全世界都在問，到哪里去找持續(xù)高景氣行業(yè)？
我們已看見生成式AI釋放的巨大市場空間，同樣的邏輯，隨著技術(shù)進步，基因測序行業(yè)成本降速超越摩爾定律，驅(qū)動廣泛的應(yīng)用場景打開，千億美元級市場正在被喚醒。
高景氣使得各路資本、創(chuàng)業(yè)企業(yè)開始躁動，引爆一場測序技術(shù)代際之爭，新入場者大力渲染第四代測序技術(shù)（納米孔測序）比第二代測序技術(shù)(NGS，高通量測序)更先進的觀點。這是一種商業(yè)策略，營造后來居上的假象，以此吸引資本與公眾的關(guān)注度。
其實，測序只有技術(shù)路線和適用場景的差異，不存在一二三四代的代際劃分，也沒有嚴格的替代關(guān)系。納米孔測序與高通量測序（NGS）各有優(yōu)劣，是一種平行競爭的關(guān)系。
正是多種技術(shù)路線并行促進共同進化，使基因測序蛋糕做得更大。NGS當(dāng)前占據(jù)接近80%市場份額，隨著技術(shù)邊界拓寬，仍將長期保持主流地位。納米孔測序應(yīng)用場景目前主要在科研方向，從實驗室到產(chǎn)品化還有長路要走，中短期不具備與高通量、低成本、大規(guī)模應(yīng)用的NGS的一戰(zhàn)之力。
01
國產(chǎn)測序儀爭奇斗艷
基因測序涉及國家安全，在原本最有可能卡脖子的領(lǐng)域，幸好國產(chǎn)崛起。
基因測序儀技術(shù)門檻高聳，一度呈寡頭壟斷格局，2019年，Illumina、Thermo Fisher在全球的市場份額合計達到87.7%。
這意味著一旦測序儀、配套試劑進口被管制或者產(chǎn)品提價，將對國內(nèi)基因測序行業(yè)產(chǎn)生較大的沖擊。
不過，這種局面不會出現(xiàn)了。2022年，華大智造在中國測序設(shè)備市場份額（按當(dāng)年新增銷售臺數(shù)計算）達39%，超過Illumina。
2023年2月20日，國際頂刊《nature》雜志在一篇文章中介紹當(dāng)下國際基因測序設(shè)備行業(yè)的分布情況，其中被提及的唯一一家中國基因測序設(shè)備企業(yè)華大智造，是目前市場上全球唯二產(chǎn)品能夠覆蓋高中低不同通量的公司之一，具備全球競爭力。
華大智造核心產(chǎn)品不僅能夠比肩Illumina同級產(chǎn)品，并在部分關(guān)鍵指標(biāo)上領(lǐng)先。2022年9月，Illumina發(fā)布突破性新產(chǎn)品NovaSeq X系列，而華大智造已分別在2018年和2020年發(fā)布針對高通量測序客戶需求的儀器DNBSEQ-T7和DNBSEQ-T10ⅹ4。DNBSEQ-T10ⅹ4的日通量高達17-18Tb，遠高于NovaSeq X系列產(chǎn)品。同時，DNBSEQ-T7平臺針對數(shù)據(jù)交付實效性要求高的客戶，在同樣產(chǎn)出6T的通量水平下，比NovaSeq X系列產(chǎn)品速度更快。
今年2月，華大智造重磅發(fā)布超高通量測序儀DNBSEQ-T20ⅹ2，該產(chǎn)品同時刷新了業(yè)內(nèi)通量和單例成本紀錄。根據(jù)官網(wǎng)介紹，DNBSEQ-T20×2單次運行通量為常規(guī)超高通量測序儀的4.5倍到7倍，每年可完成高達 5 萬人全基因組測序，且單個人全基因組測序成本降至低于 100 美元。
隨著整個市場、技術(shù)和供應(yīng)鏈的成熟，特別是國內(nèi)核心部件，如精密位移臺、光學(xué)部件和芯片技術(shù)的發(fā)展，國產(chǎn)納米孔測序儀新晉廠商相繼涌現(xiàn)。
國產(chǎn)測序儀開始爭奇斗艷。一些帶有商業(yè)目的的論調(diào)被放大并充斥市場，比如強行劃分測序技術(shù)的一二三四代，比如強調(diào)四代完爆二代三代測序、三代完爆二代一代測序，讓大家誤以為代際之間是替代關(guān)系。
