next-generation sequencing。 在高通量测序技术刚刚问世时，人们并没有预料到测序技术的后续发展如此迅猛。因此，无论是Next-generation 还是Now-generation，其实都是一个比较笼统的提法，本身也意味着变化和发展。这也就不难理解为什么目前对于哪些技术属于NGS会存在不同观点了。 04 关于测序技术的代际 上述话题牵涉出所谓的测序技术代际的问题。然而目前来看似乎并没有统一的认定。 如果按照上文对NGS的理解，目前的代际划分似乎更多的用来区分Sanger 测序与非Sanger 测序。这两类技术在原理和测序通量上都有存在较大差异，但也有相通之处。例如，无论是Sanger双脱氧核苷酸测序,还是高通量测序中的边合成边测序技术，或者是基于连接反应的测序，其原理都依赖核苷酸的聚合反应。 目前测序仪代际划分的分歧点主要围绕“二代测序”和“三代测序”技术。“三代测序”这种提法出现于2008～2009年，当时主要是指有别于NGS的新型测序技术。一些学者认为单分子测序、实时测序以及核心方法有别于已有技术的方法，应是三代测序技术的定义性特征。目前，三代测序通常是指无需DNA扩增的单分子测序技术4。这种技术从原理与特点来看，有其自身优势（比如测序能够获得较长的读长，有望解决单倍体基因组组装和结构变异识别），是测序技术发展的重要思路。 有学者指出，目前测序技术代际划分，也许更多的是出于商业上的考虑，因为人们通常习惯性的认为技术代际升级代表了技术的演化。例如，Pacific BioSciences 公司在其发表的论文中，将单分子实时测序技术与NGS进行了区分，被归入三代测序技术8，其用意是不言而喻的。 单分子测序技术早在2003年就有概念性的论文发表9。2008年，Helicos BioSciences推出了单分子测序仪，随后Pacific BioSciences与Oxford Nanopore也推出了各自商业化的测序仪。不过，也许是由于单分子测序对技术体系要求更高，这项技术的发展远不如当初人们预想得那般迅猛，直至今日尚未达到NGS这样的市场规模。这期间，Helicos BioScience已于2012年破产，尽管其技术符合目前对三代测序技术的界定。 随着更多的应用，单分子技术也陆续暴露出一些技术问题。例如，在近期的一篇论文中，研究人员对利用长读长测序技术组装的人类基因组进行分析，发现与短读长组装相比，长读长组装的蛋白编码区域含有更多的错误10。尽管有学者指出，新的生物信息学工具已经能够改善纳米孔测序的组装结果，有望从Oxford Nanopore和PacBio的测序数据中获得高质量的序列11。但是，真正的长读长技术，只有达到或超越现有技术的性能和准确度时，才有实用意义。 从测序技术应用角度来看，某些应用也许并不需要长读长的单分子测序技术。例如，基于外周血游离DNA测序的无创产前检测，因目标DNA本身就是一百多个碱基的短片段，采用NGS就能够比较好的进行检测与分析，且成本也在逐渐下降。此外，通过一些间接技术手段，比如华大智造近期推出的stLFR测序12，也能够在全基因组范围内提供基因组长片段信息，包括分型、突变及基因组结构变异。 单分子测序技术从原理上具备潜力与优势，值得进一步研发完善。但是未来能否达到预期的市场规模，甚至成为主流测序技术，还需要经过实践检验。技术发展代际内的升级相对比较频繁，而代际间的升级则相对缓慢，只有核心原理有创新并且跨越式超越前一代的技术，也许才更适合被定义为新一代技术。 总之，目前测序技术代际划分较为模糊，且测序技术目前仍处于快速发展中。其中，SANGER与 NGS均引领了基因组技术，推动了基因组学科技进步。前者为人类基因计划（HGP）做出了主要贡献，目前仍在是很多生物学与医学实验室的常规技术；后者则是当前基因组研究与应用的主流技术，直接为基因组测序的广泛应用扫清了经济上的障碍，使其不仅能更好的服务于科研，也正在成为医学界以及其他应用领域的重要工具。单分子技术则是测序技术发展的重要方向，开始崭露头角，但成熟与完善尚需时日。以上这些测序技术，均有各自的特点，也有其适合的应用范围与应用场景。 附笔： 写这篇小文的初衷，是近期因为有朋友提出过此类问题，也有人常将测序技术类比IT技术的发展。因此在这里分享自己的观点，也期望与持不同意见的朋友交流探讨。 特别感谢两位曾经参与过水稻基因组计划等早期基因组大项目的同事张建国博士与李胜霆博士，在春节假期期间分享了各自的观点，并协助完善本文。 目前测序技术的代际划分并没有统一的认定。即使一个人，其观点也会随时间与认知的改变而发生某些变化。在2008年前后，我们单位的NGS平台刚刚进入规模化稳定运行阶段。也正是那个时候，出现了“三代技术”。业内不少人都认为这类单分子技术很快将取代NGS。但事实并非如此。我曾经的观点认为单分子测序技术属于三代技术，而目前则倾向于将其归入NGS。 关于测序技术的代际，可以看看IT的代际。百度上是这样划分的：初代计算机被称为电子管计算机，第二代计算机被称为晶体管计算机，第三代计算机成为中小规模集成电路计算机，第四代计算机成为大规模和超大规模集成电路计算机，第五代计算机，指具有人工智能的新一代计算机。IT的代际划分主要源自技术原理的革新（第五代感觉主要是软件上的革新），是认识计算机发展史和技术原理的需要，具有客观存在的价值。新一代在性能上全面超越前一代。 从认识论的角度来讲，大家习惯于根据技术划分代际，代际升级代表了技术的演化。只有核心原理新并且跨越式超越前一代的技术才能被称为新一代。新一代的出现首先是从技术原理上提出，有希望和潜力超越现有技术，然后从商业角度宣传，有一些最终行不通的被淘汰，能发展成熟超越前一代的才会真正成为新一代。也有可能方向是对的，但是技术暂时跟不上，会经历曲折的发展。这种代际认识在回顾历史的时候最清楚。 王威 博士 华大智造副总裁，医学遗传学研究员，科学技术委员会成员。 先后参与、负责完成“国际人类基因组单体型图计划中国卷”项目 (简称 HapMap 计划) 北京区域的基因分型任务、初个中国人基因组图谱的绘制工作 (简称“炎黄一号”) 等多个重大科研项目。主要从事基因组医学新技术开发、推广与应用。

p 　　“这一个项目我做了7年，这辈子能做几个这样的项目?它就像我的孩子一样，对于自己的孩子，哪怕再难、再苦我都要坚持。” /p p 　　“做科研就不能怕走弯路，我跌跌撞撞地走了这么多年，只是为了基因测序技术的国产化，哪怕没有资金和支持，我也要坚持做下去，因为这是我的‘孩子’。” /p p 　　说这话的人是中国科学院北京基因组研究所技术研发中心常务副主任、副研究员任鲁风。多年来，他不断地调整着研究方向，不断地学习不同学科的知识，为的就是研制出中国人自己的基因测序仪。 /p p style=" text-align: center " img title=" 2015810545267550.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201508/insimg/14b6e2f4-ff1d-4525-b4b3-9fa5b7c70aab.jpg" / /p p style=" text-align: center " 任鲁风 /p p 　 strong 　初试牛刀 /strong /p p 　　22岁，毕业于南开大学生物系的任鲁风进入天津市某医院从事遗传性耳聋基因方面的基础研究，一个偶然的机会，他与基因结下了不解之缘。 /p p 　　在那里，他第一次接触到了“基因芯片”，这种在当时还很“时髦”的检测技术，就像给他“注射了一针兴奋剂”。当他得知北京一家公司正在建立基因芯片技术团队时，便毫不犹豫地放弃了在医院刚刚得到的晋升职位和稳定的工作，来到北京寻找他的梦想。 /p p 　　他的梦想与努力没有被辜负，经过多年心血与集体攻关，2003年由任鲁风主要完成的全球第一款SARS病毒全基因组芯片问世，并荣获了首都“抗击SARS集体一等功”。 /p p 　　“当时的基因芯片应用涉及了人类、动物、植物及病毒等方面，主要偏重于在基础研究中的应用，其中针对病毒进行鉴别检测的基因芯片是应用研究中主要的方向。”任鲁风向记者介绍说。 /p p 　　在他看来，在此之前，没有其他分子检测技术能够实现检测靶标的通量概念，基因芯片是第一种可以大规模并行化进行基因靶点检测的实用技术，“如果能够根据其特点应用于恰当的实践领域，将有其广阔的市场前景”。 /p p 　　可是好景不长，SARS过后，和国内众多新兴产业的轨迹一样，基因芯片产业进入了一个波谷期，公司内部业务调整，使得他不得不再次转行，寻找突破口。 /p p 　　2004年，他所在的部门裁撤，开始转岗从事基因治疗新药的研发和临床前实验研究工作。“不安分”的他总觉得还是没有找到自己的“归宿”，他始终坚信，没有应用前景的研究只能锁在象牙塔中，直到他进入中科院基因组所。 /p p 　　碰撞出的基因测序仪 /p p 　　2008年，中科院北京基因组所时任副所长于军研究员，也是任鲁风的博士生导师，针对生命科学仪器的发展提出了模块化DNA分析系统的概念，即对于DNA进行不同层次的分析时，可以是少数几种分子生物学核心技术的一种或多种的集成。此后，在与中科院半导体所的科研交流中，双方一拍即合，提出了研发当时技术复杂度最高，同时也是未来预期应用最广泛的第二代高通量基因测序仪的思路。 /p p 　　这个多学科碰撞出的火花，让当时刚刚进入测序技术研究领域的任鲁风激动不已。“进入研究组后，我才发现，原来我对基因组学、基因测序的了解是那么的浅显。”任鲁风说。 /p p 　　研究小组提出用不同学科领域的技术解决生命科学领域应用的问题。经过生物学和物理学两个看似完全不相干的团队历时半年的相互交流学习，任鲁风和同事们了解了半导体材料和相关的光电技术，也向他们普及了基因检测的相关知识。最终，联合研究组确定了研发基因测序仪所采取的技术路线。 /p p strong 　　再难也要做下去 /strong /p p 　　“2008年的时候，当时买一台类似的测序仪要花400万元，中科院给我们两年半时间，用406万元经费开发出一台测序仪，说实话当时我也觉得挺难的。”回忆起当年情景，任鲁风感慨万千。 /p p 　　“第一年走的弯路非常多，在摸索技术路线时，我们发现了很多问题。到2009年9月，项目要进行中期汇报时，我们才刚刚在仪器研发和技术开发方面入了门。当时非常焦虑，但是再难也要走下去。”任鲁风说。 /p p 　　从2009年9月到2011年4月验收结题，实际上他们只花了一年半时间便完成了这台基因测序仪原理样机的研发。个中曲折，已不能尽数。 /p p 　　功夫不负有心人。2011年3月，第一台基因测序仪原理样机搭建完成并功能实现，同年4月通过了中科院专家组的现场验收。 /p p 　　基因测序仪原理样机的研发成功不仅仅给了研究组信心，同样也为基因组所的学术方向结构完整性提供了有力的支持。在基因组所的“一三五”发展规划中，测序技术研发占据了非常重要的地位。任鲁风在当年博士毕业留所，自信满满地带领新成立的DNA测序技术研究开发中心团队进入下一个攻坚阶段——工程样机的开发工作，但却遇到了极大的困难，差点导致夭折。 /p p 　　工程样机的开发工作涉及到对仪器系统的全面重新设计，对各个部件都需要从工程化角度评估和测试，需要远远高于原理样机研发时所需要的经费。因为种种原因，这个项目虽然得到了研究所最大程度的支持，但一两百万元的经费对于这项工程来说实在是杯水车薪，争取国家项目资助又因为种种原因未获成功，开发工作一度陷入断粮状况。“最少的时候直接参与开发工作的只剩两三个人，我不得不争取一些小的项目咬牙支撑这个项目走下去。”任鲁风回忆起工程样机开发阶段的艰难也会有些唏嘘。 /p p 　　峰回路转，2013年10月，项目组与紫鑫药业达成协议，共建中科紫鑫公司实现基因测序仪项目产业化。科研项目的产业化转化所带来的资金和发展契机让任鲁风看到了希望。 /p p 　　“直到2015年1月，中科紫鑫已经完成了20多台机器，准备投放到遴选出的试用用户手里，让他们做免费的试用，我需要业内的评价。”任鲁风说。 /p p 　　国产自主知识产权的基因测序技术对国家的意义、国家在国际上的战略地位以及对精准医学的发展意义重大。任鲁风告诉记者，“我们的机器上市之后，国外的垄断企业一定会大幅度降价，对我国整体基因产业发展也会有更多的推进作用。” /p p 　　“这一个项目我做了7年，这辈子能做几个这样的项目?它就像我的孩子一样，对于自己的孩子，哪怕再难、再苦我都要坚持。”任鲁风说。 /p

p 　　测序技术的每一次变革，都是对基因组研究，疾病医疗研究，药物研发等领域的巨大推动作用。从1977年第一代DNA测序技术(Sanger法)，发展至今三十多年时间，测序技术已取得了相当大的发展，从第一代到第三代，测序读长从长到短，再从短到长。虽然就当前形势看来第二代短读长测序技术在全球测序市场上仍然占有着绝对的优势位置，但第三测序技术也已在这一两年的时间中快速发展着。 /p p 　　根据原理的不同，人们将测序技术发展分为三个阶段，第一代，sanger测序。第二代，高通量测序(NGS)。第三代，单分子/纳米孔测序。由于三代测序技术各有优缺点，应用的领域也不尽相同，第一代测序技术仍未被淘汰，目前的测序市场是三代测序技术并存的局面。 /p p style=" text-align: center " strong 第一代：sanger测序 /strong /p p 　　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的自动化，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。第一代的Sanger测序技术的优点是，测序读长长，能达到800-1K bp，且测序用时短，只需要几十分钟即可完成一次测序，测序准确度高准确性高达99.999%，目前仍是测序的金标准 缺点是通量低、成本高，影响了其真正大规模的应用。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/c42dc54f-dd66-44ff-b704-d7ae009f055b.jpg" title=" 1.jpeg" / /p p 　　因而第一代测序技术并不是最理想的测序方法。经过不断的技术开发和改进，以Roche公司的454技术、illumina公司的Solexa，Hiseq技术和ABI公司的Solid技术为标记的第二代测序技术诞生了。第二代测序技术大大降低了测序成本的同时，还大幅提高了测序速度，并且保持了高准确性，以前完成一个人类基因组的测序需要3年时间，而使用二代测序技术则仅仅需要1周，但在序列读长方面比起第一代测序技术则要短很多。 /p p style=" text-align: center " strong 第二代：高通量测序(NGS) /strong /p p 　　高通量测序技术(又称为下一代测序，Next Generation Sequencing，NGS)自2005年454公司推出第一台基于焦磷酸测序二代测序仪开始，到2017年Illumina推出NovaSeqTM系列，高通量测序技术经历了十几年的技术发展过程，NGS测序平台也经历了一系列的收购和合并，最终形成主要三家测序平台，包括：Illumina的Solexa平台、Life Technologies的 Ion Torrent平台和华大基因的Complete Genomics平台。 /p p 　 span style=" color: rgb(0, 176, 240) " strong 　1.Illumina平台 /strong /span /p p 　　由于其技术成熟，平台之间高度互补性与交叉性，使得其在短读长测序上大占优势，是目前应用最广泛的NGS平台。目前其占据了测序仪市场约70%的市场份额。 /p p 　　 span style=" color: rgb(0, 176, 240) " strong 2.Life Technologie平台 /strong /span /p p 　　Life公司Ion Torrent测序平台采用的为半导体测序原理，其在非碱基多聚体(non-homopolymer)的测序上正确率与其它NGS平台相差无几，而对于连续碱基的检测还不够完善，在检测同一碱基连续出现时的数量可能会有所误差。相对于其他平台，测序通量较小，平台数量也较少。 /p p 　　 span style=" color: rgb(0, 176, 240) " strong 3.Complete Genomics平台 /strong /span /p p 　　Complete Genomics平台采用了高密度DNA纳米芯片技术，在芯片上嵌入DNA纳米球，然后用复合探针-锚定分子连接(cPAL)技术来读取碱基序列。虽然这些技术非常准确，但该技术在应用上最大的限制可能就是其过短的读长。 /p p 　　高通量测序技术经历了十几年的飞速发展，人类基因组测序成本已经从人类基因组计划的约30亿美元降到了1000美元左右。目前二代测序设备在通量、准确度上都有了较大的提高，同时测序成本也随之大幅度下降，成为商用测序的主流。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/179d5f56-cfcc-48c2-a654-d53e05adb76b.jpg" title=" 2.jpeg" / /p p style=" text-align: center " strong 第三代：单分子/纳米孔测序 /strong /p p 　　测序技术在近两年中又有新的里程碑，Helicos公司的Heliscope单分子测序仪、Pacific Biosciences公司的SMRT技术和Oxford Nanopore Technologies公司的纳米孔单分子技术，被认为是第三代测序技术。与前两代技术相比，他们最大的特点是单分子测序，测序过程无需进行PCR扩增，其中，Heliscope技术和SMRT技术利用荧光信号进行测序，而纳米孔单分子测序技术利用不同碱基产生的电信号进行测序。 /p p 　　由于第二代技术存在短读长和耗时长的缺陷，人们希望第三代测序技术能解决这些缺陷，第三代测序技术通过现代光学、高分子、纳米技术等手段来区分碱基信号差异的原理，以达到直接读取序列信息的目的，三代测序设备在DNA 序列片段读长上优于二代设备，但在准确度上较二代设备差，目前尚未完全成熟，市场应用面还不算广，未来随着技术的改善，三代测序设备将更为稳定和成熟。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/cc5887e2-9c01-4a0b-8a42-128f991dee7d.jpg" title=" 3.jpeg" / /p p 　　 span style=" color: rgb(0, 176, 240) " strong 第三代测序优势： /strong /span /p p 　　1)第三代基因测序读长较长，如Pacific Biosciences 公司的 PACBIO RS II 的平均读长达到 10kb，可以减少生物信息学中的拼接成本，也节省了内存和计算时间。 /p p 　　2)直接对原始DNA样本进行测序，从作用原理上避免了 PCR 扩增带来的出错。 /p p 　　3)拓展了测序技术的应用领域，二代测序技术大部分应用基于DNA，三代测序还有两个应用是二代测序所不具备的：第一个是直接测RNA的序列，RNA的直接测序，将大大降低体外逆转录产生的系统误差。第二个是直接测甲基化的DNA序列。实际上DNA聚合酶复制A、T、C、G的速度是不一样的。正常的C或者甲基化的C为模板，DNA聚合酶停顿的时间不同，根据这个不同的时间，可以判断模板的C是否甲基化。 /p p 　　4)三代测序在ctDNA，单细胞测序中具有很大的优势：ctDNA含量非常低，三代测序技术灵敏度高，能够对于1ng以下做到监测 在单细胞级别：二代测序要把DNA提取出来打碎测序，三代测序直接对原始DNA测序，细胞裂解原位测序，是三代测序的杀手应用。 /p p 　 span style=" color: rgb(0, 176, 240) " strong 　第三代测序缺陷： /strong /span /p p 　　1)总体上单读长的错误率依然偏高，成为限制其商业应用开展的重要原因 第三代基因测序技术目前的错误率在15%-40%，极大地高于二代测序技术NGS的错误率(低于1%)。不过好在三代的错误是完全随机发生的，可以靠覆盖度来纠错(但这要增加测序成本)。 /p p 　　2)三代测序技术依赖DNA聚合酶的活性。 /p p 　　3)成本较高，二代Illumina的测序成本是每100万个碱基0.05-0.15美元，三代测序成本是每100万个碱基0.33-1.00美元。 /p p 　　4)生信分析软件也不够丰富。 /p p 　　三代测序和二代测序相比较，第二代测序技术的优点是成本较之一代大大下降，通量大大提升，但缺点是所引入PCR过程会在一定程度上增加测序的错误率，并且具有系统偏向性，同时读长也比较短。第三代测序技术是为了解决第二代所存在的缺点而开发的，它的根本特点是单分子测序，不需要任何PCR的过程，这是为了能有效避免因PCR偏向性而导致的系统错误，三代读长超长，准确低，费用高，但因读长长，利于组装和发现unique reads潜在优势明显，但是劣势也限制了三代测序的商业应用。 /p p 　　 strong 未来前景 /strong /p p 　　目前，第二代的基因测序技术高通量测序(NGS)是市场商用主流。第三代的单分子/纳米孔测序将是未来的大势所趋，但是预计在将来5-10年内二、三代基因测序会共存，但二代测序仍将是测序市场商业应用主流。 /p

