2022科技“大赏”|基因测序下一站

2022-12-01 21:32:50来源：北京商报网

编者按：2022年，在元宇宙、AI、量子等众多前沿领域，不仅有大厂和创业公司，还有更多传统机构也蜂拥而入。无论是大洋彼岸的Roblox、Meta，还是身边的AR、VR、脑机、算力，各种概念和产品层出不穷。前沿科技领域卷起的商业旋风，正从上游加速传导下游，通过由虚入实场景化应用，匹配真实需求与未来世界，在彼此细分的商业赛道上大浪淘沙，这究竟是一个酝酿巨大机会的“新风口”，还是看破不说破的商业谎言？

今年的诺贝尔生理学或医学奖颁给了瑞典科学家斯万特·帕博，以表彰其“在已灭绝的人类基因组和人类进化方面的发现”。“已灭绝的人类基因组”听起来遥远，但斯万特·帕博在这一发现上借助的“基因测序”技术已围绕人们身边。

就算没检测过，也一定听过孕妇无创产前基因筛查、肿瘤患者用药检测等名词，都是运用了基因测序技术。以基因测序为代表，衍生了基因疗法等系列医学外延，这些基因解决方案经历过不可逾越的困境，又在不同疾病领域获得成功，在困境中点燃了希望。无论是基因测序的无限遐想，还是基因疗法的可能与不可能，但至少选择更多了。

(相关资料图)

病理微观到分子层面

基因（Gene）在医学百科里的释义是指携带有遗传信息的DNA序列。从重大疾病诊断到遗传病筛查，基因检测正走进人们的生活。

一家基因测序公司相关负责人对这点也有感触，前两日在外出差的他，看到机场的宣告牌贴上了一些与产前、宠物基因检测相关的内容，不禁感慨，“基因检测慢慢地走进人们日常生活中了”。

有准妈妈的家庭一定对基因检测不陌生，在婴儿出生前检查可能存在的遗传病，比如唐氏综合征、先天性心脏病、神经管缺陷、地中海贫血等，这需要借助基因检测的手段。

卢煜明被誉为无创DNA产前诊断之父。在牛津大学做医学生时，卢煜明知道孕妇要做很多检查，有一项是抽胎儿羊水做监测，但这项手术有0.5%的流产风险。1997年，卢煜明在母体血液里检测到胎儿的DNA，这一发现被发表在医学期刊《柳叶刀》上，也成了卢煜明的成名作。

因开发了无创产前基因检测技术（NIPT），卢煜明使得全球90多个国家的数百万孕妇不用再羊水穿刺，无需创伤就可进行产前胎儿基因检测。2022年9月，被誉为诺贝尔奖“风向标”的拉斯克奖公布，卢煜明获得拉斯克临床医学研究奖。

2022年的诺贝尔生理学或医学奖也与基因科学有关。“尽管我热衷PCR（多聚酶链式反应技术），但是参照凯利·穆利斯的方案并非易事。他的方案包括把DNA放到98℃的水浴中加热，使DNA双链分开，之后放到55℃水浴中冷却，让合成引物与目标序列结合，接着加入热敏感的酶，在37℃的水浴中孵化混合物，合成新的链。”这是《尼安德特人》著作中对少量木乃伊和袋狼样品提取DNA的描述。

2022年10月3日，“2022年诺贝尔生理学或医学奖”获奖名单在瑞典首都斯德哥尔摩卡罗琳医学院揭晓，瑞典科学家斯万特·帕博获得奖项，以表彰他在“关于已灭绝人类基因组和人类进化的发现”方面的贡献。斯万特·帕博正是《尼安德特人》的作者。

从医学角度，基因检测是更微观的一种体现。业内人士给北京商报记者打了个比方，“基因检测实际上不再是用肉眼，而是通过测序仪进行数字化的方式，将病理微观到一个分子的层面。举例来说，一个人发烧，可以看到他脸发红或者感受到脸发烫，但通过基因检测的方式，便可以知道他发烧的原因是什么，比如是不是免疫系统的一些炎症因子活跃导致。这也就是说，基因检测可以让我们了解到具体是基因的何种变异导致了异变”。

人类基因组计划的启动

如果要描述国内基因测序的发展阶段，诺禾致源首席科学家田仕林认为，基因测序技术现在已进入产业规模化应用阶段。

1999年9月9日，为了承担“人类基因组计划1%”的任务，汪建、杨焕明、于军、刘斯奇四人共同创办华大。据了解，“人类基因组计划”是由6个国家、16个中心共同参与的大科学计划，中国科学家承担其中1%（约3000万对碱基）的测序任务。

人类基因组计划推动了高通量测序技术的快速发展。“20年期间，测序技术经历了三代技术迭代，无论在测序周期、测序成本和测序通量上，都是远超摩尔定律的发展规律”。据田仕林介绍，在早期只有第一代测序技术之时，人类基因组计划耗资30亿美元才获得了大部分的人类基因组信息，目前，完成一个人类的全基因组测序只需要不到1000美元即可完成。

“基因测序是一种新型的基因检测技术。”齐碳科技联合创始人谢丹在接受北京商报记者采访时表示，“我们身体的细胞里有一套基因天书，阅读和解码这本天书需要借助于相关基因测序仪器。基因测序能够从唾液、血液、组织液等样本中，分析测定基因全序列，进而锁定个人病变基因，预测罹患多种疾病的可能性，广泛应用于疾病早筛、新生儿遗传病检测诊断和疾病辅助诊断等医疗健康领域。”