事實上，國產(chǎn)納米孔測序儀雖可以實現(xiàn)超高讀長，達到10kb 到數(shù)百kb（千堿基對），但由于成本與準確率上仍存在不足，目前還未實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用普及，而且在專利上需要突破的阻礙還很多。即便是全球納米孔測序儀龍頭Oxford Nanopore（ONT），優(yōu)勢在于讀長更長，但其單個堿基錯誤率在 1~10%左右，也高于高通量測序技術(shù)。
02
代際劃分不科學(xué)
測序技術(shù)路線分為四種，而不是四代的迭代關(guān)系。第一種是Sanger法，具備較長讀長和較高準確率，但通量低、成本高；第二種是NGS，也就是高通量測序，也稱大規(guī)模并行測序，高通量、高準確性，成本快速下降；第三種是PacBio測序（單分子熒光測序），準確率高，超長讀長，但測序價格高企，應(yīng)用范圍受限；第四種是納米孔測序，2014年，ONT的首款商用設(shè)備MinION（便攜式測序儀）誕生，憑借U盤式、超長讀長、實時結(jié)果、按需測序的特點受到市場關(guān)注。
測序技術(shù)路線
按出現(xiàn)的先后順序強行以一二三四的代際進行劃分，與四種技術(shù)路線并行存在、各有優(yōu)劣的現(xiàn)實不符，有誤導(dǎo)之嫌，特別是NGS與納米孔測序?qū)儆诟偁庩P(guān)系，而不是替代關(guān)系。
納米孔測序與NGS最直觀的差別，在于分別是長讀長測序、短讀長測序，可用打靶來解讀。
長讀長模式：在1000米的距離上按照直線布置10個靶子，用狙擊槍一槍射穿10個靶子，但10個靶子不在一條直線上時，將出現(xiàn)精度錯誤。
短讀長模式：在100米的距離上橫向布置10個靶子，10個人用沖鋒槍分別射擊，也是合計射擊1000米，也照樣都中靶。
而且沖鋒槍一個彈夾可能比狙擊槍一發(fā)子彈還便宜。
長讀長與短讀長，究竟哪個厲害？還是要看應(yīng)用場景。
以PacBio/ONT為代表的長讀長測序，在成本和精度上，與NGS還存在著較大差距。ONT的Simplex測序精度仍然在Q20（錯誤率1%）掙扎，價格依然在400-600美元/genome以上，是NGS成本的數(shù)倍。
長讀長測序應(yīng)用場景局限于基礎(chǔ)科學(xué)研究，NGS在臨床上的應(yīng)用已非常成熟，納米孔測序即使在準確率提升之后進入這個市場，想要完全替代原來的應(yīng)用成本太高，因此并不現(xiàn)實。
在人類健康領(lǐng)域，從無創(chuàng)產(chǎn)前篩查、單基因遺傳病篩查、腫瘤早篩、用藥檢測、藥物基因組學(xué)、mNGS，每一個領(lǐng)域NGS都是主流。這些應(yīng)用場景比拼的是序列（reads）數(shù)，比拼特定靶點或靶序列的檢測準確性，而不是能測多長。NGS可同時實現(xiàn)對數(shù)百萬條reads的深度測序，有甚者比如華大智造的T系列，可實現(xiàn)數(shù)十億條reads的深度測序。且NIPT、腫瘤液體活檢應(yīng)用目標(biāo)片段不到200bp，超長讀長根本用不上。
03
NGS可能永遠不會被替代
一個有趣的趨勢是，納米孔測序與NGS都在向彼此的優(yōu)勢靠攏，共同促使測序技術(shù)趨于完美，測速成本降速超越摩爾定律，將帶來下游生物醫(yī)藥、生物農(nóng)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的爆發(fā)。據(jù)illumina在2023年JP Morgan醫(yī)療健康產(chǎn)業(yè)年會上發(fā)布的數(shù)據(jù)，預(yù)計2027年，全球測序應(yīng)用總目標(biāo)市場將達1200億美金，其中臨床市場比約80%。
自2010年P(guān)acBio第一款商業(yè)化機型PaciBioRS問世以來，以PacBio/ONT為代表的長讀長測序與以illumina/ MGI華大智造為代表短讀長測序（NGS）的商業(yè)戰(zhàn)爭，已持續(xù)13年。