——2022上半年生命科学仪器新品盘点系列基因测序是指利用血液、组织、细胞等生物样品，对DNA进行检测的技术，迄今为止已历经四代发展，是实现精准医疗的重要手段之一。齐碳科技在今年6月份发布了纳米孔基因测序仪家族新成员QNome-3841hex，作为一款桌面式测序仪，其最大的特点在于更为灵活的通量，支持最多6个测序任务独立运行；铭毅智造在5月推出了自主研发的单色荧光高通量基因测序仪UniSeq2000TM，采用微流控芯片技术，能够实现对不同类型的科研和临床样品进行基因测序；赛默飞基于成熟的Applied Biosystems技术推出了新型SeqStudio Flex系列基因分析仪，可进行Sanger测序和多重荧光片段分析；赛纳生物在今年1月线上发布了S100测序仪。为了方便大家熟悉了解基因测序仪新品的看点与亮点，小编特别进行了一期简评，供大家学习了解。齐碳科技:换新升级 纳米孔基因测序仪家族再添新成员2022年6月6月28，齐碳科技发布国产自研量产纳米孔基因测序仪升级版QNome-3841hex，作为一款桌面式测序仪，其最大的特点在于更为灵活的通量，支持最多6个测序任务独立运行，测序过程中可自由组合测序芯片，灵活可控，无需凑样，最大程度上降低开机成本。升级版测序仪QNome-3841hex还搭载全新升级测序芯片QCell-384，单张芯片可产出3G数据量，在6张芯片同时运行的环境下，一次测序可获取18G数据，满足了更高通量的测序需求。齐碳科技 QNome-3841hex基因测序仪小编点评：作为齐碳QNome家族的新成员，QNome-3841hex的成功发布，标志着国产纳米孔基因测序仪开始矩阵化发展，将满足市场更多元的测序需求，为各领域的研究及应用提供核心支持。铭毅智造:新品UniSeq2000TM 微流控与单色荧光发光测序结合2022年5月5月9日，铭毅智造科技有限公司发布了自主研发的单色荧光高通量基因测序仪UniSeq2000TM。根据产品介绍，UniSeq2000TM采用微流控芯片技术，结合单色荧光发光测序化学技术，可以实现对不同类型的科研和临床样品进行基因测序，目前设计最大芯片数量为2张，每张芯片通量为160-320M Reads，可提供SE50/75/100/150，PE75/100/150等多种读长模式，测序数据质量Q3080%，测序周期为12-24小时，具有测序精度高、效率快、成本低、操作简单等优势。铭毅智造 UniSeq2000TM高通量基因测序仪小编点评：铭毅智造发布的新品UniSeq2000TM是一款针对临床应用的测序设备，操作简单，无需值守，适合医院本地化检测使用。高通量测序技术这个关键技术过去一直被国外公司垄断，国产单色荧光高通量基因测序仪UniSeq2000TM的发布，代表着国产基因测序仪新势力的崛起，期待越来越多的国产高端科学仪器的诞生。赛默飞:推出新品SeqStudio Flex基因分析仪 兼备测序和片段分析2022年4月2022年4月，赛默飞世尔科技推出了新型Applied Biosystem SeqStudio Flex系列基因分析仪，基于成熟的Applied Biosystems技术，通过改进优化设计和技术，使其高效灵活、简单易用且智能连接。该新品也是市面上第一款具备远程服务功能的毛细管电泳基因分析仪，打破了物理距离的限制并简化了数据传输、分析和科研协作过程，帮助科研工作者把更多的时间集中在重要工作上。SeqStudio Flex基因分析仪可进行高水平的Sanger测序和多重荧光片段分析，应用广泛，从简单的靶向测序到识别最新SARS-CoV-2病毒变异株，为科研人员提供所需的高质量数据和可靠性能。赛默飞 SeqStudio Flex基因分析仪小编简评：赛默飞推出的新一代中通量SeqStudio Flex基因分析仪，进一步扩展了Applied Biosystems产品组合，凭借成熟的Applied Biosystems的技术和智能化设计将继续引领Sanger测序和多重荧光片段分析未来的发展方向。赛纳生物: S100测序仪 采用荧光发生和纠错编码测序技术2022年1月2022年1月12日，赛纳生物线上发布S100测序仪，它是一款高通量测序平台，具有检测速度快、灵活部署、无需凑样的特点。赛纳生物测序仪采用了独创的基于荧光发生原理的边合成边测序（Fluorogenic SBS）技术。处于暗态的Fluorogenic核苷酸分子无荧光发出，当被DNA聚合酶识别并结合进入待测DNA模板时放出荧光，通过依次参与反应的核苷酸种类及荧光强度可判断DNA序列信息。该技术将发光集团修饰在磷酸键上，使用天然碱基和简单常用的聚合酶及磷酸酶，没有分子疤痕和测序偏差，降低测序过程的复杂度，可在短时间内完成天然状态DNA合成并获得精确的荧光信号，测序过程快速、结果准确，易于获得长读长。赛纳生物 S100测序仪小编简评：赛纳生物发布的S100测序仪，体型小，操作简单，具有通量灵活、准确度高、多场景适用的特点。该新品于6月获得欧盟CE-IVDR认证，在一定程度上证明了赛纳生物的研发能力和产品质量得到国际机构的认可与肯定。后记：国产企业在生命科学上游高端仪器设备持续发力，4款新品基因测序仪中，国产品牌占据3席。今年国家发改委印发的《“十四五”生物经济发展规划》提出，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，不断提高基因测序效率、降低测序成本。可以说，测序技术的创新已上升至国家战略层面，希望国产厂商能够乘势而上，奋勇向前。

在“二代测序”(NGS)尚未迎来投资热潮的情况下，技术突破捷报连连的“三代测序”(3GS)又进入到了投资人的视野中。1986年，第一台商用基因测序设备正式出现，到第二代测序设备出现，期间间隔了19年时间。而第二代设备问世，到第三代设备的诞生，仅仅用了5年，基因测序设备的更新换代速度正在不断加快。这就好比“2G”手机跳过“3G”，直接跨越到了“4G”时代。　　报告通过四个方面对第三代基因测试技术进行分析：　　1、第三代基因测试技术的发展现状 　　2、第三代基因测试方法原理 　　3、第三代极影测试技术优势和劣势 　　4、国内外布局第三代基因测试技术的公司情况。　　1、第三代基因测试技术的发展现状　　以Helicos公司的Heliscope单分子测序仪、Pacific Biosciences公司的SMRT技术和Oxford Nanopore Technologies公司的纳米孔单分子技术为代表的三代测序技术在经过了多年发展后，已经逐步趋于成熟。　　尽管当下该技术还有成本偏高、错误率较高、生物信息学分析软件不够丰富的问题，但其在读长、测序速度等方面都具有明显优势。　　三代测序设备已实现稳定性、小型化，未来随着准确度提升、平行测序能力和酶活性等问题的解决，第三代测序技术将成为未来发展的重要技术趋势，实现大规模商业化将是大势所趋。　　2、第三代基因测序方法原理　　Helicos公司的Heliscope单分子测序仪、Pacific Biosciences公司的SMRT技术和Oxford Nanopore Technologies公司的纳米孔单分子技术，被认为是第三代测序技术。　　与前两代技术相比，他们最大的特点是单分子测序，其中，Heliscope技术和SMRT技术利用荧光信号进行测序，而纳米孔单分子测序技术利用不同碱基产生的电信号进行测序。　　PacBio SMRT技术应用了边合成边测序的思想，并以SMRT芯片为测序载体，芯片上有很多小孔，每个孔中均有DNA聚合酶。　　测序基本原理是：DNA聚合酶和模板结合,4色荧光标记4种碱基(即是dNTP),在碱基配对阶段,不同碱基的加入,会发出不同光,根据光的波长与峰值可判断进入的碱基类型。DNA聚合酶是实现超长读长的关键之一,读长主要跟酶的活性保持有关,它主要受激光对其造成的损伤所影响。　　另外，可以通过检测相邻两个碱基之间的测序时间，来检测一些碱基修饰情况，既如果碱基存在修饰，则通过聚合酶时的速度会减慢，相邻两峰之间的距离增大，可以通过这个来之间检测甲基化等信息。SMRT技术的测序速度很快，每秒约数个dNTP。　　但是，同时其测序错误率比较高(这几乎是目前单分子测序技术的通病)，达到15%。但好在它的出错是随机的，并不会像第二代测序技术那样存在测序错误的偏向，因而可以通过多次测序来进行有效的纠错(代价是重复测序，也就是成本会增加)。SMRT技术原理图　　Oxford Nanopore Technologies公司所开发的纳米单分子测序技术与以往的测序技术皆不同，它是基于电信号而不是光信号的测序技术。　　该技术的关键之一是，设计了一种特殊的纳米孔(只能容纳单分子通过)，孔内共价结合有分子接头。当DNA碱基通过纳米孔时，它们使电荷发生变化，从而短暂地影响流过纳米孔的电流强度(每种碱基所影响的电流变化幅度是不同的)，灵敏的电子设备检测到这些变化从而鉴定所通过的碱基。Nanopore技术原理图　　3、第三代基因测序技术的优势和劣势　　相比于二代测序，三代测序具有如下优势：　　1、第三代基因测序读长较长。如Pacific Biosciences公司的PACBIO RS II 的平均读长达到10kb，可以减少生物信息学中的拼接成本，也节省了内存和计算时间。　　2、直接对原始DNA样本进行测序，从作用原理上避免了PCR扩增带来的出错。　　3、拓展了测序技术的应用领域。二代测序技术大部分应用基于DNA，三代测序还有两个应用是二代测序所不具备的：第一个是直接测RNA的序列，RNA的直接测序，将大大降低体外逆转录产生的系统误差。第二个是直接测甲基化的DNA序列。实际上DNA聚合酶复制A、T、C、G的速度是不一样的。正常的C或者甲基化的C为模板，DNA聚合酶停顿的时间不同，根据这个不同的时间，可以判断模板的C是否甲基化。　　4、三代测序在ctDNA，单细胞测序中具有很大的优势：ctDNA含量非常低，三代测序技术灵敏度高，能够对于1ng以下做到监测 在单细胞级别：二代测序要把DNA提取出来打碎测序，三代测序直接对原始DNA测序，细胞裂解原位测序，是三代测序的杀手应用。　　同时，第三代基因测序也存在一定的缺陷：　　1、总体上单读长的错误率依然偏高，成为限制其商业应用开展的重要原因 第三代基因测序技术目前的错误率在15%-40%，极大地高于二代测序技术NGS的错误率(低于1%)。不过好在三代的错误是完全随机发生的，可以靠覆盖度来纠错(但这要增加测序成本)。　　2、三代测序技术依赖DNA聚合酶的活性。　　3、成本较高，二代Illumina的测序成本是每100万个碱基0.05-0.15美元，三代测序成本是每100万个碱基0.33-1.00美元。　　4、生信分析软件也不够丰富(如图所示)：一、二、三代基因测序技术对比图　　4、国内外布局三代测序的公司情况　　国外布局三代测序的主要有Pacific Biosciences、Oxford Nanopore Technologies等公司，2015年10月27日，国内公司瀚海基因(Direct Genomics)公布了基于Helicos技术研发的专门用于临床的第三代单分子测序仪GenoCare 原理样机。　　中科院北京基因组研究所与浪潮基因组科学也在共同研制国产第三代基因测序仪。在测序仪价格方面，PACBIO 2011年的第一台三代测序仪PacBioRS在美国价格80万美金，2015年生产的sequel测序仪价格35万美金，大幅下降。在测序成本方面，预计未来5年内三代测序能达到100美元全基因组测序的价格。国内外布局三代测序的公司　　第三代测序技术是大势所趋　　从兴证医药健康这份报告中可以看到：目前，第三代测序在技术上相对于二代在读长和测序速度等方面有明显优势，但在成本和准确率等方面还有待提升。目前国内只有瀚海基因在三代测序上有临床成果，而国外已经初步实现技术商业化。总体而言，第三代测序技术是未来发展趋势，实现大规模商业化将是大势所趋。　　本篇报告内容由动脉网整理自兴证医药健康投资报告

基因测序无疑是未来看好的技术之一，但其真实价值几何?什么样的创业项目不值得投资?什么样的技术才有护城河?什么样的应用方向才可能正确?基因测序的前景还有哪些瓶颈?作为基因测序领域的资深从业者，Life Technologies(现为Thermo Fisher收购)公司全国临床与科研事业部销售总监、Thermo Fisher公司全国临床市场战略总监柴映爽写了一系列文章，对上述问题进行了深入剖析。以下为柴映爽系列文章的第一篇：　　有一家无创产筛基因测序创业公司寻求1000万的融资，A和B两家投资者来洽谈。投前估值6000万，投后估值7000万。由于有多家感兴趣，因此公司持有人觉得有必要抬高价格以利谈判，把全国预计该做无创产筛的孕妇人数上升一些，把预计收费价格上抬一些，市场容量算出来有千亿，最后改为投前估值9000万，投后估值一个亿。　　由于基因测序是一个新的投资方向，又是资源稀缺性项目，对很多投资机构来说很难确定真实估值，恰巧市场有一家融资成功的同类公司估值两个亿，于是大家就以这家公司作为参比。最后认定一个亿的估值，A和B放弃对赌协议，各投资了500万。　　这就是国内目前不少基因测序项目在投资时发生的类似情况。基因测序属于小众的知识领域，对于投资者来说，存在知识理解的门槛，因此面对多个投资标的，投资机构很难鉴别哪个是优质项目。　　现实情况中，优质项目的创业者往往会考虑限制自己项目的估值，以利下一轮融资时有更多市场主动权。另外由于中国社会的复杂关系，基因测序的相关法规也不完善，创业者为了实现事业目标，以及融资后保证自己的股权话语权，也会邀请多个投资者参与，因此A和B可能都会得到机会。僧多粥少的结果是A和B还会去寻找其他项目，一些非优质项目也一样被纳入视野，后续其他优质项目估值会因此继续水涨船高，一定程度上促成了市场泡沫的形成。　　随着时间的进展，投资者逐渐积累了行业知识，鉴别无创产筛项目的能力上升，然而已得到投资的无创产筛基因测序公司在市场中的行为导致环境竞争上升，市场空间变小，新的无创产筛项目不再受到追捧，技术人才还在，投资的冲动也在，大家开始转向肿瘤领域，觉得可能比产筛市场还大，反正也算不清楚。在中国2014年开始加强反腐和新三板改革之后，加上传统产业亟待新的业务增长点，对于基因测序这样一个有很多想象空间的方向，有更多的创业者、资金、传统企业加入，热闹非凡，股市里各路公司都号称自己跟基因测序沾点边，股票都在大涨，这就是2015年开始的中国基因测序行业市场。　　基因测序无疑是未来看好的技术之一，医疗和健康，是基因测序最大的应用市场。从社会的角度来说，有更多的人关注基因测序是好事，有助于整个社会共同思考其合理的模式和创造它的真正价值。但是如同任何新技术曲线(下图)一样，基因测序正处于高峰前期的炒作阶段，高峰过后得不到回报的资金撤离，必然会制造一个下跌时期，就像2002年前后出现的互联网冬天一样。什么样的创业项目不值得投资?什么样的技术才有护城河?什么样的应用方向才可能正确?基因测序的前景还有哪些瓶颈?作为这个领域的市场从业者，在这里贡献一些个人看法，供创业者和投资者参考，也希望基因测序在正确的呵护下成长，在未来真正可以为中国的老百姓带来价值。　　一、市场格局介绍　　我们用个简单的波特模型分析一下目前基因测序行业的市场：　　1. 对上游供应厂家议价能力很低　　目前基因测序行业内的公司(我们暂把它们称为基因测序应用商)都存在一个问题，就是上游厂商只有Thermo Fisher(收购了Life Technologies)和Illumina两家能够选择，且选择了其中之一作为产品开发平台，就几乎不可能再更改到另外一家，除了仪器外，还必须向该厂商购买仪器运行所需耗材如测序芯片，即便是得到授权在国内生产的，也要购买关键部件。在这方面，应用商全部受制于上游制造企业，基本上谈不上有议价能力，采购的比例越高，议价能力越弱。　　当然，上游厂家处于初期市场竞争的考虑，在市场未饱和时，一般不会涨价反而有可能继续降价，但面对亲密程度不同的合作者，价格有可能不同。以无创产筛为例，从公开资料来看，基因测序应用商每个检测的成本中必须向上游厂家采购的试剂要占到至少20-30%，因此，市场不断扩大，对上游厂商是很有利的，因为其中的20-30%都是自己的，随着应用商优化工作流程降低其他成本，这个比例还可能进一步增高，届时只要一涨价，这些基因测序应用商就只能够接受。这一点和另一分子诊断目前的主流平台定量PCR不同，定量PCR的试剂盒厂家已经完全不受制于任何一家上游制造企业。　　2. 对下游客户议价能力有限　　在医疗健康领域，基因测序应用商的产品，基本上还是通过医院到达消费者手中。也有一些公司在探索引导个人基因组数据的另类消费，如做高端基因体检等等。基本上基因测序应用商都没有自己的医院资源，很多还需要依赖渠道商去打开终端市场，由于医院的数量有限，目前有高通量测序试点资质的医院更少，面对同一家医院入口，市场中同类的基因测序应用商的数量，远远高于有实力的渠道商数量，因此在下游采购者方面的议价能力也显得不那么强，何况中国医疗环境一直倡导低水平广覆盖的原则，终端定价还要受到地方经济水平和物价收费的制约。　　3. 新的进入者分割有限的市场资源　　基因测序应用市场以临床医院为主，基于中国医院的实际情况，每一个市场在起步阶段如果两种模式并存的话，集中收样模式基本上会输给投放模式。限于各种条件，三级医院是目前看得见的高通量基因测序市场，全部加起来大概在1400家左右，但目前高通量测序临床上只开展了四个专业方向的应用，因此实际能应用的医院还不够多，再加上试点单位的限制，商业通路环节的成本升高，短期来看市场资源还是有限的，但新的进入者还很多，资本市场比较充沛，除了从科研转型的国内国外创业者以外，传统医疗企业、非医疗企业都在琢磨进入，而基因测序的技术人才以及不得不具备的生物信息学人员显得比较有限，大部分公司很难同时拥有优秀的技术人才+生物信息学人才+基因领域市场营销人才的组合团队。未来不排除上游厂商也进入这一领域分享蛋糕，会给现有的应用商带来很大的威胁。　　4. 同业竞争格局　　2015年之前，多数基因测序应用商重点关注无创产筛领域，随着几家公司拿到CFDA注册证，市场格局大体形成，不具备下游控制力的小型公司很难后来居上，因此从2014年下半年起，很多应用商转向肿瘤领域，同质化的现象比较重，这里一个问题是终端资源有限，大家基本策略都是买仪器—投放医院合作收样本—自己建黄种人肿瘤数据库—用数据库评估药物疗效或患者风险。而全国拿到无创产筛试点的也就108家，肿瘤试点20多家，遗传病试点没公开，基本也在10-20家左右，辅助生殖试点更少。在临床市场份额方面，Thermo(Life)确实走在了Illumina之前，医院的装机量已经大大超过了Illumina，试点单位中更是如此。试点单位已有了仪器，且目前国家开放二次试点的可能性很小，加上目前非试点医院中已经不少已经有了高通量测序仪，使得再次投放的市场空间和利润空间都变得有限，市场上至少有20家以上测序应用商，部分手中还有仪器没有投放出去，因此在试点政策取消之前，如今单指望投放仪器来掌握终端医院市场已经很困难，即使能成功投放，可能多家供应商不得不同时分享一家医院有限的样本量，企业固定资产很高而回报现金流很有限甚至收不回投放成本。　　同业竞争格局产生的一个负面影响是基因测序应用商的利润下降，为了竞争有限的医院资源，大家不断降低下游价格，甚至出现亏本竞争。有些大幅降价实质是暗中牺牲了质量。正面影响是部分测序应用商开始尝试新的思路降低成本，比如从外周血里捕获胎儿有核红细胞或是检测游离甲基化DNA以减少测序深度和通量，客观上带动了技术层面的探索。或是通过更好的数据解读服务来强化对医生的指导以增加下游话语权，客观上加深了临床对基因测序的理解，使得基因测序能更加正确地应用于临床工作。　　5. 新的替代方法目前不具备威胁　　基因测序是分子诊断的金标准，目前无法取代。高通量测序的最大优势是将几十个上百个基因检测一次性完成，并精确检测突变类型和结构变化细节，非常适合需要短时间内完成多种鉴别诊断的临床应用领域(前提是这些基因检测都具备临床意义)。PCR方法方便快速，但在检测更多靶点时，多重PCR的条件很难优化。基因芯片比测序好的地方是可提供高度一致性的数据，但易出现假阳性，往往还要测序或定量PCR进行验证。质谱方法快速且便宜，但基本还是检测蛋白质和代谢物，应用到检测核酸还有困难。也有人在尝试开发用常规一代测序检测大量基因位点的方法，效果还不得而知。当下出现了一些新的技术探索，如从外周血里寻找循环肿瘤细胞(CTC)，或是用数字PCR检测外周血里的游离DNA片段(cfDNA)等等，这些技术都还在很早期的阶段，仪器的检测精度有限，另外临床价值不清晰，肿瘤细胞进入血液的时间和比率是多少，检测到的细胞能代表什么肿瘤，细胞数量或cfDNA含量和实体肿瘤大小关联程度有无标准，如何去除大量生物学计算带来的误差，都还在研究之中。目前来看，能代替基因测序的概率偏小，更多出路是和基因测序联用。　　未完待续，精彩内容请关注后续系列报道：　　基因测序，风口上的思考(二)：基因测序的误区和瓶颈　　基因测序，风口上的思考(三)：什么才是护城河?　　基因测序，风口上的思考(四)：对未来的预测和建议　　作者介绍：　　本文作者柴映爽，上海医科大学预防医学专业学士和国家CDC病毒所基因工程学硕士。曾在欧美制药公司工作，2004年初进入Life Technologies 的前身Applied Biosystems公司工作至今，见证了十年来中国基因科学和分子诊断的飞速发展。个人兴趣在于研究基因科学的最新成就，致力于推动成熟的基因科学成果进入中国分子诊断市场并得到健康持续的发展，使得中国的患者能够受益于最新的分子诊断技术。　　本文仅代表作者个人观点，与作者所供职机构无关。

