国产基因测序仪进击 首个四代产品落地将如何搅动基因测序生态?

来源: 动脉网  Tue Sep 22 15:06:36 CST 2020 A- A+

文:王世薇

很长时间以来,基因测序仪市场一直处于少数几家海外巨头垄断之下。而华大智造自主开发的二代基因测序仪上市攻城略地后,这种状况发生了微妙的变化,人们开始思考在进口和国产基因测序仪之间如何抉择的问题。

实际上,国产测序仪反攻的号角在多年前就已经吹响。这一点,从国产测序仪逐渐分化出技术收购、贴牌合作、独立研发三种开发模式便可窥见一二。只不过,贴牌合作的国产测序仪多服务于特定基因检测产品,落地很快,但市场天花板不高,而自主研发基因测序仪的周期则相对较长,国产测序仪开发者得以在相对平静的环境中默默耕耘。

近日,动脉网发现齐碳科技在其官网上线了其首款产品QNome-9604正式发布的消息,这是同类产品中面市的首款。

齐碳科技成立于2016年9月,创始团队具备蛋白工程、流体芯片、电信号采集处理等跨学科综合背景,他们采用纳米孔基因测序技术,自主开发快速、低成本、小型化的第四代基因测序仪和配套试剂。据了解,QNome-9604是齐碳科技团队潜心研发4年所取得的重要阶段性成果,其功能和稳定性仍在快速优化迭代中。在本文中,大家将尝试从基因测序仪供给侧视角,分析基因测序行业面临的新变化。

国产破局,生态构建才是硬核打法

基因测序仪的采购方包括科研实验室、独立医学检验所及医疗机构等。目前,基因测序仪因价格昂贵、操作复杂,中心化的第三方送检是主要落地模式。据统计,国内近90%的基因检测市场份额被十几家大型独立医学检验所占据。

不过,受新冠疫情防控启发,不少医院着手建立服务核酸检测需求的院内实验室,这部分医院接下来或考虑采购基因测序仪。动脉网从相关从业者处了解到,现阶段国内医院市场存量基因测序仪仅800台左右,并平均每年按照约100台的新增数量增长。根据国家卫健委统计信息中心披露数据,截至2020年3月底,全国医疗卫生机构数有100.9万个,医院有3.4万家。医疗卫生机构显然构成了基因测序仪厂商尚未开发的蓝海市场。

过去近10年间,贝瑞和康、安诺优达、泛生子、博奥生物等旗下的多款国产二代基因测序仪相继获批上市。但这些产品被开发出来,更多是对长期垄断基因测序产业链上游的仪器商反复提高成本的一种反制措施。它们所体现的核心逻辑,不是国产基因测序仪的进击,而是上游巨头的强势。

2014年,达安基因DA Proton获批上市,其可在几小时内提供人类基因组、人类外显子组或整个转录组信息,较其它测序技术更快速,能够充分满足无创产前检测早期、快速、低成本的要求,但这款产品的技术来自Life Technologies企业授权国产化的测序仪。

2015年,贝瑞基因和illumina合作开发的获批上市。利用illumina授权的边合成边测序相关技术,NextSeq CN500在保证数据精准度的同时,可一次处理96个NIPT临床样本。2017年,由安诺优达和illumina合作开发的NextSeq 550AR获批上市。这款桌面测序仪由安诺优达在中国独资进行研发生产、应用开发以及注册报批,但最核心的技术仍采用了Illumina研发的双通道“边合成边测序(SBS)”和经典“可逆末端终止子”专利。Thermo Fisher企业与国内测序服务商合作开发的产品在2015年上市,即博奥生物的BioelectronSeq 4000。

由此可见,几乎所有主流的二代基因测序仪厂商都曾经部分专利授权国内测序服务商,用于合作开发。前述相关从业者告诉动脉网,这种贴牌开发模式效率比较高,其弱点是贴牌方无法获得仪器原厂商的创新红利,导致产品在快速升级的技术环境中缺乏生命力。

高榕资本是齐碳科技A轮领投方,其项目负责人告诉动脉网,实际上,国外主流基因测序仪厂商已经告别“打印机与墨盒”的传统销售模式,而是基于更加全面的战略考量,与生态链伙伴开展深入合作。

