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国产三代测序仪投产将再次大幅降低成本

2018-11-23 16:02:48

中国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。

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。

21世纪经济报道记者获悉,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。

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。”

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。

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。

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。

研发破壁 估值15亿

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。

“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。”

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。”

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。

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,成为该校生物系位教师。同年,他创办了瀚海基因,启动国产三代测序仪研发。

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。”

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。”

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。

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)。

2015年,瀚海基因终于拿到笔大额融资——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。

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。”

产业化起步 大幅降低成本

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。

原中国科学院北京基因组研究所副所长于军指出:“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。

翻看基因测序成长史,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。

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。

根据Illumina2017年季度财报,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。”

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。

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。”

第三代测序技术原理早发表于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:“中国市场目前的三代测序仪就是这家公司提供,也是针对科研市场。”

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。”

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。”

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。

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。

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。

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%。

“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。

应用存短板核心部件依赖进口

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。

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。

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。”

上下游企业的互相“成全”,也是Illumina和华大基因成长的路子。

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,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。”

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。

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。”

而更多的挑战还是来自老问题:错误率高。

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。”

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。

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。

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