产前基因测序(Prenatal DNA Sequencing)，是《MIT科技评论》评选的2013年十大突破科技之一。外媒预测，随着个体化医疗和分子诊断的蓬勃发展，qPCR、第二代测序(NGS)/第三代测序(3GS)、芯片、PCR、CE测序、数字PCR等纯基因组技术相关仪器将产生最大的市场规模和技术进展。而基因测序仪和PCR仪(包括qPCR和数字PCR)在过去的一段时间内里已经发生了技术上的飞跃。本文将最近半年内基因测序仪和PCR仪领域推出的新产品新技术和市场机会集中展示给广大用户。 　　继2012年初， Life Technologies公司推出了一款标价仅为14.9万美元，且能够在24小时内就可完成整个基因组测序的台式测序仪Ion Proton之后，Oxford更是揭开了其纳米孔测序平台GridION的神秘面纱。该系统将使用带有多个蛋白纳米孔的阵列芯片来分析DNA、RNA和蛋白质。Pacific Biosciences公司也于今年4月宣布推出行业内准确性最高和读长最长的PacBio测序仪PacBio RS II。Illumina公司在2013年上半年也加紧了对多个核心测序平台的改进。包括针对HiSeq 2500试剂进行改进。以实现提升通量、读长和现有仪器的速度。 　　数字PCR是生命科学领域最令人振奋的创新之一。Life Technologies公司于2013年6月正式发售QuantStudio&trade 3D数字PCR系统。这台仪器的核心是高密度的纳米流体芯片，最多可产生20,000个数据点，满足了当今大部分数字PCR应用的需求。Eppendorf 公司于2013年1月推出了Mastercycler nexus X1 PCR仪，仍体现其一贯倡导的环保理念。 　　基因测序仪：读长更长，通量更高 　　新一代基因组测序技术可谓掀开了生命科学新的篇章，不仅促进了许多研究方向的复苏或蓬勃发展，也为大众化基因组测序带来了希望。基因测序技术无可争辩的成为当今基因组学乃至整个生命科学领域发展最为迅速的前沿技术。2013年伊始，《Nature Methods》杂志就预测，2013年我们将看到第一台商业化的纳米孔测序仪。会使人们会看到每个碱基的典型模式，还能检测甲基化和羟甲基化的碱基，甚至还能对RNA进行直接测序。这些极具颠覆性的技术的预测，无疑使我们对2013年的基因测序仪技术的发展更加期待。 　　在目前的测序仪中，一提起读长，PacBio无疑令人瞩目。从上市伊始，PacBio RS系统一直有着傲视群雄的读长。最初是1,000 bp，之后是3,000 bp。2013年4月，Pacific Biosciences公司宣布推出新版本的PacBio测序仪：PacBio RS II。这款新的单分子实时(SMRT)DNA测序系统能带来行业最高的一致准确性和最长的读长，且通量较之前的版本增加一倍。基于革命性的SMRT测序技术，使得PacBio RS II的平均读长达5,000 bp，最长读长超过20,000 bp。此系统提供了简单快速、端对端的SMRT测序流程，适合传染病、微生物、农业和复杂遗传病的研究。它让科学家能够快速经济地完成基因组组装、揭示并了解表观基因组，以及鉴定基因组变异。 PacBio测序仪：PacBio RS II 　　Illumina公司在2012年第三季度推出了HiSeq 2000的升级版&mdash &mdash HiSeq 2500。它是Illumina第一台特有两种运行模式的测序系统，包括快速运行和高产量运行模式，可使用一个或两个流动槽，相当灵活。围绕着HiSeq 2500提升通量、读长和现有仪器的速度，并降低运行成本的要求，Illumina公司在2013年上半年加紧了对多个核心测序平台的改进。这一核心就是针对HiSeq 2500试剂进行改进。HiSeq 2500试剂改进后将带来行业最高的日通量，并降低全基因组测序的价格。有了快速运行模式下对2x250 bp读长的支持，HiSeq 2500能够在快速模式中产生300 Gb，且从样品到数据不到3天。这些改进预计将在2013年下半年实现。 　　Life Technologies公司也于2013年5月宣布了Ion PGM&trade 测序仪的性能提升。据Life Technologies介绍，Ion PGM&trade 如今有着&ldquo 最简单快速的流程，最低的成本，以及最高的灵敏度，适合多个基础和临床研究应用&rdquo 。此次性能提升源自多个因素，前期的样品制备自动化，新的Ion PGM&trade 半导体芯片，以及软件的改进。此外，重新设计的Ion PGM&trade 测序仪在价格上也低了30%，这要归功于电子产品制造的规模经济。 　　另一家主流测序仪公司罗氏公司继去年底推出一款能显著改善其GS FLX+系统上长读取鸟枪法测序性能新的软件包(v2.8)之后，今年上半年正加紧研发v2.9版本软件，这一软件将实现超长读取的扩增子测序。预计该软件将于今年推出。此次改进将让研究人员发现更多复杂的遗传变异，并揭开隐藏在基因组、转录组和宏基因组样品中难以测序的区域下的生物学秘密。 　　测序新秀Oxford Nanopore Technologies公司总是给我们更多惊喜，便携式的测序系统MinION于去年年末展出。这款仪器只有U盘大小，价格低于900美元。这款产品有望带来高达100 kb的读长，而原始错误率大约在1%左右。立即引发了市场轰动。不止如此，Oxford更是揭开了其纳米孔测序平台GridION的神秘面纱。该系统将使用带有多个蛋白纳米孔的阵列芯片来分析DNA、RNA和蛋白等。该阵列芯片放置在一次性的cartridge内，cartridge随后上样到节点(node)内。用户可根据需要，连接若干个这样的节点，组成一个可扩展的测序平台。我们或许有幸在今年下半年盼望到第一台商业化的纳米孔测序仪的诞生。 　　新一代测序仪市场：预计每年增长16% 　　测序技术革新推动了测序仪乃至整个基因组学仪器的市场规模，当然这也得益于分子诊断，个体化医疗的蓬勃兴起，DNA测序技术已经在临床,法医,CDC等应用领域发挥越来越大的作用。据外媒报道，2012年全球基因测序市场产值为13亿美元，2017年将增长至27亿美元，增速为16.3%。DeciBio生命科学市场研究公司曾发表报告说：&ldquo 新一代测序仪市场预计每年增长16%&rdquo 。 　　过去几年，测序仪的市场一直被罗氏，Illumina和Life Technologies所占据，测序领域的巨人华大基因所拥有的新一代测序平台就依托罗氏公司的454 GS FLX+ System，Illumina公司Hiseq 2000和Life Technologies公司的Ion Torrent。而其所拥有的Hiseq 2000测序仪更是高达128台。让华大选择Hiseq 2000的原因，无疑是其所具有的高通量和低成本。虽然新型测序企业不断涌现，但这种三足鼎立的局面，在未来几年内仍无法打破。 新一代测序仪的市场规模 (其中2012年为实际发生，其余年份为预测数据。) 　　据专家预测，新一代测序仪的市场规模2016年预计达到22.5亿美元，增长驱动力主要来源于试剂和仪器成本下降。展望未来，为遗传变异而进行的人类基因组重新测序，以及癌活检的重复测序和表达分析都将继续推动该技术被采用。同时，围绕新应用计划的发展，如甲基化和miRNA的从头发现和更实惠的开发平台，将是增长驱动的关键。 　　我们还应注意到，在新一代测序技术飞速发展的同时，以ABI 3730测序仪为代表的第一代测序仪，由于价格低廉，先期市场应用广泛，仍然在基因鉴定，BAC等的测序中发挥重要作用，短期内仍无法被新一代测序仪所替代。 　　PCR技术趋势：样品量更少，灵敏度更强 　　今年是PCR诞生三十周年，生命科学的蓬勃发展促使这项分子生物学技术在三十年的时间内发生了颠覆性的变化，从第一台PCR仪的诞生，到耐热性DNA多聚酶被发现，再到荧光定量PCR技术的建立，再到如今开发的数字PCR系统。三十年前的科研工作者无法想象今天PCR技术的变化，然而，如今的PCR技术仍然不断的发生着一个又一个飞跃。 　　与其说生命科学的发展推动者PCR的创新，不如说PCR新技术的实现促进了生命科学的进步。DNA扩增已经成为了生物学研究的基础。基因组测序，分子诊断，基因芯片&hellip &hellip 这些活跃的新兴技术都离不开PCR的革新。 　　数字PCR是生命科学领域最令人振奋的创新之一。与传统定量PCR技术不同的是数字PCR不依赖于扩增曲线的循环阈值(CT)进行定量,不受扩增效率的影响,也不必采用看家基因和标准曲线,具有很好的准确度和重现性,可以实现绝对定量分析。 　　Life Technologies公司于2013年6月正式发售QuantStudio&trade 3D数字PCR系统。这款仪器外形小巧，流程简单，适用于需要对目标DNA分子进行绝对定量的实验。简单的流程，再加上基于芯片的方法，大大减少了手工操作的步骤，同时也降低了样品污染和DNA损失的风险。一旦样品上样到芯片上，系统在1分钟内即可返回初步的数据。仪器的核心是高密度的纳米流体芯片，最多可产生20,000个数据点，满足了当今大部分数字PCR应用的需求。 QuantStudio&trade 3D数字PCR系统 　　罗氏公司于2013年6月发布新的软件升级，包括适用于LightCycler® 96的高分辨率熔解分析和定量基因检测模块以及适用于LightCycler® Nano系统的新支持特征。LightCyler® 96实时荧光定量PCR仪是罗氏公司于去年年底推出，它的突出特点是使用2× 96根等距玻璃光纤，使得用户彻底告别普通qPCR仪器检测的边缘效应。最新推出的高分辨率熔解分析模块将特别适合人类遗传病研究的应用。它实现了已知和未知基因突变的快速检测。而新的定量检测模块实现了目的基因存在或缺失的直接检测和验证。LightCycler® Nano荧光定量PCR仪于2011年上市，此次新发布的特征包括先进的基因表达分析，支持导入外部的标准曲线。它还为高分辨率熔解实验提供了增强的分析方法。 　　Eppendorf 公司于2013年1月推出了Mastercycler nexus X1 PCR仪，Mastercycler nexus X1 PCR仪模块采用银作为导热材料，可以实现5度/秒的升温速度，并具有极佳的温度均一性和温控精确性， Mastercycler nexus X1延用了Mastercycler nexus直观简便的中文操作界面，并具有日程预约、E-mail提醒等功能。Mastercycler nexus X1的设计符合Eppendorf近来倡导的环保理念，体积小巧、节能环保，并且实现超静音运行。 Mastercycler nexus X1 PCR仪 　　纵观PCR技术的发展趋势，在下半年或是不远的时间内，我们有望看到PCR技术在以下方面取得突破。 　　首先，微流体技术开发了一种全新的单细胞基因表达检测方法，推动了微流体PCR朝着单分子分析方向发展。尤其是用于单细胞捕获制备的芯片及用于单细胞基因表达的芯片的开发，使得在技术平台上可以进行单细胞表达分析，未来这一技术有望进一步推动微流体在PCR上的应用，使得未来的PCR使用的样品量更少，灵敏度更强。 　　其次，能够用于绝对定量的数字PCR还处在起步阶段。数字PCR工作流程比传统qPCR简单得多，灵敏度和精确性也更好。在寻找罕见突变时数字PCR尤其适用。但数字PCR不可回避的不足是的通量比较低，而传统的qPCR通量更高，未来研究人员对于如何能通过dPCR增加通量，使得数字PCR设备中的微流控能在一天时间内完成从几十万到上百万的反应的研究是数字PCR领域可以预见的突破。 　　第三，随着PCR的普及，具有环保理念的PCR产品也是未来的发展方向，体积小巧、节能环保，超静音运行将是未来主流PCR的共性特征。 　　qPCR市场：6%的年复合增长率 　　由于数字PCR带动了高增长的技术领域，DeciBio生命科学市场研究公司预测该技术的复合增长率将飙升至90%，随之带来的qPCR市场将有一个6%的年复合增长率，市场规模将在2016年节节攀升至29.5亿美元，而普通PCR市场年复合增长率仅为1%，普通PCR的市场增量不被看好。 qPCR市场规模 (其中2012年为实际发生，其余年份为预测数据。) 　　目前，全球体外诊断 (IVD) 市场规模约为520亿美元，预计到2015年将达到700亿美元。基于实时荧光定量分析的分子诊断检测已经是临床实验室中不可缺少的一部分。分子检测是诊断学市场发展最快的一个领域，因而随着检测技术的更新改善，实时荧光定量分析仪性能的提高，qPCR仪的市场在下半年乃至未来几年都会迎来较大的上涨空间。 　　也应注意到，受全球金融危机的影响，来自生物、医疗、科研等行业的需求也随之有所回落，因而导致下游企业对实时荧光定量分析仪的需求也有所回落。另外，受金融危机持续影响，各国纷纷采取措施保护本国经济的发展，保护本国生产企业，通过提高关税或者改变产品的市场准入标准等方式来实现事实上的国际贸易壁垒的目的。 　　同时，分子诊断行业迎来了大发展，据统计，分子诊断是全球体外诊断市场中发展最为迅速的一部分，其占体外诊断的比例已经从1995年的2%增长到了2009的10%，年增长速度达到10%以上。我国的分子诊断市场发展更为迅猛。2010年我国体外诊断市场规模为20.7亿美元(约合136.8亿元)，其中5%的份额为新兴的分子诊断占据。虽然目前国内分子诊断的比重并不大，但其年均增长速度是全球的2倍。PCR仪是分子诊断领域不可缺少的组成部分，在未来的一两年内，qPCR仪市场在全球将有6%左右的增长，在我国，实时荧光定量分析仪市场的增量预计可达到10%左右。 　　另外，未来随着分子诊断业的发展，PCR仪无疑将更加重视满足临床诊断实验室的特定需求，并且将会更加关注于是否取得体外诊断 (IVD) 医疗器械认证。 　　2013年上半年，对于国内实时荧光定量分析仪企业也拥有一些利好信息，2013年，《生物产业发展规划》中，制定了2013&mdash 2015年，生物产业产值年均增速保持在20%以上的发展目标，标志着我国生物产业已步入快速发展期。 　　国家卫生主管部门、国家卫生部门临床检验中心以及国家食品药品监督管理局提倡用户选择国内仪器。因为选择仪器价格只有国外的三分之一左右并且性能接近的国产仪器，能为国家节省大量的外汇，同时能促进国产仪器的技术进步，民族产业的发展。如今国内的实时荧光定量分析仪厂商在不断的进步之中，随着越来越多的一流人才加入到生物技术领域中，相信未来国内实时荧光定量分析仪企业会将国外厂商的垄断局面打破。（编辑：乔峰）