以病原检测为例，谢丹给北京商报记者举了个例子，基于公司的QNome测序平台研发的宏基因组病原检测解决方案可快速、稳定检出病原，从检测样本到出报告，可将时间由原来的12个小时以上缩短至6-8小时，抓住抢救生命的黄金时间。

华大、诺禾致源以及齐碳科技分别代表了基因测序产业链上的不同环节。纵观整个行业，基因测序产业链上游以基因测序仪及耗材生产研发商为主，以华大智造、齐碳科技等为代表，诺禾致源则代表了基因测序产业链上的中游环节，提供基因测序和数据分析服务。下游则以医院、科研院所、高校、企业应用等为主，他们所从事的更多是基础科研、临床应用等工作。

2011年初，诺禾致源成立，旗下业务涵盖了生命科学基础科研服务、医学研究与技术服务、建库测序平台服务。“诺禾致源围绕基因科技产业的上中下游，通过不断创新研发，形成产业内最全面的生命科学产品”，田仕林表示，诺禾致源2020年3月面向全球推出高通量测序（NGS）领域多产品并行的柔性智能交付平台——Falcon，Falcon集成了66台精密设备，进一步优化NGS测序流程，实现从样本提取、检测、建库、库检、文库 pooling 及生物信息分析的全流程智能化作业。相比人工协作、单环节人机半自动传统产线，Falcon产品周期平均压缩60%。

以测序技术更迭为代表的产业上游变化也推动着行业发展。2021年12月，上游国产厂商齐碳科技宣布其成功研发出第一款商业化纳米孔测序仪QNome-3841。纳米孔测序作为全球最新一代的基因测序技术，具有Mb级长读长、速度快、实时输出测序结果、操作精简、小巧便携等特点，可开拓更多应用场景。

今年9月，华大智造成功登陆科创板，旗下超高通量基因测序仪——DNBSEQ-T7共同参与“鸣锣开市”仪式，该测序仪每天可以完成60个人的全基因组测序。

竞速单分子测序技术

无创产前基因检测技术只是基因测序行业的一个应用场景，基因测序在药物研发以及靶向治疗，乃至于农业育种等方方面面都有可发挥的潜力。随着政策利好的发布，基因测序行业也将迎来进一步发展。

据BCC Research数据，2021年，全球基因测序市场规模约为157.22亿美元，其中中国市场的这一数据为15.9亿美元。BCC Research预测，到2026年，中国基因测序市场将增长至42.35亿美元，年复合增长率约为21.6%。

上述产业规模有望加快实现。发改委于2022年5月印发的《“十四五”生物经济发展规划》提到，要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。

“单分子测序属于第三代测序技术，即长读长测序，其最大的优势就是能够产生更长的DNA序列，这为物种基因组序列图谱准确构建和精准检测基因组遗传结构变异提供了坚实基础。特别是，单分子测序技术的准确性、通量和成本也逐渐优化改良，开始广泛应用于生命科学研究领域。”田仕林认为，“《“十四五”生物经济发展规划》政策的发布将带来产业规模的扩大。”

以单分子测序为代表的三代测序技术已逐渐成熟，其更大规模化的产业化应用将在2023年陆续展开。田仕林认为，“目前，单分子测序技术已逐渐成熟，但其规模化应用还低于二代短读长测序技术。政策对上游而言，是思考如何通过技术创新将成本降低，投入规模化使用。对中游而言，则是如何利用单分子测序技术形成更多的产品。以医学临床为例，二代短读长测序技术可以准确地检测较小的遗传突变，用于医学诊断指导。而对于基因大结构变异，长读长的单分子测序技术是首选技术”。

伴随新一代测序技术创新的重要性上升至国家战略层面，谢丹认为，这个政策无疑是起到了行业发展加速器的作用，国产测序技术的发展空间也将更加广阔，一方面，政策吸引越来越多的人才和资本等创新资源进入这一行业，推动行业快速发展；另一方面，也催生了更多国产化需求，国产品牌凭借地缘优势，迎来新的一轮增长机遇。

从全球市场来看，目前基因测序行业设备及试剂耗材提供商主要包括华大智造与Illumina、ThermoFisher、Pacific Biosciences和Oxford Nanopore等，其中Illumina和ThermoFisher等企业使用的高通量测序技术合计拥有超90%的全球市场份额。

国产测序仪企业的出现有望打破这一市场格局。在上游赛道，除了前述的华大智造、齐碳科技外，2015年，由北京大学谢晓亮院士、黄岩谊教授、陈子天博士团队创立的赛纳生物科技（北京）有限公司，落户北京亦庄经济开发区。其研发的创新性高通量基因测序平台具有完全自主知识产权，是中国本土的原创测序技术。

技术国产化对商业公司带来的直接好处是成本降低，规模化应用更简单。有行业人士称，无论是政策，还是资本资源，抑或者技术积累方面来看，基因测序技术的国产化土壤已经形成。

基因测序已经从“医食住行”多方面渗透进人们生活。2018年，诺禾致源与四川农业大学合作分析了201个野生和栽培土豆品种的基因组变异。经过测序分析，共获得600万个高质量SNP(单核苷酸多态性)，这一研究发现为后续培育高产、高质量、抗逆性强的优质土豆品种提供了基因资源。

“任何一项技术都是与人息息相关，医学检测、分子育种、合成生物……”田仕林认为，基因测序的未来将围绕上述几大应用场景徐徐展开。

北京商报记者姚倩

（责任编辑：马金露 HF120）

标签：基因测序