在该项目负责人看来,以Illumina为例,生态圈的构建又衍生出3种主要的商业模式。

第一,主动探索新的应用场景,贴牌生产可以算作这类场景的一种落地方式。2016年1月,Illumina联合比尔盖茨、Bezos Expeditions等基金宣布成立“Grail”,希翼寻找到一种通过简单血液检测技能实现早期肿瘤筛查的技术或产品。Grail在2020年9月申请美国纳斯达克上市,随后传出Illumina拟斥资80亿美金收购Grail的消息。2017年初,llumina与Bio-Rad联合发布单细胞基因组测序解决方案,这单细胞分析的第一个新一代测序(NGS)工作流程,使研究人员能够在组织功能、病情进展和治疗反应方面深入探查个体细胞的协同作用。

第二,嵌入医院诊疗流程。例如,2016年11月,Illumina与梅奥医院建立生物信息学合作伙伴关系,双方计划整合现有服务与App,并采用新的创新型解决方案来改善梅奥医院研究遗传病的报告工作流程,Illumina也借此开发信息学平台和常识库以完善并自动化说明基因组。

第三,跨界合作。2017年1月,Illumina宣布与飞利浦、IBM合作。前者计划将Illumina的测序系统整合进资深的IntelliSpace Genomics临床信息平台,并协调营销和销售的解决方案;后者计划将Illumina的BaseSpace与自身的Watson for Genomics整合,旨标准化、简化肿瘤测序过程中的基因组数据解读。

这位项目负责人推测,未来,国产基因测序仪也会采用与中游服务商深度合作的开发模式。一方面,测序仪厂商需要通过与中游服务商的反复沟通,来获取产品迭代、升级的需求和方向;另一方面,大包大揽的独善其身生存逻辑,并不利于基因测序企业的长远发展,构建生态圈是十分必要的商业路径。

四代测序仪落地,刚需还是搅局?

“在基因测序服务外延、内涵不断拓展的过程中,国产基因测序仪厂商可能根据不同代际产品的技术特点,选择差异化的应用场景。”对于动脉网所提出的三代,乃至四代基因测序仪市场需求考量,高榕资本项目负责人如此说明。

回顾基因测序的发展史,其实是一部前沿技术不断成为新的刚需的历史。自2006年最早出现在科研CRO服务中开始,基因测序快速大规模进入临床领域,提供丰富生物信息解读数据的同时,帮助医学检验实现跨越式进展。期间,主流基因测序技术完成了四次迭代。

一代测序具备较长读长和较高准确率,但通量低、成本高,难以满足现代生信分析模型对于数据体量的要求。2010年前后,Illumina开发的二代基因测序仪以高通量、高准确性的技术特点快速进入市场,并推动基因测序成本的快速下降。可以说,二代基因测序仪在基因测序从高精尖的科研服务渗透进临床应用的过程中发挥了举足轻重的作用。

即便这样,二代基因测序仪也并非万能。其NGS读长短、操作难度大,无法覆盖更广泛临床场景下复杂样本的测序需求。随之,以单分子荧光测序和单分子纳米孔测序为原理的三代和四代测序技术得到快速发展,其超长读长、灵活便捷的特点点燃了产业界对基因测序应用新的热情。

四个代际基因测序仪对比

高榕资本项目负责人指出,利用超长读长,四代基因测序仪可以对病原体等生物进行准确测序,避免片段拼接引入的错误,“在病原微生物测序中,由于不同病毒的亚型或者成百上千种细菌形成混合物,碱基片段非常相似,NGS技术往往只能检测出多种病毒或多种细菌的共性片段,从而很难准确判定病毒或细菌类型,但长片段的纳米孔测序则能够更精确地对病原体分类进行定位。”

齐碳科技官网公布的资料显示,这款QNome-9604采用创新的纳米孔基因测序原理,以电信号为基础,进行基因测序。技术指标方面,QNome-9604测序8小时能产生500Mbp数据,达到中等通量水平,适用于微生物检测、扩增子测序等快速灵活的使用场景,可分离式芯片设计降低了单次使用成本。

齐碳科技QNome-9604测序仪

此外,QNome-9604准确率具备一定竞争力,并且读长超过150k,而读长更长也正是纳米孔基因测序技术的一大特色。动脉网了解到,随测序仪一同发布的,还有配套的测序芯片QCell-3841和测序试剂盒Qeagen-8。

动脉网接近的相关从业者也指出,相对于在原有场景中替代二代基因测序仪,四代基因测序仪更为重要的价值是,充分利用自身具备更灵活、易携带、耗时短的特质,催生新的基因测序应场景,例如把科研工作从实验室里解放出来、让快速的可视化居家基因测序成为可能等。

与其回答一道非此即彼的选择题,大家更愿意为当前基因测序应用生态的持续繁荣鼓与呼。而在这个生态中,国产品牌的出现和成长,无疑是一件对产业链上、中、下游都有益的事。动脉网会持续关注国产测序仪的市场表现。

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