今年年初illumina公司的CEOJay Flatley在摩根大通健康会议上信心满满地发布了两款测序仪，尽管在基因测序的通量和速度方面，新仪器Hiseq X Ten比其以往的测序仪更具优势，但是昂贵的价格却让很多大公司囊中羞涩、望洋兴叹。而一款仅售900美元的测序仪很可能让illumina公司感到坐立难安，同样感到紧张的还有CG测序仪的拥有者们，因为他们的测序仪重达数吨，而且平均读长仅有36bp。 　　由英国公司Oxford Nanopore开发设计MinION测序仪则拥有很长的读长，而且只有普通U盘大小，可随身携带，理论上可实现想测就测。日前该测序仪已投入市场使用，或许未来它将基因测序仪变得如同手机一样普通、便捷、廉价。 　　MinION测序仪的测序原理 　　MinION测序仪只有4英寸长，普通U盘大小，由一个传感器芯片，专用集成电路和一个完整的单分子感应测试所需的流控系统构成。MinION采用新型纳米孔测序法(nanopore sequencing)，拥有很长的读长，平均读长为80K bp，并且具备很高的测序速度。 　　然而，目前纳米孔测序法较低的测序准确率65%-80%仍是大家关心的问题，但是该设备目前仍在不断更新，仍有很多研究者非常看好这一技术，&ldquo 数年后，它会主导基因测序市场&rdquo 。同样该技术被MIT Technology Review杂志评为&ldquo 2012年10大年度科技突破之一&rdquo 。制药巨头Roche公司同样看好这一技术，2012年Roche公司宣布基因测序仪454从测序市场退出，但它们并没有放弃测序市场，随后它们耗费1.25亿美元收购了纳米测序技术公司Genia Technologies，以及投资了Stratos Genomics公司。 　　MinION测序仪售价仅为900美元，相比那些5 万美元到 75 万美元的基因测序设备，这种基因测序仪未来将会赢得更多的市场。你完全可以将其揣在口袋里，随时随地的测序自己的基因，但基因测序的数据分析则需要运营能力强大的电脑以及专业人士来解读。 　　尽管如此，但是它的出现将会改变目前基因测序领域的游戏规则。大型基因测序仪器设备商以及基因测序服务公司的日子将会变得窘迫起来，因为人们将不再需要他们的设备、仪器和服务，另外基因测序解读公司可能会火起来，因为庞大的基因测序数据需要更多的公司来完成基因解读的任务。

一家由Facebook亿万富豪尤里&bull 米尔纳(Yuri Milner)支持的小型企业正在寻求进入DNA测序的热门领域，其所研发的产品是一款和笔记本电脑相同尺寸和重量&mdash &mdash 可能也会是相同价格&mdash &mdash 的设备。 　　&ldquo 我们所谈论的DNA测序工具是一款类似于iPad的设备，使用起来非常简便，成本也相当低廉，&rdquo GenapSys公司31岁的联合创始人兼首席执行官何塞姆&bull 艾斯方迪亚普尔(Hesaam Esfandyarpour)表示，&ldquo 我们的目标是将它带到普罗大众的手中。&rdquo 　　这一观点和Illumina截然不同：Illumina是一家出售面向研究人员的DNA测序工具、化学品和其他工具的企业，去年的销售额高达14.2亿美元。今年早些时候，Illumina宣布，其成功到达了生物学上期盼已久的一个里程碑：以1,000美元的价格解密人类的全套DNA序列。 　　然而相关设备的成本价高达100万美元，且必须十个一组进行购买，明年仅有几十个可供出售。这是DNA测序工厂的中心 大型实验室，如位于剑桥的哈佛-麻省理工布罗德研究所(The Harvard-MIT Broad Institute)，以及澳大利亚的嘉万医学研究所(Garvan Institute of Medical Research)立刻进行了订购。 　　艾斯方迪亚普尔表示，他的机器每台售价仅为几千美元，用户可能需要为使机器运作起来的原料和化学品支付更多资金。但他尚未定下官方价格。GenasSys即将上市的原因是想要让科学家们更早地使用到这些机器。商业性质的产品上市将在一年多以后实现。艾斯方迪亚普尔在佛罗里达州马可岛的年度基因组生物学及技术进步研讨会(Advances in Genome Biology & Technology Meeting，以下简称&ldquo AGBT会议&rdquo )上首次谈论了该项技术。 　　DNA测序背后的概念类似于生命科技公司(Life Technologies)出售的Ion Torrent设备的原理 后者正使用一种半导体芯片试图和Thermo Fisher的产品进行融合。(艾斯方迪亚普尔曾经致力于该设备的授权专利的研究。)但两款设备的原理有所不同：Ion Torrent设备测量的是DNA反应时释放的离子，而GenapSys设备测量的则是DNA分子在进行复制、释放其编码时的电信号。 　　艾斯方迪亚普尔表示，Ion Torrent的设备需要多块芯片，每次运作可能需要几百美元的代价。第一次运作将测量1 个gigabase的DNA，第二次测量20个gigabase，第三次则测量100个gigabase&mdash &mdash 这是精确分析人类基因组所需要的DNA编码数量。 　　&ldquo 这可能是一块利基市场，一种真正小型的设备，价格仅相当于一台笔记本电脑，大小也与笔记本差不多，&rdquo GenasSys顾问委员会受雇顾问、哈佛大学的乔治&bull 彻奇(George Church)表示，&ldquo 价格绝对低廉，甚至都不能称其为设备。它填补了(Illumina)MiSeq或(Ion Torrent)或Nanopores公司尚未涉足的一块利基市场。&rdquo 此外，他还希望，GenasSys的DNA测序设备的价格能在该产品正式推出后进一步下降。彻奇表示，他在GenasSys总部亲眼见证过这些机器的运作。 　　GenapSys科学顾问委员会的另一名成员、斯克瑞普斯研究所(Scripps Institute)的埃里克&bull 拓普尔(Eric Topol)也同样表达了乐观情绪。他表示，这款设备的重量仅有几磅重，在另一种重要的DNA测序方法上表现良好：读数长度(read length)，即设备一次所能读取的DNA数量。(所有测序设备都只能解码部分基因编码，然后采用超级计算机进行重新组合。) 　　&ldquo 我们正开始一个针对患有糖尿病儿童的抗体测序的研究项目，如果不能进行长读数，这个项目甚至无法开展，&rdquo 拓普尔说，&ldquo 随着时间的推移，这将被证明是有用的、重要的，但显然现在还处于非常早期的阶段。&rdquo 　　阿拉巴马州亨茨维尔的哈德孙阿尔法研究所(HudsonAlpha Institute)所长兼主任里克&bull 迈尔斯(Rick Myers)为一家风险投资基金对GenapSys进行了审查。&ldquo 我对此感到激动，因为我认为这家公司真的有潜力，&rdquo 迈尔斯说，&ldquo 他们一定要这么做，把产品带到科学家手中，而他们有潜力成为这个领域的真正玩家。&rdquo 　　基因组学研究人员此前一直都是广告宣传的受害者。几年前，采用激光技术来对DNA单个分子进行测序的太平洋生物科学公司(Pacific Biosciences)发誓要赶超Illumina 它从未成功，但成为了超长DNA读数领域的利基玩家。两年前，一家名为Oxford Nanopore的公司展示了一款指状存储器大小的DNA测序仪，并表示将很快有售&mdash &mdash 但目前为止市场上仍不见其踪影，不过14日上午，布罗德研究所的一名研究员大卫&bull 杰夫(David Jaffe)在AGBT会议上展示了源自于该设备的数据。研究人员对此表示激动，但也警告说，这款设备可能&ldquo 易于出错&rdquo 。高盛分析师艾萨克&bull 罗(Isaac Ro)称，这一演示对Illumina公司来说&ldquo 完全是积极的&rdquo ，因为这使得竞争变得更为不可能了。 　　艾斯方迪亚普尔表示，他从未想过单个DNA分子测序&mdash &mdash 正如Oxford Nanopore和太平洋生物科学公司所做的那样&mdash &mdash 会有高准确率 物理学原理使得这非常困难。他认为，他的方法既便宜又更好。他利用400万美元的奖励金和来自Facebook亿万富豪尤里&bull 米尔纳、德诚资本、盈富泰克创业投资公司(IPV Capital)的不到5,000万美元资金打造了自己的仪器。现在，他必须证明这款仪器可以实现他的愿望。

深圳共进电子股份有限公司6日正式宣布与上海小海龟科技有限公司签署战略合作协议，强势进军大健康领域，双方将共同打造国内首款自主研发的基因测序新产品——半导体高通量基因测序仪，为精准医疗发展注入强力，成为基因测序领域迅速崛起的新兴力量。 共进股份作为全球领先、中国最大的高端通信电子产品生产巨擘，于2015年2月在上交所成功上市，产品涵盖各类网络通信终端设备、智慧家庭、可穿戴产品。小海龟科技是一家从事创新生物芯片及高端医疗器械研发、生产和服务的高科技公司，已自主研发成功半导体高通量基因测序仪和测序芯片，并启动预研更下一代的基因测序技术。 去年上市以来，共进股份就已确定转型升级目标领域，包括实施智能化工厂解决方案，拓展智慧家庭领域、大数据个性化服务领域及智能生物传感器领域。去年6月的16亿元定增计划进一步锚定“互联网+医疗健康”、“互联网+智慧家居”两大领域，此次联姻小海龟科技是其转型大健康医疗领域的第一步。 据1月5日晚间共进股份刊登的公告，此次向小海龟科技共注资人民币3000万元，所占股份达10%。另据发布会介绍，共进股份此前已间接持有小海龟科技5%的股份。因此，共进股份目前共持有小海龟科技15%的股份。 在发布会上，共进股份和小海龟科技联合推出一款新产品——半导体高通量基因测序仪。据小海龟科技首席科学家吴东平介绍，该产品的核心原理是利用半导体芯片中高度集成的传感单元测量离子变化并转换为电信号读出，具有通量高、速度快、精度高的优点。据悉，该产品是国内首款自主研发的半导体基因测序仪，拥有全自主知识产权，技术先进。更吸引市场的是，该仪器价格和测序费用都将大大低于目前的市场行情，将有力推动基因测序技术的普遍使用。 共进股份董事长汪大维告诉记者，“对于进军基因测序行业，我们和小海龟的合作可谓是珠联璧合，除资本合作以外，共进股份将与小海龟科技在半导体高通量基因测序仪新产品的生产、产业化、市场营销等方面达成深度合作。” 共进股份总经理唐佛南说，“共进股份与小海龟之间的战略合作，是共进股份布局大健康产业链的第一步，这也是共进股份在拓展智慧家庭领域、大数据个性化服务领域及智能生物传感器领域以外又一次重大的新的尝试。” 早在去年6月，共进股份就推出了募集资金约16亿元非公开发行预案，募投项目中包括了“宽带通讯终端产品升级和智能制造技术改造项目”、“基于人工智能云平台的智慧家庭系统产业化项目”、“可大规模集成智能生物传感器研发项目”、“生物大数据开发利用关键技术研发项目” 等五大项目。 中国是生物和基因测序技术大国，基因测序技术的发展在众多领域都有着极其重要的意义。作为传统治疗与健康管理方式的革新，基因测序广泛应用于个体化医疗，遗传病检测、传染病监控、体检，食品安全检测、育种，药物开发，医疗保险系统、公安安全系统，生命科学研究等领域。 近年来，基因测序产业得到迅猛发展，全球基因测序市场总量从2007年的794.1万美元增长至2013年的45亿美元。预计未来几年，全球市场仍将继续保持快速增长，而Markets and markets预测，中国的基因测序产业2012-2017年间复合年均增长率达到20%-25%。

“别人是买枪打鸟，我们是自己造炮。”深圳瀚海基因生物有限公司发起人——美国莱斯大学生物物理学博士、斯坦福大学博士后贺建奎这样生动说明自主研发的第三代单分子测序仪。昨天，记者采访时了解到，中国首台自主开发的测序仪样机已经通过院士团队评审，而真正的产品化预计10月就可以做出来了!　　中科院陈润生院士说：“你们是国内唯一一家完全自主创新的测序仪。”而世界顶级权威科学杂志《自然》对其样机原理进行了重点报道，并警告式地提醒美国和其基因测序巨头将迎来“巨大挑战”。与东部大名鼎鼎的华大基因相比，位于南山的瀚海基因可谓“名不见经传”，在媒体和网页上几乎搜不到任何有用信息，犹如一匹“黑马”在中国基因测序界以“第三代测序仪”领头人的姿态突然杀出!在今天最热门的基因工程中，一下子将深圳的基因测序推上了“世界屋脊”。　　基因测序进入中国自主研发时代　　如果说基因测序不为公众所熟悉，那么当前最热门的“精准医学”或可帮普通读者一窥端倪。今年以来，国家科技部、国家卫计委等纷纷“放大招”，这种基于“个性化”的基因层面医疗手段，被寄望于治疗各种各样的先天性疾病、肿瘤癌症等，专家预计精准医疗计划将催生上万亿的市场，其中基因检测服务业也将达到百亿级。　　翻开不少大学的基因测序网站，有公开目录的第二代基因测序仪基本上是美国ILLumina公司，一台机器售价几十万美元很正常。由于技术稳定应用广泛，依靠着300多项专利全球保护技术，它基本垄断国内二代测序仪市场，市值200亿美元，而试剂的毛利更在98%。贺建奎说：“瀚海基因的出现，直接越过第二代测序的繁琐、耗时和费用奇高等特点，进入中国自主研发时代。”记者了解到，虽然目前国内也有在做第三代测序仪的，但无论从技术授权和自主研发的角度都没有成功案例。　　目前只有美国太平洋生物、英国牛津纳米孔和深圳瀚海在做第三代基因测序仪，瀚海基因的出现让中国基因测序技术直接和欧美形成“三足鼎立”，以后可以不再依赖进口设备。　　价格降10倍速度升10倍，中国基因测序进入“高铁”时代　　迄今，瀚海基因共申请了50多项专利，全球专利授权6项。如果你以为能取得这样成绩的是一家“大公司”，那就错了，目前整个公司所有人员加起来才50多个，而且创立于2012年。　　贺建奎团队之所以能如此迅速掌握第三代基因测序核心技术，不得不提贺建奎的导师——美国科学院院士、生物物理学泰斗斯蒂芬奎克，奎克也是瀚海基因的首席顾问。2012年，当时只有28岁的贺建奎回国在南科大任副教授时，在与朋友的闲聊中萌发创业的愿望，很快瀚海基因就诞生了。然而一路上并不平顺，喜欢赚快钱的国内风投，对于至少要5年才能收效的项目不感兴趣。经历过两次几乎要关门的风险，年轻的瀚海公司挺住了，2015年10月27日，诞生了第一台第三代基因测序仪。　　瀚海基因常务副总经理颜欣博士介绍，这台仪器首先从检测时间上来说，让几个小时内出报告成为可能，大大降低了时间成本。另外，从价格上来说可以进入“百元时代”。二代技术的一次检测普遍要1000多美元，折合人民币7000元左右 而三代技术则将成本降低10倍，基本可以几百元搞定。　　5年产值150亿元， “瀚海领航”还将带起一片产业链　　行业发展面临大爆发，迎风而上将带来千帆竞渡。　　贺建奎说，瀚海基因首先将着眼于中国临床市场，为全国三甲医院提供基因检测及精准医疗服务，未来5年预计总产量3000台，实现产值150亿元。由于具有核心技术，成为基因检测的领航者，瀚海可以带动精密仪器制造、光学系统、大数据分析、微流系统、生殖健康和精准医学等一大批高科技产业的发展。同时，它打造的这一平台今后将对接生物、医药、新型农业等众多新兴产业，为百姓健康、生物制药、高效养殖等提供原始基因数据，并将催生一大批新型产业链条。　　未来的深圳，就像曾经的电脑、电子元器件、手机等一次次引领中国产业风潮那样，必将再次成为基因时代的领航者。而深圳的未来，就是美国的硅谷，一批像瀚海基因这样的“重人才轻资产”的创业型公司，带来的产值却无法估量。

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2012年1月10日，在第30届摩根大通医疗卫生年会上，Life Technologies公司与Illumina公司纷纷以&ldquo 1天内绘制出人类基因组序列&rdquo 为品牌宣言，先后推出了最新的高效测序仪产品。就目前了解情况来看，这两款最新测序仪之间的最大差异主要集中在成本与质量两方面。 Ion Proton 基因测序仪 　　PGM测序平台是Life Technologies公司2010年底推出的首款半导体个人化操作基因组测序仪（Ion Personal Genome Machine，简称：PGM）。而此次，Life Technologies公司隆重推出的Ion Proton测序仪正是PGM测序平台的新一代产品。 　　Ion Proton测序仪是一台新型台式测序仪，体积如办公室打印机般大小，标价约为14.9万美元。Ion Proton测序仪仅需1天便可完成个人完整基因测序，而费用仅为1000美元，今后人们根据基因资料得到个性化医疗的愿望或将成真。 　　该公司总裁兼首席执行官Greg Lucier先生表示，Ion Proton第一代芯片技术将使外显子组测序成本降低至500美元，成为外显子组测序工作者的理想选择，预计将于2012年中期对外供应；而Ion Proton第二代芯片产品则主要应用于人类基因组测序领域，大概在6个月后将会向用户提供。目前，贝勒医学院、耶鲁大学医学院和Broad研究院作为Ion Proton Sequencers的第一批用户，已经与Life Technologies分别签署了多张订单。 HiSeq 2500基因测序仪 　　巧合的是，在同一天，Life Technologies公司的竞争对手Illumina公司也推出了最新版本的HiSeq测序仪，该仪器同样能够在1天内绘制出人类基因组序列，但Illumina公司并未透露其成本。此次，Illumina公司推出的HiSeq 2500基因测序仪将HiSeq 2000和MiSeq平台的先进技术进行了有效的整合，并加入了最新概念，可以帮助研究员和临床学者在24小时内对整个基因图谱进行排序。 　　据了解，Illumina公司的Hiseq 2500标价74万美元，若从69万美元的HiSeq 2000升级就只需花费5万美元。目前，HiSeq 2500测序仪已在一些从事诊断业务的公司得到使用，例如Genomic Health公司、Sequenom公司等。 　　同时，Illumina公司在内部也已使用该仪器，并在2012年第一季度对外服务，预计在2012年下半年可以将HiSeq 2500商业化，开始向用户发货。而从2012年中期开始，全部新用户和老用户的MiSeq性能都能得到提升。