但這不是一種你死我活的迭代之戰(zhàn)，其實雙方都在吸納對方的長處，推動測序行業(yè)快速升級。
長讀長測序還有較大優(yōu)化空間，PacBio最新推出的Revio系統(tǒng)可將基于HiFi的人類全基因組測序推進至1000美元時代，不及上一代產(chǎn)品成本的1/3。納米孔測序過去三年左右準確率已經(jīng)做到95-97%，甚至單次測序準確率達到99.5%，但在客戶端穩(wěn)定實現(xiàn)還需要幾年時間。
而NGS以更快的速度攻克納米孔測序所謂的代際優(yōu)勢，這意味著其主流地位將更加穩(wěn)固。
讀長優(yōu)化上，Illumina推出合成長讀長技術(shù)Infinity，可將傳統(tǒng)短讀長測序產(chǎn)生的DNA片段組裝為合成的長read（高達10kb讀長）。華大智造推出無分隔長片段讀取技術(shù)stLFR, 可獲得橫跨300kb基因組區(qū)域的信息，實現(xiàn)測序高精度與長讀長優(yōu)勢相結(jié)合。
成本優(yōu)化上，2022 年 9 月，Illumina Novaseq X 將運行成本降至一個基因組 200美元；2023年 2月，華大智造DNBSEQ-T20×2，進一步將單個人全基因測序成本降低至 100 美元，實現(xiàn)全球最佳規(guī)模成本。
速度優(yōu)化上，華大智造DNBSEQ-G99是目前全球中小通量測序儀中速度最快的機型之一，在SE50的測序模式下僅需3小時即可完成測序工作。
便攜優(yōu)化上，華大智造推出DNBSEQ-E25，占桌面積僅0.1 平方米，保持高通量優(yōu)勢，運行速度快，大大降低測序門檻。DNBelab C4 便攜式單細胞系統(tǒng)，無需電源，不需安裝和維護，只需輕輕一拉便可實現(xiàn)單細胞液滴生成，堪稱“可裝進口袋的單細胞實驗室”。
所以，NGS持續(xù)進化，在臨床市場的基本盤更加穩(wěn)固，難以被撼動。長讀長測序從未占得上風(fēng)，市場占有率不到10%，在臨床商業(yè)轉(zhuǎn)化上偏少。
ONT2022年營收約1.99億英鎊（含新冠檢測營收5180萬英鎊），核心測序業(yè)務(wù)增長16%，與2021年接近翻倍的情形相比，直接降低一個數(shù)量級。
商業(yè)化多年的Pacbio仍未盈虧平衡，2022年營收約為1.28億美元（不到illumina 1/30），同比下降1.69%，凈虧損3.14億美元。
華大智造2022年營收42.3億元人民幣，核心測序業(yè)務(wù)增長37.7%。
我們看見NGS與納米孔測序交織發(fā)展，各有所長，甚至有互相融合的跡象，短讀長測序的優(yōu)勢也吸引到長讀長測序廠商PacBio參與。PacBio在2022年10月推出高精度短讀長測序平臺Onso，將NGS解決方案測序精度推高到恐怖的Q50（錯誤率0.001%），這在對測序質(zhì)量有高要求的應(yīng)用場景，比如腫瘤MRD（Minimal Residual Disease）檢測中至關(guān)重要。
憑借國內(nèi)制造業(yè)成本優(yōu)勢以及工程師紅利，國產(chǎn)測序儀已在全球破局。華大智造技術(shù)逐步比肩Illumina，并與Illumina在美國、部分歐洲國家實現(xiàn)專利和解，海外成長之路已鋪平。2022年，華大智造在美國、巴西、英國等地新設(shè)5家本地子公司，將加速收獲全球市場份額。
想要在千億美元市場分一塊蛋糕，與其空喊口號強調(diào)三代四代，不如踏踏實實打磨技術(shù)，突破專利壁壘，拓展應(yīng)用場景。
一個良性的行業(yè)生態(tài)，應(yīng)該是不同技術(shù)路線的企業(yè)通過競爭，取長補短，共同搭建國產(chǎn)自主的基因測序核心技術(shù)體系，共同分享行業(yè)高景氣度，催生更多具有世界級競爭力的國產(chǎn)測序儀企業(yè)。
來源：阿基米德Biotech ，作者阿基米德君