据统计，中国每4秒就有一个1个新生儿出生，对应这个数字，中国孕妇是一个十分庞大的群体。多年前，为了防止新生儿出生缺陷，准妈妈们选择羊水穿刺的方式进行产前检查，但是这种方式准确率较低，且存在10%的流产风险，这令不少家庭望而却步，而如今依托于基因检测技术的无痛产检得到越来越多人的追捧。 　　目前将基因测序技术商业化比较成功的企业有Illumina、Life Technologies(现被Thermo收购)以及中国的华大基因等。随着基因技术的飞跃发展，检测技术成本大幅下降，新一代基因测序技术的应用范围正在迅速拓展，基因测序市场上将谁主沉浮? 　　测序技术飞速发展 　　现在国际范围内，各种基因测序主流技术采取的原理各有不同，新一代测序技术特点主要是序列短(30&mdash 150bp)、但是检测通量大(从开始的几百Mb到目前的1Tb以上的通量)、检测周期灵活(几个小时到几天)。正是因为通量高，所以测序的价格已经是第一代测序的万分之一，甚至更低。最早做一个人类基因组测序需要30亿美元，现在测序成本只需要1000美元。 　　基因测序领域经过多年的发展，产业脉络已经逐渐清晰。早期测序技术目前硕果仅存的是Life Technologies，这家公司在去年刚刚被Thermo Fisher并购。此后出现的454(罗氏)，SBL(Life Technologies的SOLiD)，以及Helicos等早期出现的技术和公司，或因为技术问题，或因为市场问题、比如被Illumina等强势竞争者的打压，破产的破产，没破产的也基本退出了市场。目前硕果仅存的除了Illumina，只有Complete Genomics(CG)以及Life Technologies的Ion技术。 　　三分格局被打破 　　由于发展较早，再加上快速降价、挤压对手的利润、以及成立以低价为旗号对下游服务商组织商业联盟等商业手段操作，Illumina成功挤压打垮了一系列竞争对手，成为目前全球最大的基因测序设备供应商。目前Illumina已经开始限制其试剂仪器的使用范围，以保护自己下游应用开发的红利。同时在中国，Illumina也在扶持少数的下游服务商，直接进入服务市场，甚至和自己的测序仪客户竞争，从而实现最大程度控制市场的目的。 　　第二个主力公司是Life Technologies。它的Ion Torrent测序技术由于摆脱了常规的光学检测，另辟蹊径，使用半导体检测链聚合反应过程中的质子释放的信号，所以具有快速(4个小时完成测序)、仪器结构简单、小巧、造价便宜的优点。不过，由于整个技术设备市场基本被Illumina占有，所以短时间内Life Technologies凭借其技术特点在市场有一定的优势，但未能形成与Illumina的平等竞争态势。 　　在两大主要公司之外，还有一个在基因业界人士看来都有些神秘的CG公司。如果要定位的话，CG可以说是一个测序市场的搅局者，正是由于其平台具有比Illumina更高的通量和更准确质量的特点，在数年前，曾和Illumina在人类全基因组重测序市场上形成制衡并分庭抗礼，带动了测序标准的提高、以及测序价格的显著下降。 　　但是CG毕竟是一个初创公司，在商业运作、市场渠道等方面远远比不上具有十足市场优势的Illumina。随着Illumina在市场和各种法律纠纷干扰手段的操作下，CG陷入困境。而迫于Illumina与自己下游竞争和不断提价的商业压力，我国的华大基因利用了这一机会，于2013年并购了CG公司。凭借此次收购，华大基因一举占领了基因测序的上游，并同Illumina、Life Technologies一起奠定了继续测序市场的新格局。不仅如此，凭借自身完整的产学研一体化的布局，华大基因相比前两者更具优势。 　　华大的技术王牌 　　不过值得注意的是，目前全世界只有前面提到的三家完整拥有测序技术核心知识产权的公司&mdash &mdash Illumina、Life Technologies、华大基因。而且三家公司本身都是通过收购来实现，Illumina收购了Solexa, Life Technologies收购了Ion Torrent,而华大收购了CG 其余的授权或者所谓做出了测序仪的国内公司都会在真实应用的技术、成本和商务层面受较大限制。 　　华大在并购完成之后，保留了CG在硅谷的研发团队，并将团队规模扩大了一倍，同时结合中国本土的经验丰富的研发团队共同合作，已经开发出将投入产业化应用的临床测序技术BGISEQ-1000和BGISEQ-100。 　　新产品大大简化了样品处理的流程，缩短了整个周期，优化了生物云平台，做到一键式、傻瓜式、大数据库支持，能够进入任何一家医院而不需要任何前期测序基础。在临床产品的精度、可重现性和稳定性方面比市面已有技术提高几个数量级，达到99.999%以上的碱基准确性。 　　可以说，CG的技术是非常稳定可靠的，有多篇顶尖的文献可以证明，这一点是华大基因收购CG的重要原因。CG之前的不成功，主要是差在商业模式而不是技术。而在基因测序这一高科技领域，&ldquo 技术为王&rdquo 依旧是一个硬道理，这或许也是华大基因和CG最强大的竞争资本之一。

近几年，随着基因概念股在股市上的热浪，国际癌症基因组计划完成的消息，启动又停止、停止又启动的高通量测序的唐氏筛查工作等等。每天不断更新的消息使得基因测序这个产业和概念成为了一个非常热门的话题。 　　在&ldquo 创新中国智库专题讲座&rdquo 上，中国科学院北京基因所技术研发中心常务副主任任鲁风作了《基因测序技术在中国应用前景》主题讲座。他主要从基因到底是什么?测序是干什么?基因测序到底能解决我们什么问题以及测序技术、应用在中国及全球的发展态势等方面解读了基因测序的相关内容。 　　什么是基因测序 　　&ldquo 首先做一个基本概念的科普。把地球比作生命之树的话，那么人只是大树末端的一个枝节。就动物而言，全球有1000万种动物，其中哺乳类就有5000。人只是其中一种。&rdquo 任鲁风介绍。 　　据了解，几乎每个生命体都由细胞组成，这个细胞里有一个细胞核，细胞核包裹着遗传物质，从父母那儿遗传的染色体，把它松散拉直之后，就是平常所说的DNA(脱氧核糖核酸)，即通过核苷酸作为基本单位，排列形成生命密码。 　　任鲁风表示，在细胞DNA转化为RNA(核糖核酸)之后，通过RNA在细胞核外面的翻译，生产出蛋白质。而蛋白质也是通过DNA和RNA的排列顺序，构成生命体的不同结构。在这里所有生命活动都是来源于这个顺序，关注这个顺序就可以解决生命的发生和发展问题。 　　DNA与RNA只有四种基本组成单位，也就是核苷酸，这四种核苷酸仅仅在化学分子结构上具有细微的差异，而这四种不同化学结构的分子在DNA链上的排列顺序，决定了所有生命活动的本质，&ldquo 测序&rdquo 就是把这个顺序决定出来。 　　&ldquo 人和人之间的差异只有千分之一，就是这个排列的顺序只有千分之一的差别，这种差别引发了无数的遐想，这些遐想促进了生命科学和医学等一系列科研和应用的不断前行。&rdquo 任鲁风说。 　　测序技术发展了40年，已经走过了四代技术阶段。第一代测序技术已经趋于稳定，在特定市场里保持着独占性应用。第二代测序技术从2006年推向市场后，10年来产生了诸多激烈的竞争，国内厂家也有参与。而第三代和第四代技术，现在还都是处于技术有待成熟和发展阶段。所以近年来主要的竞争还将集中于第二代技术上。 　　基因测序能做什么 　　&ldquo 成本的进一步降低，让基因组学衍生出更多的组学相关研究，并延伸至极为广泛的基础研究和实践应用中。&rdquo 任鲁风说。 　　&ldquo 在涉及生命科学的领域目前都用得到这项技术，目前用基因测序逐渐开始解决实践应用的问题，成本也已经达到实践应用的要求。&rdquo 任鲁风表示，这项技术应用领域包括检验检疫，食品安全、种质鉴定、临床诊断、环境检测、疾病防控、微生物的进化。在农业、林业、畜牧业、渔业等领域，测序技术也已经开始应用其中。 　　任鲁风介绍，现在突发传染病每时每刻都在发生，但不会再出现像2003年SARS疫情时长时间不能准确判别病原的情况了。基因测序技术能够在新突发传染病发生的72小时内获得病原的确切信息。 　　法医鉴定方面早已将测序技术作为基本物证鉴别手段。在国家安全层面，基因信息的安全性和生物反恐都是值得注意的发展领域。实际上这些都是细分领域，目前已经开始呈现市场容量急剧扩张的趋势。&ldquo 基因测序在应用市场里的蓬勃发展和爆发式的增长将从2015年开始。&rdquo 任鲁风说。 　　基因测序重在医学 　　据悉，奥巴马在国情咨文里边提到，要启动精准医学计划，要把所有人基因组全都测完，指导后期的健康分析。这被定义成医学上的一个划时代的开端。 　　那么究竟什么是精准医学呢?任鲁风介绍，根据大量数据积累和分析，得到一个数据库，这样就会得到不同的基因型和疾病与用药之间的关系，之后通过每个人不同的基因或基因表达水平的不同，与这个数据库去对照，会发现每个人每一种疾病的预防、发生、发展、治疗、预后均和基因具有显著的相关性，这样直中靶心，采取有针对性的不同的治疗方法，这就是所谓的精准医学。 　　在目前这个初级阶段，基因测序可能更多集中在遗传病的诊断，传染病的病原检测，肿瘤的个体化治疗以及药物基因组学方面，也就是根据基因来判断病因是什么、药物能不能用和好不好用等问题。&ldquo 在这个过程中个人基因组和临床相关性研究，是目前精准医学首先要做的工作。&rdquo 任鲁风说。 　　任鲁风把健康相关领域分成两个部分，一个是疾病易感性，一个是药物敏感性，疾病易感性是指每个人都有患某种疾病的风险，这个风险来自本身的遗传物质。如果医生可以看到病人的基因组谱，就可以提前获知和进行干预。 　　当然，除了预防还要治病。&ldquo 药物对这个疾病有治疗作用，还没有毒性，这是最好的情况。如果没有治疗作用，药毒还可能对病人有损伤，对于患者而言就是灾难。但通过基因水平来判断，就可以选择既没有毒性又起作用的药物。&rdquo 任鲁风说。 　　基因测序应加快自主研发 　　&ldquo 在基因测序方面，中国现在处于机遇与挑战并存的时期。&rdquo 任鲁风告诉记者。基因组学从概念的出现到现在只不过二三十年的时间。伴随着信息技术的发展，国内外信息互通，让中国的科学家有更多与国外同行直接交流和沟通的机会，加之大量的海外高水平人才回国，使中国在基因组学基础研究，测序技术领域并不比西方国家落后多少。 　　2011年的统计显示，人类基因组计划完成以后，对美国经济的影响是巨大的。意味着通过38亿美元的投资，获得了将近8000亿美元经济带动作用，创造了31万个工作岗位，到2013年，对美国经济的带动作用达到了1万亿美元。 　　据悉，中国第一台测序仪是由深圳华因康公司生产的，而华大基因从美国收购CG公司，也是看中了其测序技术在未来的应用前景。 　　&ldquo 虽然中国的测序技术刚起步，但包括LifeTech和Illumina这两家测序技术巨头，在通过贴牌方式进入中国医疗市场，一定程度上阻碍了我国自主研发的进程。&rdquo 任鲁风表示。 　　在测序技术这一领域，自主研发，自主原理，自主技术平台的缺失一直造成我国应用领域永远给国外这种厂商打工的局面，从机器、软件甚至数据分析方面都要依托外国。 　　&ldquo 中国有广泛的医疗资源和人群，最基础的医疗资源是不缺的，缺的是没有一项是自主创新的技术。&rdquo 任鲁风说。例如，生物技术必要的功能性软件，所有进行基因数据分析的算法基本上均来源于国外原创性的基础算法。中国的高性能计算硬件资源已经达到了先进水平，但对于数据解读、挖掘和数据库建立等方面还落后很多。另外一个问题在于，我国的基础研究和基础数据积累方面，碎片化严重，无法形成统一有效率的研究计划和数据挖掘，这些有待于国家层面的科学布局规划。 　　在技术发展层面，据了解，美国对基因测序技术的研发，从2004年到2014年持续进行资助，从第二代测序技术到目前的第四代测序技术，累积已经投入超过2亿美元。而我国的国家级别支持的基因测序技术研发经费一共大概2000万元人民币。 　　&ldquo 这项技术是决定中国在国际市场上竞争力的关键，我国的科技体制改革，需要在这方面有所考虑。&rdquo 任鲁风说。还有就是目前有一些饮鸩止渴的现象，除了华大收购的CG还算是国产，其他获得国产医疗器械证书的测序产品，均来自于国外。 　　&ldquo 我们已经坚持了六七年的时间来做基因测序技术，目前已经完成了产品样机的生产，即将给国内客户进行免费试用。&rdquo 任鲁风介绍。另外，其领导的科研团队正在策划针对应用的整体解决方案，包括样品处理、测序、数据分析等流程的全自动化实现，&ldquo 用户可以在对样品进行测序和数据分析中实现无人操作，通过云计算和自主研发的算法，可以解决数据的有序积累和挖掘过程&rdquo 。 　　任鲁风表示，在中国缺乏核心精密工业条件和高端生命科学仪器开发生产经验的情况下，如何依靠和支持自主创新来抵抗国外技术蚕食中国市场，值得我们反思。

图为研究人员正在将处理后的样品点到基因芯片。 　　我国市场上用于基因测序服务的设备和试剂大多来自于少数几家国外供应商，不得不承受比供应商所在国家更高的设备购置和应用费用。 　　如今的基因测序行业，正广泛应用于法医鉴定、疾病控制和诊疗、食品安全等与公众生活密切相关的领域。 　　所谓&ldquo 工欲善其事，必先利其器&rdquo ，而仪器的水平直接影响着基因测序服务企业能在这块据称&ldquo 千亿美元规模&rdquo 的市场上获得多大份额。 　　对于火热的测序服务市场，中科院北京基因组研究所技术研发中心常务副主任任鲁风对《中国科学报》记者指出了本土产业在仪器设备和试剂耗材方面&ldquo 受制于人&rdquo 的隐忧：&ldquo 我国市场上用于基因测序服务的设备和试剂大多来自于少数几家国外供应商，不得不承受比供应商所在国家更高的设备购置和应用费用。而国内的测序服务业成本甚至会高于国外服务商的市场报价。&rdquo 　　成本在降 市场变广 　　仪器的水平对基因测序服务业来说有多重要? 　　首先是成本的降低。1990年人类基因组计划启动伊始，人们计划用30亿美元完成人的基因组测序工作。而今年3月底， Life Technologies 公司在中国推出的台式基因测序仪 Ion Proton，则意味着只需 1000 美元即可在一天时间内完成个人全基因组测序。 　　基因测序费用下降伴以测序精度的提高，测序技术发展速度之快更是超出了人们曾经的想象。&ldquo 大家所熟知的半导体行业的&lsquo 摩尔定律&rsquo 指出每两年达到翻一番的进步，但是在基因测序领域我们的速度是每两年4倍的进步。&rdquo Life Technologies公司CEO Gregory Lucier说。 　　随着测序技术发展带动测序仪器水平提高，科学家们发现基因测序不仅仅用于象牙塔中的研究，而且可以实际服务于公众，比如针对不同病人的&ldquo 个体化医疗&rdquo 。 　　以肿瘤为例，肿瘤实际上是基因组改变的一种疾病，即使是同样的癌症也可能由不同的基因突变所造成。基因的差别让患者对治疗药物有不同的反应，因此需要个体化的医疗方式来对不同的病人进行区别对待，针对每个个体的不同特性来制定方案。 　　江苏省中医院病理科主任医师赖仁胜曾谈到，常见恶性肿瘤使用基因测序和靶向药物治疗效果最明显。目前癌症化疗总体有效率在30%~40% 左右，而通过基因测序筛选出获益病人，有效率可以提高到80%。 　　随着新型测序仪的不断推出，基因测序的市场正在迅速扩大，不仅限于医药行业，还包括农业、食品安全、生物燃料等方方面面。《福布斯》杂志曾预计基因测序市场规模将达千亿美元。 　　目标：高质量、低成本 　　测序市场的诱人前景吸引了众多企业和机构投身这一行业，业内人士自然清楚，谁掌握了基因测序的利刃&mdash &mdash 高质量、低成本的仪器&mdash &mdash 谁就更容易从这个&ldquo 千亿美元蛋糕&rdquo 上切得更多。 　　然而，对于测序利刃锻造之难，曾在基因测序仪器巨头企业Life Technologies的前身ABI公司先后担任研发部门多个重要职务的周晓光深有体会。 　　&ldquo 基因测序仪器牵扯的面非常广，不光是技术问题，还有很多是工程上的问题，光电器件、机械控制器件、软件开发等等也都要涉及，是系统工程。&rdquo 周晓光对《中国科学报》记者说，&ldquo 开发和生产基因测序仪器比做基因测序服务要难得多。&rdquo 　　同时，测序仪器对科研和技术水平的要求也越来越高。 　　据任鲁风介绍，第一代测序仪仅仅是提供一个电泳和电泳后分析的平台 第二代测序仪则利用微加工处理和光电子成像技术实现边反应边测序 第三代测序仪则将反应体系进一步缩小到了微纳米量级的尺度，同时利用物理原理实现了单分子识别。 　　&ldquo 而目前正在进行概念研究的第四代测序技术几乎完全抛弃了生化反应，通过力学、电学等对DNA分子中的碱基直接判读。&rdquo 任鲁风说。 　　本土行业&ldquo 受制于人&rdquo 　　尽管业内人士都深知测序仪器的重要性，本土行业却仍正处于&ldquo 受制于人&rdquo 的尴尬境地。 　　据了解，目前测序仪主要来自于三家外资巨头Roche、Illumina和Life Technologies。 　　&ldquo 从以往经验来看，往往国外设备试剂的更新换代，首先会满足本国的需求，这样就造成了我国总是比国外滞后半年甚至一年的时间应用更高效的研究工具。&rdquo 任鲁风说，&ldquo 以PacBio的RS系统为例，第一篇应用该设备的论文在国际顶级刊物上发表时，还几乎没有几位中国科学家见过这台测序仪的真实样子。&rdquo 　　国内测序服务机构和企业还不得不承受比供应商所在国家更高的设备购置和应用费用，而国内的测序服务业成本甚至会高于国外服务商的市场报价。&ldquo 结合我国的测序市场需求，相信仅仅从科研的应用成本上而言，受制于人这个词汇不可谓不贴切。&rdquo 任鲁风表示。 　　北京诺赛基因组研究中心有限公司常规测序负责人张隽辉曾对《中国科学报》记者表示：&ldquo 目前基因检测设备和试剂的供应基本上由欧美企业垄断，这在很大程度上压缩了国内基因测序服务企业的利润空间。&rdquo 　　上述曾在Life Technologies的前身ABI工作多年的周晓光现为国家&ldquo 千人计划&rdquo 学者、中科院半导体研究所国家光电重点实验室研究员。他进一步指出：&ldquo 购买仪器的成本还不是最关键的，关键是卖给你仪器以后，赚后边的耗材利润，测序时使用的耗材是和仪器相配的，购买仪器的花费和后续要用的大量耗材成本相比简直是&lsquo 小巫见大巫&rsquo ，如果这样下去，国内测序市场越大，仪器和耗材的支出就越惊人。&rdquo 　　目前国内开展测序仪研发的机构还非常有限：联合研制第二代测序仪的中科院北京基因组研究所和中科院半导体所、无锡艾吉因生物信息技术有限公司和深圳华因康基因科技有限公司。北京大学和清华大学的一些研究团队也在开展新一代测序技术相关的研发工作，但还没有公开的文献报道。 　　&ldquo 虽然在这个领域已经开始起步，但很大程度上还是属于引进吸收，缺乏原始创新。国际上日益激烈的第三代和第四代测序技术的研发给我国一个追赶和超越的机会。&rdquo 任鲁风说，&ldquo 在获得前期积累的实战经验基础之上，加大投入支持力度，充分开展跨学科跨专业的合作，积极开展原始创新，建立自主的知识产权体系，才能在这样一个关键节点上真正实现质的突破。&rdquo 　　国内科研机构和企业寻求基因测序仪器&ldquo 突围&rdquo 的努力并未停止，据悉，深圳华因康基因将于年底推出超高通量基因测序仪第三代机型，然而实际效果如何，仍有待市场的检验。

基因测序无疑是未来看好的技术之一，但其真实价值几何?什么样的创业项目不值得投资?什么样的技术才有护城河?什么样的应用方向才可能正确?基因测序的前景还有哪些瓶颈?作为基因测序领域的资深从业者，Life Technologies(现为Thermo Fisher收购)公司全国临床与科研事业部销售总监、Thermo Fisher公司全国临床市场战略总监柴映爽写了一系列文章，对上述问题进行了深入剖析。继第一篇文章《基因测序市场格局介绍》之后，以下为柴映爽系列文章的第二篇：　　二、基因测序的误区和瓶颈　　1.水晶球只是童话——风险评估预测为何不靠谱　　人类对不确定性的恐惧和好奇一直存在，基因测序可否用来做患病风险评估，成为一个预测未来的水晶球?理论上来讲是可以的，反正人生都是在各种概率中前行。但实际上能用于指导实践还是有很多疑问。首先要确定个体基因测序的结果是否偏离了正常人群，就要有一个统一、科学、标准的数据库，遗憾的是现在还没有。大部分公司的做法是自己构建数据库，加入临床上确认的和科研上研究比较多的一些突变位点，受检者测序后和这个数据库进行比对，看看有没有出现这些突变。然后根据这些突变发生的情况，给出一个患病的百分比概率。但是，问题在于：1)这个数据库是否可靠，很难证明。有相关性也不代表就是因果 2)已明确和临床疾病有关的突变实际上是相当少的，很多突变即使有了也不一定就意味着会发病 3)除了遗传病(如罕见病)以外，大部分疾病是多基因相关，并且和后天环境也很有关系，单靠基因测序并不能够完全模拟发病的所有相关因素 4)这个百分比概率是用什么软件模型算出来的，软件是否靠谱，很难说。即便说个体的患病风险比正常人群高了5个百分点，是否说该个体就有更高的患病可能，很值得商榷，对临床也没有任何指导意义，概率并不能用于进入临床诊疗标准。基于上述原因，目前几乎每一家公司测出来的疾病风险都不同。目前的风险评估预测，除了影响心情以外，没什么实际意义。　　至于一些什么儿童性格基因和天赋基因商业检测，更加荒唐。学术界至今没有公认哪个基因跟天赋有必然联系，拿着一些发表的探索性研究文章，就说是业界证实的结果，忽悠行业外的老百姓赚钱，既不科学，也不道德。　　2. 是否应该进行全基因组测序?　　从科研角度来说，完全没有问题，但在临床应用方面就不是了。除了遗传病以外，目前很多基因和疾病的关系都只是“可能”，还没有定论，即便是BRCA1，也只能说近乎“公认”跟遗传性的乳腺癌有关。一堆解释不清的测序结果，对医生和病人来说都没有意义，病人却因此要承担更高的检测成本，未来不会得到卫生政策部门的赞同。检测某肿瘤，是否一定要测一大群基因?和肿瘤的关系都明确相关吗?这些基因对该肿瘤的诊治意义有多大?临床诊断指标，“多”不重要，“明确”才最重要，有多个明确相关指标，则是好上加好，利于综合判断，而做多少检测，还要从临床实际判断出发。这就好像你发烧咳嗽到医院去看病，医生除了给你验血常规以外，又给你查生化全套，又给你查SARS病毒，又让你去做包括PET CT在内的所有影像学检查看看是不是癌症，末了再来个骨髓穿刺查白血病，因为癌症和白血病也可能引起发热，会不会有人接受呢?具体工作中，医生还是会结合病人主诉、流行病学资料、病人经济能力、生活行为、前期治疗观察等因素，确定首选检查手段，根据经验分步进行鉴别诊断。所以，全基因组测序的结果，目前给临床带来的无所适从要多于指导意义。更不用说应该测多少倍的深度，这方面连个标准都没有。各种全基因组测序数据库，跟大量的重要临床数据(如肿瘤大小，家族史，药物使用，其他诊断数据)没有足够关联，因此未来也不一定有用。　　医生的诊疗，会包括通行的标准诊疗和标准流程之外的探索性诊疗两部分。后者是医学进步的动力，但在当前中国的医患环境下越来越少。尽管如此，对于标准诊疗无解的病人，医生会尝试非常规的诊疗寻找突破，这种极端情况下全基因组测序是有一定价值的。我们有时会见到这样的例子，无法确诊或治愈的病例，通过测全基因组后发现了某个突变，根据该基因突变对应的蛋白质功能和表观性状，最终得到确诊或是找到了某种对应的药物(用于其他疾病的或是还没上市的)。但是也有测了全基因组什么办法也没找到的，比如说乔布斯同志。这种诊疗不能成为目前医疗的主体，因为不确定性太多，它没有办法替代现行的医疗模式。　　3. 任重而道远——生物信息学的瓶颈　　高通量测序是通过把提取的样品DNA打成小片段，在机器上进行大量平行测序，然后将读取的序列信息拼接成完整序列，和参考序列进行比对，这里需要很多的生物信息学工作。因此，在拼接的过程中难免有算法误差，另外打碎DNA片段的实验步骤也有重复性的问题。由于突变位点不是每一次测序都能测到，因此需要测很多次，有时候甚至测到上千次，这也是高通量测序会产生海量数据的原因。测到目标区域的平均次数称为测序深度，如测100次就称为100×(倍)的测序深度，专业一点来说是测到的碱基总量除以基因组碱基数量的的大小。患者得到的数据，到底是30×还是100×还是2000×测序来的，一般人不知道。而测序后通过生物信息学分析出的突变，是真实存在还是测序产生的误差，也见仁见智。目前来说，到底要测多少倍才算比较准，都是按照业界通行的理解来进行的，在临床应用上尚没有法定的标准，也给如何统一各家公司自己的数据库出了个难题。如果这个数据库要用于治疗目的，那么是在什么临床环境下测的数据，也很少有人提及。　　另一个是海量数据带来的计算机存储问题。人类基因组3.2个G，测50倍的通量就要160G，光数据存储一个小硬盘就用掉了，想发展大数据，搞云计算来比对，以现在的网络传递起来还是很慢的。做科研还好，但在临床上，基因组数据带来的效果还不足以无视这些额外产生的计算机集群负担，有点像互联网之初要用Modem等待漫长的滴答音后才能接通Internet一样，影响了公众对互联网的接受度。这方面的瓶颈也许要等到新的技术出现才会突破，如新的图形存储格式，新的算法，新的通信协议，等等。或是新的测序技术出现将现有的生物信息学过程彻底抛弃。　　目前的生物信息学解读主要还是侧重于测序结果的解读，随着HTML5协议的出现，可视化的基因组学浏览器已经有了很多发展，界面更加直观，也减轻了很多后台服务器的负荷，但是还是面向专业技术人员的，并没有完全发展到临床信息的解读，因为这个同时需要很深的临床专业知识。仅仅是基因测序的结果拿给临床医生看，可以说几乎没有人看得懂，在临床的应用程度可想而知，更不用提医生如何向病人解释他为何根据基因测序结果要采取某种临床干预。大多数临床医生更希望把基因测序作为一种标准化操作工具，而非了解该工具本身。而目前基因测序的数据结果到临床医生工作中的直观指导，还存在相当的距离，基因组数据无法被医生搜索、共享和理解。临床客户的两个基本诉求：“安全”和“标准”，基因测序尚不能实现。数据格式标准不能统一，临床指征与基因检测结果关系的专业数据库的缺失，使得基因测序在临床应用上受到生物信息学的很大束缚。　　4. 肿瘤基因测序难以大范围推广　　肿瘤的基因测序是当下的一个热点。由于肿瘤和基因组有一定的关系，使得行业外产生了很高的期望值。但它有两方面的主要瓶颈：临床机理和临床操作。目前市场上肿瘤基因测序有肿瘤的靶向治疗指导和肿瘤的易感性基因检测。肿瘤的易感性基因检测存在相当大的争议，严格来说没有临床价值，因为肿瘤与基因关系的基础理论仍然不足，可临床确认为高度肿瘤相关生物标记物的基因几乎没有，单是“肿瘤易感性基因”这个有因果意味的定义就很有问题，作为肿瘤的大面积常规筛查说服力有限，即便做了，基因结果和肿瘤的确切关系也根本说不清楚。从这个角度来说，所谓肿瘤易感性基因检测不是一个合理的方向。肿瘤的的家族史倒是跟遗传有关，但像遗传性乳腺癌检测与其说是肿瘤基因检测，不如说是广义的遗传病基因检测更好解释些。相对而言，用于靶向用药指导的意义比较明确，但这个市场会被定量PCR和常规一代测序分走一些，另外人种和地域可能会影响对同一基因的突变位点的选择，没有标准。现在的靶向药物类别不多，进入标准指南的就是肺癌的EGFR和ALK基因，转移性结直肠癌的kras基因，和黑色素瘤的braf基因检测，其他的基因靶点检测都属于医院自行开展，测算市场刚性需求时比较容易有水分。一个与学术无关的现象是，即便基因检测结果表明该药物可能无效，病人若没有其他选择，还是可能会抱着试一试的心态使用该药物，使得基因检测的意义可有可无，导致医生做基因检测的动力下降或动机改变。　　在临床操作层面，目前肿瘤基因测序没有专门的收费标准，基本上都是套用按位点做基因测试的收费标准来的，各省物价，一个位点在250-600元不等，这个价格对高通量基因测序来说不合算，但由于高通量测序可在成本不变的情况下一次性测很多位点，因此一般来说是按照多个位点进行收费，限于病人经济承受能力，一般市场收费在4000-8000元不等。这方面该测多少位点，收费怎么计算，还缺少相关的政策。另外，肿瘤基因检测临床实施并不方便(血液肿瘤除外)，区别正常突变和肿瘤基因突变对人员技术能力要求较高。由于肿瘤的基因组不稳定，常产生耐药突变，作为疗效检测的话，需对肿瘤病人多次肿瘤部位取样活检，无疑增加了病人的痛苦和操作难度。而且，是否要同时取癌旁正常组织一同测序，这部分收费是否要病人承担，政策上都没有定论。　　最近液体活检受到重视，是指在外周血中寻找脱落或凋亡释放的肿瘤细胞DNA(ctDNA)进行基因测序。这种取样方式大大好于组织取样，长远来说可能适合癌症复发的早期检测，但距离临床应用还比较遥远。循环肿瘤细胞DNA是不完整的DNA碎片，需要大量基因测序，大量的生物计算拼接，误差不好控制。还有怎样确保减少假阳性，和肿瘤目前的TNM分期如何对应，这些技术问题都需要时间。一个现实问题是：如果ctDNA结果提示肿瘤，但病人去做了PET-CT也没有发现病灶，病人该怎么办。相对而言，寻找循环肿瘤细胞(CTC)辅助以基因测序验证可能是一个比较有希望的方案。CTC可以得到完整的肿瘤基因组，作为诊断指标在临床上也容易界定，不过如何保证CTC的捕获效率，目前没有最理想的方法。　　总之，肿瘤的机理过于复杂，基因测序和实施临床干预还不能顺利对接，操作层面和政策层面还有很多困难，远非理想的应用状态。从远景来说，随着靶向药物的开发和肿瘤免疫的进展，基因检测的需求长期存在。但目前还受制于大数据如何积累，如何搜集标准标本，如何建立大分析平台，短期内无法解决。一部分临床需要的基因检测用更简单便宜的PCR或FISH即可解决问题，并不需要高通量测序。当下很多人热衷于用科研思路去解决临床问题，但医疗不同于科研，必须考虑很多的社会人文因素。而肿瘤这样一个热点市场，作为一个公司要长期生存的话单纯依赖这方面业务需要谨慎。等到这些瓶颈解决有希望盈利的时候可能又出现新的替代技术了，这是一个受到很多关注但技术路线变化可能性非常大的市场。　　4.最大的瓶颈—全社会的认知和现行医疗体制　　医学本身并不是面向大众的科学，基因科学更加小众。基因与疾病的关联的社会认识程度还不高。大部分患者、医生、政策部门、投资人，都不是很了解基因测序的知识。普通老百姓很难说清楚基因是怎么回事，有些人还以为遗传病就是精神病，大量临床医生对基因测序的理论基础也很难理解，何况这个技术还在不断更新。在这样一个现实环境下，基因测序在未被充分检验之前就投入了医疗这个高度监管行业的应用，某种程度上讲是危险的，对基因测序技术应用的误读误用，会影响其本身健康发展，损害它作为一种新的技术所需要成长的空间，会出现劣币驱逐良币的现象。全社会还需要更多参与到基因科技的普及中。　　由于互联网的发展带来信息量的大增，今天患者越来越参与到对他们自身诊疗的决策过程中，知识程度的不对称和诊疗话语权的分配无法协调，也是今天医患矛盾的原因之一。这是一个传统医疗体制正在变化的时代，基因测序若得不到正确的理解和实施，会被拔苗助长，最终和体制不能结合而失去发展。基因测序用于临床干预来说很多结果还很模糊，又不能带来健康行为的根本改变，相关的法规也还缺失。临床诊疗过程需要的是基因测序的临床解读而非技术解读，但目前实施医疗的主体——医院和临床医生，对这一传统医学知识体系之外的技术还需要学习，而基因测序的检测提供者只提供技术，临床应用责任因为缺乏相应法律保护而没有承担主体，这一体制瓶颈约束了基因测序的发展，需要政策制定者的智慧。　　为了解决基因测序结果到临床应用的连接问题，2015年成立了中国遗传学会遗传咨询分会，开始了遗传咨询师的定期培训班，迈出了开拓性的一步。但如何应用于医疗实践，还缺少合理的制度支持。如何对临床标本的基因检测结果进行标准化描述、评估和溯源，是当下医疗体制的瓶颈。生老病死是人类最重要的问题，在相应的瓶颈没有突破之前，基因测序只适合少部分地用于医疗实践，绝不适合在全社会推广应用。　　未完待续，精彩内容请关注后续系列报道：　　基因测序，风口上的思考(三)：什么才是护城河?　　基因测序，风口上的思考(四)：对未来的预测和建议　　作者介绍：　　本文作者柴映爽，上海医科大学预防医学专业学士和国家CDC病毒所基因工程学硕士。曾在欧美制药公司工作，2004年初进入Life Technologies 的前身Applied Biosystems公司工作至今，见证了十年来中国基因科学和分子诊断的飞速发展。个人兴趣在于研究基因科学的最新成就，致力于推动成熟的基因科学成果进入中国分子诊断市场并得到健康持续的发展，使得中国的患者能够受益于最新的分子诊断技术。　　本文仅代表作者个人观点，与作者所供职机构无关。

国家药品监督管理局发布通知，公开征求基因测序仪临床评价注册审查指导原则。该指导原则为对基因测序仪的一般要求，意见稿规定临床申报产品需明确基本原理、产品类型、核心部件等结构组成、性能参数要求及软件核心功能算法、适用范围及预期用途、安全性评价等产品评价方面。以下是通知详情：各有关单位：　　根据国家药品监督管理局2021年度医疗器械注册技术指导原则制修订计划的有关要求，我中心组织起草了《基因测序仪临床评价注册审查指导原则（征求意见稿）》。经文献汇集、企业调研、专题研讨和专家讨论，形成了征求意见稿。　　为使该指导原则更具有科学合理性及实际可操作性，即日起在网上公开征求意见，衷心希望相关领域的专家、学者、管理者及从业人员提出意见或建议，推动指导原则的丰富和完善。　　请将意见或建议以电子邮件的形式于2021年10月27日前反馈我中心。　　联系人：郑生伟、方丽　　电话: 010-86452541；010-86452538　　电子邮箱：zhengsw@cmde.org.cn；　　　　　　　fangli@cmde.org.cn　　附件：1.基因测序仪临床评价注册审查指导原则（征求意见稿）（下载）　　　　　2.《基因测序仪临床评价注册审查指导原则（征求意见稿）》意见反馈表（下载）国家药品监督管理局医疗器械技术审评中心2021年10月13日

基因测序技术已成为在生物医学领域影响最大，竞争最激烈的高新技术研究领域之一。根据通量、读长及技术出现时间等不同，基因测序仪可划分为一代基因测序仪（Sanger测序）、二代基因测序仪（MPS，大规模并行测序）、三代基因测序仪（单分子测序）等。由于基因测序仪研发难度大、市场准入门槛极高，研发出测序仪器的企业不多，而能够批量生产基因测序仪的企业更是屈指可数。目前国内基因测序仪市场有小20家测序设备智造企业，其中多家为贴牌生产单位，测序仪自主研发企业仅不到10家。尽管当前基因测序仪市场仍然以二代测序技术为主流（约占到整体市场份额的八成），但作为测序“黄金标准”的一代测序仪在市场仍有较大影响力和部分受众用户，而以纳米孔技术为典型的第三代测序仪市场开始崛起。近一年来，笔者观察到国内外市场共有5款新型基因测序仪宣发上市。从技术路径上看，其中4款为二代基因测序仪，1款为纳米孔测序仪。仪器机型整体向更高通量、更小体积、更快速度、测序流程更简单方向发展。2021年以来基因测序仪新品国产企业在生命科学上游高端仪器设备持续发力，5款新品基因测序仪中，国产品牌占据三席，进口品牌占到两席。以下是上文出现的基因测序仪新品详细信息：赛默飞2021年10月，赛默飞发布Ion Torrent Genexus高通量测序系统 。赛默飞 Ion Torrent Genexus 高通量测序系统Ion Torrent Genexus系统是行业内第一个真正落地实现 “All in One，One for All” 理念的高通量二代测序（NGS）系统，由纯化系统、一体化测序仪和软件组成，极具创新性地将NGS全部湿实验和干实验，及全流程硬件系统和软件系统实现一体化。只需2步、15分钟的手动操作和设置，1~32个样本通量，最快一天完成NGS全流程。华大智造2021年华大智造没有推出新型测序机型，但华大智造在10月份启动了DNBSEQ-T7和MGISEQ-2000的产品性能全新升级。在日通量超高的测序仪DNBSEQ-T7上，主要升级包括：全新版本的测序试剂（V2.0）、仪器控制软件和算法更新、配套MGIDL-T7（DNB自动化加载仪器）软硬件升级，推出高通量测序试剂套装V2.0，数据产出更高、更稳定。华大智造 MGISEQ-2000 基因测序仪在中高通量测序仪MGISEQ-2000上，目前已经支持6种读长模式的MGISEQ-2000又一次完成“自我突破”—，在读长方面实现了从PE200到PE300的飞跃。在此之前，市面在售能首次实现PE300或SE600的只有两个系列的机型：一个是Illumina的MiSeq系列，另一个是Thermo Fisher的Ion GeneStudio S5系列，如今华大智造MGISEQ-2000终于跻身此列。Singular Genomics12月16日，Singular Genomics Systems, Inc.（纳斯达克股票代码：OMIC），一家利用新型下一代测序(NGS) 和多组学技术为研究人员和临床医生赋能的公司，宣布推出台式测序仪G4。Singular Genomics G4台式测序仪通量：每次运行 15-400 GB 数据TAT：6-19 小时的运行时间准确度：所有套件的准确度为 99.6-99.9%NGS平台具有新颖的高性能化学和先进的工程技术，可为包括肿瘤学和免疫学研究在内的一系列应用提供准确性、灵活性、速度和功能。据悉，G4 仪器和耗材套件的订单现已开始接受，预计将于 2022 年第二季度开始发货。齐碳科技2021年12月底，齐碳科技发布QNome-3841纳米孔基因测序仪。齐碳科技纳米孔基因测序仪 QNome-3841相比起去年发布的QNome-9604，这款测序仪新品最大的提升在于电路的设计，将原来的板级电路升级为集成电路——将原本分离的元器件集成到齐碳科技自主研发的ASIC芯片上，可以进一步缩小仪器尺寸、提高通量，为下一步中、高通量机型的研发打下基础。同时，仪器的小型化并不以牺牲性能为代价，纳米孔测序的技术原理决定了纳米孔基因测序仪具有小型化的潜力。经过模型迭代，目前K1孔的单次准确率已经提升至94%，而最新研发的K2孔的单次准确率最高已达97.6%。塞纳生物2022年1月12日，赛纳生物线上发布S100测序仪。塞纳生物S100测序仪赛纳生物S100测序仪是一款高通量测序平台，具有检测速度快、灵活部署、无需凑样的特点。赛纳生物测序仪采用了独创的基于荧光发生原理的边合成边测序（Fluorogenic SBS）技术。处于暗态的Fluorogenic核苷酸分子无荧光发出，当被DNA聚合酶识别并结合进入待测DNA模板时放出荧光，通过依次参与反应的核苷酸种类及荧光强度可判断DNA序列信息。该技术将发光集团修饰在磷酸键上，使用天然碱基和简单常用的聚合酶及磷酸酶，没有分子疤痕和测序偏差，降低测序过程的复杂度，可在短时间内完成天然状态DNA合成并获得精确的荧光信号，测序过程快速、结果准确，易于获得长读长。附“基因测序专场”

p 　　 span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 什么叫做单细胞基因测序(Single-Cell Sequencing)? /span /p p 　　一句话说，就是单个细胞水平上对基因组进行测序。2013年，自然杂志把年度技术授予了单细胞 a title=" " href=" http://www.instrument.com.cn/application/SampleFilter-S01-T000-3-1-1.html" target=" _self" span style=" color: rgb(255, 0, 0) " 基因测序 /span /a (Single Cell Sequencing)，认为该技术将改变 a title=" " href=" http://www.instrument.com.cn/application/SampleFilter-S01-T000-3-1-1.html" target=" _self" span style=" color: rgb(255, 0, 0) " 生物界和医学界 /span /a 的许多领域。 /p p 　　 span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 我们为什么要进行单细胞基因测序? /span /p p 　　传统的测序方法，无论是基因芯片或者二代基因测序技术(Next Generation Sequencing，NGS)都需要从超过10万个细胞中提取一大堆(bulk)DNA或者RNA，而提供的信息是一大堆细胞的平均值。但是传统的方法，对于理解人体细胞的多样性有着明显的局限性。 /p p 　　在人体的每一个组织中，比如说，肾脏组织，拥有着大量不同的细胞类型，每一种细胞类型有着独特的起源和功能。每一个细胞的谱系和发展的状态又决定了每个细胞如何和周围的细胞和环境如何反应，把基因测序应用到单个细胞层面，对于我们理解细胞的起源，功能，变异等有着至关重要的作用。 /p p 　　关于二代基因测序已经详细在我们的前期两篇深度报告中进行了介绍，在本篇报告中，我们将详细解读单细胞基因测序，以及该技术对癌症，辅助生殖以及免疫学等领域带来的新的突破。 /p p 　　 strong 一、单细胞基因测序行业：刚启程，面临引爆点 /strong /p p 　　BCC Research的一项分析报告指出，2014年全球单细胞分析(Single-cell Analysis)的市场达5.4亿美金，预测将从2015年的6.3亿美金增长到2020年的16亿美金，复合增长率达21%。根据GENReports的报告，关于单细胞分析的文章发表在过去的几年也有着爆发性的增长。 /p p style=" text-align: center " 　　图2：单细胞分析的文章发表数量 /p p style=" text-align: center " img title=" 1.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201603/noimg/006c9fd7-a2cd-46b2-a028-18b51b5ea3cd.jpg" / /p p style=" text-align: center " 　　资料来源：GEN，民生证券研究院 /p p 　　其中，传统的单细胞基因组学主要是由基因芯片和PCR主导的，随着二代基因测序的成本以超摩尔定律下降，目前单细胞基因组学逐渐由二代基因测序技术接棒。 /p p 　　和qPCR在90年代的发展一样，目前所有的刺激因素(高度的科研兴趣，生物医药巨头公司的关注等)正在解锁这个市场，单细胞基因测序行业正面临引爆点。 /p p 　 strong 　二、单细胞基因测序的基本流程：单细胞分离--基因组扩增--测序和分析 /strong /p p 　　单细胞测序，简单地说，主要经过如下的步骤：单细胞的分离--DNA/RNA的提取和扩增(全基因组扩增和全转录组扩增)---测序以及后续的分析和应用。 /p p style=" text-align: center " 　　图3：单细胞测序的步骤 /p p style=" text-align: center " img title=" 2.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201603/noimg/782ee757-3c06-4a1b-9103-4c7336ac2929.jpg" / /p p style=" text-align: center " 　　资料来源：Recent advances and current issues in single-cell /p p style=" text-align: center " sequencing of tumors，民生证券研究院 /p p 　　2.1 单细胞的捕捉和分离 /p p 　　单细胞测序的第一步是单细胞的分离和提取，目前的方法主要有如下几种方法：流式细胞术，激光捕获显微切割技术以及微流控技术。 /p p style=" text-align: center " 　　图4：单细胞分离的三种方式：流式细胞术，激光捕获显微切割以及微流控技术 /p p style=" text-align: center " img title=" 3.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201603/noimg/ea66e087-c9b2-4930-a4d3-50025543fe8b.jpg" / /p p style=" text-align: center " 　　资料来源：Technologies for Single-Cell Isolation，民生证券研究院 /p p 　　1)流式细胞术 (Flow Cytometry) /p p 　　是指通过对于悬浮于流体中的细胞或者其他颗粒进行定量分析和分选的技术。在各种流式细胞仪中，大家主要讨论的是荧光活化细胞分类计FACS(Fluorescence Activated Cell Sorting)系统分离单细胞。定量原理：待测细胞经特异性荧光染料染色后，加入样品管中，经过测量区，由染色后的细胞在激光照射下的荧光产生的电信号来进行定量分析 分选原理：通过流束形成含有细胞的带电液滴来实现的。 /p p 　　2)激光捕获显微切割技术Laser Capture Microdissection(LCM) /p p 　　LCM技术可以在显微镜直视下快速、准确获取所需的单一细胞亚群，甚至单个细胞，从而成功解决了组织中细胞异质性问题。其基本原理是通过一低能红外激光脉冲激活热塑模-乙烯乙酸乙烯酯(EVA)膜，在直视下选择性地将目标细胞或组织碎片粘到该膜上。 /p p 　　3)微流控技术(Microfluidics) /p p 　　微流控技术是一种用于精确控制微量液体的技术。微流控芯片是实施该技术的平台，通常通过细微的管道对液体实施操控，微流控对液体的操控尺度, 刚好适合于单细胞样品的处理操作。 /p p 　　2.2 全基因组扩增 (Whole Genome Amplification. WGA)/ 全转录组扩增 (Whole Transcriptome Amplification，WTA)：单细胞测序的难点 /p p 　　2.2.1 主要的三种全基因组扩增技术，各有优势 /p p 　　由于在单细胞中的DNA和RNA的数量非常小(几个pg)，用传统的测序仪无法检测，所以科学家们必须首先对这些分子进行扩增，同时尽量的减少错误。目前的全基因组扩增技术主要有三种：简并寡核苷酸引物PCR扩增(DOP-PCR)，多重置换扩增(MDA) 和基于多次退火和成环的扩增循环(MALBAC)。 /p p 　　1)基于PCR技术的全基因组扩增技术，例如DOP-PCR(简并寡核苷酸引物PCR扩增) /p p 　　DOP-PCR是一种部分随机引物法, 其引物构成为3& amp #8242 -ATGTGG-NNNNNN-CCGACTCGAG-5& amp #8242 ；主要 利用3& amp #8242 端ATGTGG这6个在人体中分布频率极高的碱基作为引导, 以6个碱基的随机序列来决定特异的扩增起始位点，从而达到扩增整个基因组的目的。 /p p 　　2)多重置换扩增(MDA) /p p 　　MDA是一种等温的链置换扩增反应, 其使用随机的6碱基引物在多位点和模板链结合, 接着利用 phi29DNA 聚合酶很强的模板结合和置换能力实现对全基因组的扩增。 /p p style=" text-align: center " 　　图5：DOP-PCR和MDA全基因组扩增技术简介 /p p style=" text-align: center " img title=" 4.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201603/noimg/d9b0aef0-e3b1-4c63-8313-c20796064bb3.jpg" / /p p style=" text-align: center " 　　资料来源：Single-cell genome sequencing: current state /p p style=" text-align: center " of the science，民生证券研究院 /p p 　　3)MALBAC(Multiple annealing and looping-based amplification cycles)基于多次退火和成环的扩增循环 /p p 　　通过采用特殊引物，使得扩增子的结尾互补而成环，从而达到近乎线性的扩增,该技术是哈佛大学谢晓亮教授团队发明的。 /p p style=" text-align: center " 　　图6：MALBAC全基因组扩增的示意图 /p p style=" text-align: center " img title=" 5.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201603/noimg/83e2f828-d990-4b9c-afd6-bd692fc52888.jpg" / /p p style=" text-align: center " 　　资料来源：Single-cell sequencing by Doug Brutlag，民生证券研究院 /p p 　　表1：三种类型的全基因组扩增方式比较 /p p style=" text-align: center " img width=" 600" height=" 302" title=" QQ截图20160302115018.jpg" style=" width: 600px height: 302px " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201603/noimg/297e4e6e-a134-4101-a297-456cd703c3af.jpg" border=" 0" vspace=" 0" hspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " 　　资料来源：Single-Cell Sequencing Technologies: Current and Future， /p p style=" text-align: center " 民生证券研究院 /p p 　　Navin 在研究报告中指出(来源：Cancer genomics: one cell at a time)，对于检测CNV(Copy Number Variation)的时候，DOP-PCR以及MALBAC较有优势，另一方面， MDA方法一般用来检测点突变。Gawad et al., (2015)更是指出，三种全基因组扩增技术并没有明显的胜者，具体方法的使用取决于研究的目的。 /p p 　　2.2.2 全转录组扩增 /p p 　　一个哺乳动物的单细胞大约含有10pg的RNA，其中mRNA大约在0.1-0.5pg，并不能满足目前测序平台的要求，所以需要进行全转录组扩增技术。 /p p 　　单细胞中提取的RNA首先经过逆转录出cDNA，然后对逆转录生成的cDNA进行扩增。目前主要的转录组扩增技术主要包括如下几种：传统的PCR，改进的PCR，T7-in vitro 体外转录组扩增以及Phi29聚合酶扩增。 /p p 　　三. 单细胞测序的主要应用：癌症，辅助生殖以及免疫学领域 /p p 　　当单细胞被分离，细胞内的DNA/RNA被提取和扩增后，二代基因测序(Next Generation Sequencing)可以用来进行后续的测序。当把基因测序应用于单个细胞层面，在下游应用领域有着先天独到的优势。 /p p 　　3.1单细胞基因测序技术有助研究癌症起因和治疗 /p p 　　首先谈一下癌症的异质性：中晚期的肿瘤或由一系列的肿瘤克隆组成，每一种克隆有着独立的变异，形态和药物反应。对于肿瘤克隆精准的诊断非常重要，因为一个占据原发性肿瘤5.1%的亚克隆种群在复发的时候可能成为主要的致病因素。 /p p style=" text-align: center " 　　图7：肿瘤的异质性 /p p style=" text-align: center " img title=" 6.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201603/noimg/88b49609-3a47-4577-ad2a-7e9b36b6a4dc.jpg" / /p p style=" text-align: center " 　　资料来源：Illumina，民生证券研究院 /p p 　　实体瘤由一系列不同的细胞组成，包括癌症纤维细胞，内皮细胞，淋巴细胞，巨噬细胞等。同时，实体瘤由多个肿瘤克隆亚种群构成，使得临床样本的分析更加复杂。当多个肿瘤克隆同时存在时，标准方法检测的要么是平均信号要么是主要的克隆群体(并不一定是最致病的)的信号。 /p p 　　而同时，肿瘤的异质性和癌症产生抗药性以及转移密切相关，所以，单细胞测序开始用来检测肿瘤内基因异质性，对于癌症起因以及后续治疗的研究非常关键和重要。 /p p 　　例如，Navin et al.(2011), 利用单细胞基因测序的方法(流式细胞术提取细胞-全基因组扩增-NGS)，在某个乳腺癌肿瘤组织中检测了100个乳腺癌细胞的CNVs，覆盖度大约6%，发现了三种完全不一样的克隆亚种群。 /p p 　　除了肿瘤细胞，单细胞基因测序同样可以应用于循环肿瘤细胞(Circulating tumor cells)和外周血播散肿瘤细胞DTC(disseminated tumor cells)，该部分内容将在后续的研究报告中深入讨论。 /p p 　　3.2 单细胞基因测序助力辅助生殖 /p p 　　PGS(Pre-implantation Genetic Screening)是胚胎注入前遗传学筛查，主要是通过检测胚胎的23对染色体结构、数目，来分析胚胎是否有遗传物质异常 PGD(Pre-implantation Genetic Diagnosis)，主要用于检测胚胎是否携带遗传缺陷的基因，关于PGS/PGD的介绍，请参考我们之前的行业深度《基因+大数据的颠覆：从癌症基因测序到辅助生殖》。 /p p 　　PGD过程中，目前主要有三种方式获得活检材料：1)卵子的第一极体和第二极体 2)培养至第3天胚胎卵裂期的卵裂球细胞(一般取1-2个细胞) 3)培养第5天左右的囊胚细胞。 /p p 　　例如，牛津大学的Dr.Dagan Wells团队，通过对囊胚细胞进行单细胞基因测序，选择健康的胚胎植入。另外，谢晓亮教授团队通过对女方卵细胞极体细胞进行测序，结合胚胎选择，选择正常的胚胎移植。 /p p style=" text-align: center " 　　图8：卵母细胞减数分裂产生极体的过程 /p p style=" text-align: center " img title=" 7.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201603/noimg/a1c2724b-0f2c-4b27-9eca-d304dccd613c.jpg" / /p p style=" text-align: center " 　　资料来源：Genome Analyses of Single Human Oocytes，民生证券研究院 /p p style=" text-align: center " 　　(注：其中PB1和PB2是第一极体和第二极体) /p p 　　3.3 单细胞基因测序打开免疫报多样性研究之门 /p p 　　用单细胞基因测序分析免疫细胞的原因是现存的多样的病原体导致了免疫细胞的高度异质性，传统的检测方法，取样来自一大堆细胞，低估了单个免疫细胞的多样性，所以我们需要更加精确检测单个免疫细胞的遗传物质，从而理解机体复杂的免疫机制。正如开篇提到的Juno收购的单细胞基因测序公司AbVitro致力于T细胞和B细胞的基因测序。 /p p 　　图9展示了对单个T细胞受体基因测序(TCR Sequencing)的流程。TCR & amp #945 和& amp #946 mRNA经过逆转录，扩增，重叠延伸，目的基因被选择性地进行PCR扩增以及后续的分析。 /p p style=" text-align: center " 　　图9：TCR Sequencing过程 /p p style=" text-align: center " img title=" 8.png" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201603/noimg/04e7c357-80bd-4709-89dc-92ee07a28fa9.jpg" / /p p style=" text-align: center " 　　资料来源：Pairing of T-cell receptor chains via emulsion PCR， /p p style=" text-align: center " Illumina，民生证券研究院 /p p 　　四. 单细胞基因测序未来的发展之路 /p p 　　在目前来看，单细胞基因测序还处在非常初级的阶段，也面临很多技术的挑战，包括：如何高效的分离细胞，全基因组无偏差的扩增，以及下游的数据分析等。但各大生物医药巨头都已经目光锁定了这个方向，除了今年初Juno收购AbVitro(单个T细胞和B细胞进行基因测序)，去年八月BD公司收购了单细胞测序公司Cellular Research。Illumina也通过和Clontech合作，推出了单细胞RNA测序服务。 /p p 　　我们认为，未来的基因测序一定朝着更精准，更微观的方向前进，如今，单细胞测序正面临着一场革命，在单个细胞层面让我们在前所未有的水平理解基因组学，表观基因组学和转录组学的多样性。 /p p 　　背景案例： /p p 　　2016年1月，肿瘤免疫疗法的领头羊公司Juno宣布以1.25亿美金的股票和现金收购波士顿的一家单细胞测序公司：AbVitro Inc.。 AbVitro公司的技术起源于哈佛大学George Church的实验室，AbVitro的技术包括对单个T细胞和B细胞进行基因测序，帮助科学家们理解T细胞受体(T cell receptor & amp #945 和& amp #946 链的基因的复杂性。 /p p 　　图：Juno收购AbVitro之后的布局 /p p style=" text-align: center " img title=" 9.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201603/noimg/6ef1eca1-dc46-4600-9c6d-d95f77a85f9e.jpg" / /p

当前，基因测序仪的主要生产企业有Illumina、Life technologies、Pacific Biosciences等。近日，仪器信息网编辑随机采访了基因测序仪用户，所采访用户涉及高校、科研院所、测序公司的实验室等，共计3名用户，其中A用户使用Life technologies 公司产品ABI 3730XL，主要应用于PCR产物测序，质粒和细菌人工染色体的末端测序 B用户使用Illumina公司推出的 hiseq-2000，主要应用基因组组装、重测序、外显子测序、转录组测序以及小RNA测序的研究 C用户使用Pacific Biosciences公司研发生产的PacBio RSI，主要应用于基因组从头测序，检测DNA修饰。仪器信息网所采访的产品涵盖了第一、第二和第三代基因测序仪。 ABI 3730XL测序仪 Illumina hiseq-2000测序仪 PacBio RSI 测序仪 　　仪器价格：一代更比一代高 　　在采访中了解到，用户A所使用的ABI 3730XL测序仪购于2010年，当时购买的价格是100万元人民币左右，这是一款第一代测序仪，其基于毛细管电泳和荧光标记技术进行测序。 　　用户B使用的第二代测序仪Illumina hiseq-2000于2011年购买，价格约为75万美元，其采用可逆终止法的边合成边测序技术。 　　用户C使用的PacBio RS I测序仪是一款第三代测序仪，其利用DNA单分子的直接测序的原理进行测序。该仪器于2012年购进，当时购买价格约为100万美元。 　　用户开机率：普遍较高 　　A用户来自测序公司，每天都收到来自其他单位的测序样本，因此使用频率非常高，几乎每天都开机， 　　B用户来自科研机构，该仪器作为平台仪器，为单位所在的整个科研系统服务，两年中都是满负荷使用。 　　C用户来自高校，仪器主要为高校内部系统提供服务，1年中使用频率较高。 　　测序速率，读长，通量都可以满足需求 　　相比之下，ABI 3730XL测序仪的测序速度在第一代基因测序仪中是最高的。但是，由于其依赖于电泳分离技术，所以速率方面难以进一步升级，96样本的测序运行时间约为1小时40分钟。每天的数据通量可以达到600000bp，主要适合于基因测序和基因分型研究。 　　Illumina hiseq-2000测序仪作为第二代测序仪，测序速率大大提升，每天最高可以产生75Gb的数据。可以实现De Novo从头测序，DNA重测序等各种测序目标。 　　PacBio RSI的测序速度可以达到每分钟60个碱基，从样品制备到获得碱基序列的全部流程可在1天内完成。每天可获得的数据是200Mb mappable data。能够完成各种测序目标。 　　读长方面，ABI 3730XL的准确读长可以达到800bp。Illumina hiseq-2000测序仪读长可以达到2× 100bp。PacBio RSI目前可以获得1300bp的平均读长。 　　前处理环节：第三代测序仪优势明显 　　用户表示，ABI 3730XL和Illumina hiseq-2000虽然与同类仪器相比建库准备实验相对方便，但仍需花费较长时间和大量人力。但作为第三代测序平台的PacBio RSI测序仪，利用DNA单分子的直接测序的原理，无需进行文库制备，可直接从DNA片段获得测序数据，从样本制备到获得测序结果，所需的时间还不到一天。并且与传统标准方法相比，所需的DNA量也相当少，用量可低至不到500ng。 　　收费售后服务：用户满意度高 　　Illumina、Life technologies的售后服务获得了用户的一致认可，用户认为，其服务&ldquo 响应速度快，专业性高，解决问题十分彻底&rdquo 。 　　基因测序仪的产品生产商相对较少，过了免费的质保服务期之后，用户需要承担高额的售后服务费用，但几名用户对此并未产生不满，ABI 3730XL的用户表示，&ldquo 我们认为一年10万元的售后费用物有所值。&rdquo 　　改进意见：配套试剂耗材应降价 　　尽管ABI 3730XL在速度和成本方面都已达到了极限，但与二三代测序仪相比，其通量较低，成本较高，并且由于其对电泳分离技术的依赖，速度成本难以进一步提升。尽管如此，ABI 3730XL用户认为，ABI 3730XL方法可靠，并且已形成规模化，将继续发挥重要作用。 　　使用Illumina hiseq-2000的用户认为，该仪器的配套试剂价格过高，另外读长还有待增加，并且希望建库准备实验可以实现自动化。 　　PacBio，RSI的用户表示，这台仪器的不足之处主要在于试剂耗材价格过高，通量还有待提高。另外，PacBio RSI系统可购买升级包，将原有系统转化成最新的PacBio RSII，但是，升级耗资巨大也是令用户头痛的问题。 　　附：基因测序仪简介 　　DNA测序技术是现代生物学研究中重要的研究手段之一。成熟的DNA测序技术始于20世纪70年代中期。1977年，Maxam和Gilbert报道了通过化学降解测定DNA序列的方法。同一时期，Sanger发明了双脱氧链终止法。20世纪90年代，荧光自动测序技术将DNA测序带入自动化测序时代。目前，基因测序仪已发展到第三代，Illumina、Life technologies(ABI)等公司共同占据着全球基因测序仪市场。 撰稿编辑：乔峰

p 　　 strong 仪器信息网讯： /strong 10月21日上午，仪器信息网举办了“基因测序前沿技术”网络主题研讨会，本会议邀请到基因测序方面的两位重量级专家，包括北京大学生物动态光学成像中心研究员黄岩谊和中国科学院半导体研究所研究员周晓光，研讨会共有一百多人报名参加，反响热烈。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" t019a8623b690f4163b.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201510/noimg/323ddb0e-e388-4130-b6e2-dcf2f987e842.jpg" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" strong 北京大学生物动态光学成像中心黄岩谊研究员 /strong & nbsp /p p 　　黄岩谊报告的主题是“单细胞测序的技术挑战”。黄岩谊认为，从分析化学的角度出发，单细胞测序是非常有意思的，测序结果可以提供海量数据，并且这些数据平均下来的价格相对便宜得多，通过这些大量的数据可以做很多有意思的研究。 /p p 　　目前，通过单细胞测序技术可以获得的信息包括：所有RNA分子测序的定量分析，全基因组的定量信息，表观遗传学的信息。黄岩谊认为单细胞测序成功的重要指标是所有片段要等倍扩增以及扩增过程不能出错。 /p p 　　最后，黄岩谊通过相关实验结果形象对比了以下几种测序技术的优缺点：简并寡核苷酸引物PCR（DOP-PCR）、多次退火环状循环扩增（MALBAC）、多重置换扩增(MDA)以及eMDA，而针对不同的问题，应选择不同的测序方法。 /p p style=" TEXT-ALIGN: center" img style=" WIDTH: 200px HEIGHT: 225px" title=" gt.jpg" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201510/insimg/6d2a0f68-7783-4aba-a63d-785a203835f4.jpg" width=" 200" height=" 225" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" strong 中科院半导体所周晓光研究员 /strong /p p 　　周晓光的报告题目是“基因测序技术发展及原理”，从科普的角度带领听众回顾了基因测序技术的发展历程及现阶段几代测序技术的原理。 /p p 　　基因测序技术的发展阶段如下：第零代测序（1975～1985）使用手工Sanger测序法；第一代测序（1986～2006)使用自动化荧光标记链终止测序法；第二代测序（2006～现在）为DNA链合成测序法；第三代测序（现在)是实时、单分子合成测序法；三代后使用的是直接测序法，而直接测序法也是测序技术的发展趋势。其中，第二、三代测序技术的主要区别是：第三代测序流程中没有DNA片段的单分子扩增过程。 /p p 　　从提供工具的角度来说，周晓光赞同世界著名物理学家、数学家Freeman Dyson的看法——工具革命引导着科学方向：新工具的革命远比新概念更多地推出新的科学方向；概念驱动革命的影响是用新概念去阐明旧事物；而由工具驱动革命的影响是去发现需要阐明的新事物。 /p p style=" TEXT-ALIGN: right" 撰稿：史秀明 /p

2014年7月8日，华大基因在北京启动&ldquo 千万家庭远离遗传出生缺陷&rdquo 计划，预计通过基因检测技术大幅降低中国的出生缺陷率。首度聚焦唐氏综合症和粘多糖病、鱼鳞病、地中海贫血、苯丙酮尿症等罕见遗传病。 　　由于对身体没有创伤，唐氏综合症的基因检测方法称为无创产前检测，这是目前最为成熟的基因临床应用。今年6月30日，国家食品药品监督管理总局(下称&ldquo CFDA&rdquo )首次批准华大基因成为高通量测序诊断产品的提供机构。由于出色的临床表现，深圳市已在2013年将无创产前检测纳入医保报销范围。 　　无创产前检测只是人类基因测序应用的冰山一角，其下的冰山是人类数以万计的疾病诊断、预防、治疗，或将颠覆传统的医疗手段。华大基因董事长汪建称，未来90%以上的疾病治疗都是个体化、精准化的。 　　时间和成本的急剧下降促使基因科技步入产业化。报告显示，提出人类基因组计划的美国已经产生了1:178的投资回报率，相当于每个美国公民每年投入2美元，却取得了约1万亿美元的回报。 　　综观中国基因测序产业链，上游设备及配套试剂几乎完全被国外垄断，合作开发模式成为中外公司互利共赢的途径 测序服务市场精彩纷呈，无创产前、遗传疾病、肿瘤检测等已进入临床应用阶段，个体化医疗大幕已缓缓拉开 中国政府的监管思路更加灵活开放，但仍然落后于产业界期望。 　　国外几近垄断基因测序系统设备 &ldquo 华大已有各类测序仪200多台。&rdquo 　　处于产业链最上游的是基因测序系统，它包括基因测序仪、试剂耗材及软件，目前，除软件系统外，仪器和试剂几乎完全被国外Illumina、LifeTech和Roche垄断。 　　唯一的例外是2013年3月，华大基因收购了美国基因检测仪公司Complete Genomics(下称&ldquo CG&rdquo )，弥补了其缺失的硬件环节，华大基因为此付出了旗下华大科技40%股权以换取风险投资13.98亿元融资。 　　国内其他公司如贝瑞和康、安诺优达、达安基因等，目前只能采取与国外公司合作授权的形式，基因检测仪成为中国基因测序产业的&ldquo 卡脖子&rdquo 环节。 　　但国内也并非不存在自主研发基因测序仪的公司。2013年10月28日，紫鑫药业发布公告称与中科院北京基因组研究所合作开发第二代基因测序系统，据中科院北京基因组研究所任鲁风介绍，其检测仪不做唐筛，而是关注基因突变、微生物、类风湿、糖尿病等疾病检测。 　　然而，国产测序仪还处于研发和商业化的早期。安诺优达CEO梁峻彬告诉21世纪经济报道记者：&ldquo 但我个人认为它的机器与国外的整体相比暂时没有明显竞争优势，需要找到好的切入点。&rdquo 　　基因测序仪的核心是基因测序技术，迄今为止已产生了三代技术。 　　业内普遍认为，第二代基因检测技术是现今最稳定、应用最广的基因测序技术，但NGS仪器市场被国外几个龙头垄断。来自申银万国的数据显示，2013年Illimina以53%的市场份额位列第一，其后是LifeTech38%以及Roche的8%。 　　illumina的HiSeq技术在中国市场独领风骚，华大基因、贝瑞和康、安诺优达等公司均采购了多台HiSeq系列测序仪，并基于此研发配套系统。 　　目前，中国基因测序公司对测序仪器比拼激烈，其中华大基因的测序仪数量和种类最为齐全，汪建告诉21世纪经济报道记者：&ldquo 华大已有各类测序仪200多台。&rdquo 　　华大基因收购的CG测序仪备受关注。2014年6月30日，CFDA批准华大基因为首家高通量测序诊断产品的提供机构，其测序基础即是CG系统。然而业内存在质疑之声，如申银万国研究报告称，CG只能测序人类基因组，并且无法做无创产前检测。 　　但事实或许并非如此。华大制造执行总裁牟峰告诉21世纪经济报道记者：&ldquo 这是CG此前商业模式的选择，事实上，CG测序仪可以检测人、动物、植物等多物种。华大接下来推出的一系列服务将改变这种看法。&rdquo 　　值得一提的是，业内有观点称，只要买到测序仪即可开展测序服务，从而造成市场混乱。但梁峻彬认为，不可能如此简单，&ldquo 没有对基因科学的深刻认识，不可能做到自主研发，大量的后续开发更加重要。&rdquo 　　由于基因测序系统的核心技术掌握在国外巨头手中，除紫鑫药业外，中国公司通常选择和国外仪器生产商合作，授权或买断产品再到国内贴牌的模式，从而成为国家认可的机构。 　　不过，这种模式的产品虽然用的是国外仪器和技术，但申报CFDA走的却是国内的仪器设备通道，申报与审批相对比较快。如贝瑞和康、安诺优达与Illumina合作生产新型测序仪、华大基因的BGISEQ1000(基于CompleteGenomics的测序平台)、达安基因的DA8600(基于LifeTechnologies的IonProton测序平台)都是采用这种模式。

为加速我国基因科学研究的进程，12月3日，中科院北京基因组所与浪潮成立“中科院北京基因组研究所—浪潮基因组科学联合实验室”仪式在京举行。该实验室将研发国产第三代基因测序仪，第一台样机预计2013年问世。这不仅将填补我国在基因测序基础装备领域的空白、提升装备自主化水平，同时也将使国内生命科学研究机构能获得低成本、高效率的测序工具，更有效地开发和利用我国丰富的基因资源，加速我国基因战略的发展。 　　科技部高新司副司长杨咸武指出，作为基因科学的基础性战略装备，具有国际先进水平的第三代基因测序仪的研制，将使我国在该领域建立先发优势，在未来的国际竞争中占据有利位置。 　　中科院生物科学与生物技术局局长张知彬表示，很支持研究所和企业合作，个性化医疗时代需要更便捷的基因测序仪。 　　当前，我国从事基因研究使用的第二代基因测序仪完全依靠进口。在经费受限的情况下，足够数量的基因测序设备难以获得，科研进度缓慢。更严重的是，由于基因资源具有唯一性，国外公司利用基因测序设备方面的先发优势，抢先申请基因专利，垄断未来全球的基因产业。 　　中科院北京基因组研究所副所长于军介绍，目标研发的第三代基因测序仪仅需几十分钟即可完成一个人的完整基因组测序，短于第二代产品1个月以上的测序周期。同时，测试成本也将下降到5000元左右，仅为当前的1%。 　　于军还指出，国产第三代基因测序仪在测序原理、测序读长以及测序成本等方面能达到国际先进水平，也将引发基因组科学应用领域的革命性改变，开启个体化医疗时代。 　　据悉，目前国际上对第三代基因测序仪的争夺十分激烈，美国宣称要在2012年推出成熟的第三代基因测序仪，日本和欧洲也有相关的研发计划。基因测序仪的研发是系统工程，涉及生物、半导体、计算机、化学、光学等多个领域，需要不同学科顶尖力量的合作。中科院北京基因组研究所是国内权威的基因组学研究机构，而浪潮集团则依托服务器存储国家重点实验室，是国内唯一具备半导体、集成电路和光电子仪器设计，以及服务器整机、存储和芯片研发能力等多领域技术的IT厂商。 　　除第三代基因测序仪的研制以外，中科院与浪潮还将联合开展生物信息算法在新技术架构下的应用开发，以及生物信息专用机的研制。浪潮集团高级副总裁王恩东表示，与中科院的合作，能够有效促进生命科学与IT技术的融合，推动生命科学和IT产业的互动式发展。

近日，华大智造发布了最新款的中小通量基因测序仪DNBSEQ-G99。此次推出的DNBSEQ-G99又一次进行了全方位的突破性尝试，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。与此同时，DNBSEQ-G99平台的性能优势也引发了业内的广泛关注，为了让大家能够更深入地了解G99，华大智造特别整理了G99最值得关注的9个热点话题，让我们一探究竟！Q1G99测序速度究竟有多快？在中小通量机型中，G99是唯一一款具备双载片测序平台的机型，这使得G99可以在一天之内满跑4张测序载片、两轮PE150，实测通量甚至最高可以达到99Gb，所以命名G99。通常来讲，G99可在12小时内完成PE150测序流程，从上机测序到下机数据只需半天时间。与此同时，G99支持多时点数据输出，最快可在测序开始后的2.5小时内获得第一批下机数据（SE35），是全球目前中小通量测序仪中速度最快的机型之一。Q2G99为何如此快？DNBSEQ-G99通过对载片、生化、流体、光学、温控等多个核心系统进行全面优化，实现了对测序效率、质量和交付能力的极致提升。围绕“DNBSEQ 测序技术”、“规则阵列芯片技术”、“测序仪光机电系统技术” 这三大源头性核心技术，华大智造G99平台的技术创新点的具体体现是：首先，在DNBSEQ测序技术方面，G99通过试剂优化首次达到了10s极速荧光反应，同时生化孵育进程由分钟级跨入秒级，全面降低单循环的测序时间；其次，在规则阵列芯片技术方面，G99的测序载片首次采用了三角形矩阵式信号位点，信号密度提升68%，在更小面积的载片上实现了更高密度的数据产出；最后，在光机电系统技术方面，G99通过对温控系统的升降温算法进行不断改进，最终实现升降温速率大于7℃/s，甚至比PCR仪还要快2倍；与此同时，G99配备了华大智造自研的超高分辨率物镜，突破了光学衍射极限，使得信号捕捉效率提升，缩短了单位面积的载片拍照时间，从而使得测序速度更快。Q3G99为何如此简单？DNBSEQ-G99配备了超简易的卡式测序载片和一体化的测序试剂盒，上机实验操作简单，无需手工配制试剂，一步按压即可完成测序试剂的配制。此外，通过生信计算的一体化集成，G99可实现对原始下机数据的自动分析和结果输出，同时支持测序数据的本地化产出，安全有保障。与此同时，DNBSEQ-G99提供行之有效的数据安全保护。Q4G99为何如此灵活？DNBSEQ-G99配备双载片测序平台，且双载片运行流程相互独立，能够让用户在一台测序仪上实现灵活的数据产出，支持单载片上机、双载片同时上机、双载片滚动上机，以及混合读长的双载片混动上机测序等多种测序模式，能够让测序实验人员可以根据样本数量和到样情况，通过调整上机运行的载片个数和测序策略，灵活掌控自己的工作节奏。Q5G99测序的数据质量如何？G99不仅拥有出色的测序速度，在数据质量方面的高准确性和高可靠性同样出色。根据华大智造的早期内测数据显示：在12台G99上对92个标准品进行了测试，下机数据质量Q30≥90%，数据产量＞80Mb/载片。通过对肿瘤Panel检测、未知病原体测序、小型基因组测序和甲基化测序等早期客户试用结果的评价来看：96%以上的下机数据质量Q30≥85%，数据产量＞80Mb/载片。Q6G99的应用场景及相关推荐？G99单张载片通量为80M，最多可同时运行两张载片。测序读长从SE35到PE150，G99的快速可以助力生育健康、传感染、肿瘤检测等临床科研的多种应用场景。Q7G99机型提供哪些型号？G99可以提供DNBSEQ-G99RS和DNBSEQ-G99ARS两种不同版本的型号，其中：① DNBSEQ-G99RS：无生信模块，下机能够稳定输出FASTQ报告，适用于有生信流程和分析集群的用户，这部分用户可以选择不含生信模块的标准配置版。② DNBSEQ-G99ARS：内置生信模块，能够自动启动高级分析，兼容基础的生信分析流程，如华大智造PFI，MetargetCOVID，MGAP，Flu track等。Q8G99适配的读长具体有哪些？目前，G99适配读长有SE50、SE100、PE100、PE150，涵盖SE100/PE50兼容试剂盒，APP-C PE150/ SE100试剂盒。此外，DNBSEQ-G99还有更长读长试剂的研发规划，将会在2023年发布PE300和SE400读长。Q9G99平台的兼容性与适配性如何？首先，在兼容性方面，DNBSEQ-G99对碱基不平衡文库具有优异的兼容性，与MGISEQ-2000的表现高度一致。其次，在适配性方面，G99平台开发了一体化的APP-C SE100和APP-C PE150试剂盒，可以进行转化测序，且引物序列已经内置在试剂盒中，无需手动加入。同时，测序人员若用常规试剂盒测双barcode，不需要和其他平台一样额外购买双barcode测序盒子。

据《自然》杂志网站2月8日报道，在上周末于美国佛罗里达州马可岛召开的&ldquo 基因组生物学与技术进展大会&rdquo 上，来自加利福尼亚门洛帕克市的太平洋生物科技公司介绍了其研制的第三代基因组测序仪，该测序仪实现了一次标记一个分子式的单分子速读。 　　研究人员指出，第三代测序仪的关键优势是能够对单个DNA(脱氧核糖核酸)分子进行测序，而目前市场上的主流测序仪只能对分子群体进行平均测序。单分子测序能对DNA中罕见的序列变异进行分析，也不需要在测序之前对DNA样本进行放大，因为放大过程可能引发错误，导致对某个DNA序列检测失败。其工作原理是用一种聚合酶将DNA的复制限制在一个微小的间隙中，给各种碱基加上荧光示踪标记，当碱基合成DNA链时，这些荧光标记就会发出不同颜色的闪光，根据闪光颜色就可识别出不同的碱基。 　　用户使用报告表明，新仪器读出碱基对的平均长度是1500对，这是代表该领域目前技术发展水平的伊鲁米那公司(Illumina)所生产测序仪的10倍。阅读长度越长，将DNA序列片段拼接成完整基因组序列就越容易。去年12月，公司首席科学官埃里克· 斯凯德和研究小组用这些新仪器来追踪海地霍乱的起源。他们对5个S型霍乱菌种进行了基因组测序，不到一个小时就完成了全部测序任务，而用伊鲁米那的150碱基测序仪则需要一个星期。太平洋生物科技公司曾在2008年提出，到2013年将实现15分钟内完成对一个人的全基因组测序，而当时这项工作需要一个月。 　　得克萨斯州休斯顿贝勒医学院测序技术专家迈克尔· 麦茨科表示，单分子测序仪代表了DNA测序的未来，但目前这项技术的最大障碍是失误率高。现有其他测序仪准确率能达到99%以上，而根据使用报告，太平洋生物科技公司的仪器准确率约为85%。但斯凯德认为，这一缺点能通过重复测序来克服。 　　研究人员称，该仪器有望于今年第二季度进入市场，每台成本70万美元，将比伊鲁米那公司的最新测序仪低12.5万美元，虽然短期内不大可能会对市场造成冲击，但它能检测DNA的某些化学改变，因而在如表观遗传学等目前传统测序仪难起作用的领域将大显身手。

近日，由中国科学院科研装备研制项目资助，中科院北京基因组研究所与中科院半导体研究所共同研发的，具有自主知识产权的国产化高通量DNA测序仪BIGIS-4系统日前投入试运行。 　　基因组所的科研人员应用该系统完成了海洋中温菌(Glaciecola mesophila)的基因组测序工作，相关研究论文分别在《中国科学：生命科学》杂志中文版第7期和英文版第9期发表。这是应用国产化测序仪开展科研工作并取得成果的首次报道，标志着我国正式进入核酸测序技术研发这一国际热点领域。 　　BIGIS-4系统是一个高度集成的可扩展型高通量测序仪，技术采用焦磷酸测序原理，其中，反应模块分割成4个独立的反应仓，共用一套液路系统。根据不同的测序样本量和通量需求，1至4个反应模块可独立或整体运行，一次测序反应可以得到600-800Mb的数据产量，平均序列读长可达到600-700碱基，相较于国际市场同类设备具有一定的技术性能提升和设备成本优势。 　　目前，项目组正在继续开展研发工作，进行配套试剂、芯片和测序分析软件的研发和完善，预期不久将可以实现该系统的全面国产化进程。 BIGIS-4单反应模块测序读长分布