短短一個月內(nèi)，齊碳科技、華大智造、塞納生物先后宣布完成融資。國產(chǎn)基因測序儀再一次沖上了醫(yī)療健康領域的熱點話題。

多年來，測序儀行業(yè)一直處在少數(shù)幾家國外巨頭的壟斷之下。華大智造近兩年的頻繁動作雖然吹響了國產(chǎn)測序儀反攻的號角，但是從目前的市場占有率上看，想要最終實現(xiàn)進口替代，可能還需要些時間。除了最激烈的NGS市場之外，三代、四代測序也隨著Illumina收購PacBIO的動作受到廣泛關注。最近獲得融資的齊碳科技，正是四代測序的先行者。

那么一、二、三、四代測序究竟都是什么？全球測序儀市場究竟有多大？目前還有哪些國內(nèi)企業(yè)在進行國產(chǎn)測序儀方面的布局？目前獲批進入臨床的又有哪些？這些問題，我們將在本文中一一解答。

一、二、三、四代測序，究竟都是什么？

目前的基因測序領域，根據(jù)核心測序原理的不同，將測序技術劃分為了四代。實際上這四代測序技術之間，并不存在技術上的好壞，更多的是按照出現(xiàn)的時間早晚被劃分。

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一代測序：Sanger測序

Sanger測序中需要用到四個反應體系，每個反應體系中使用了不同的ddNTP（雙脫氧核苷三磷酸）。由于ddNTP上缺乏延伸所需的3’－OH基團，DNA序列在合成的過程中會因為ddNTP進入反應的出現(xiàn)而終止。因此四個反應中被合成的DNA鏈會分別停止在A、T、C、G的位置上，合成不同的DNA長度，進而在凝膠電泳的過程中被分離。通過比對四份樣品的電泳結果，就可以判斷被檢測樣品的序列。

Sanger測序由于其高精度，至今仍在廣泛使用，也被認為是基因測序的金標準。但是由于其效率低下，通量低，而且難以實現(xiàn)未知序列的測序過程，很難在基因組水平上實現(xiàn)大規(guī)模應用。

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二代測序：NGS

NGS測序使用了邊合成邊測序的方法。首先將待測序的DNA片端兩端接上adapters，使其可以錨定在芯片上，然后循環(huán)擴增該DNA片端，使其在一個區(qū)域內(nèi)形成DNA簇。隨后在測序的過程中，帶有不同熒光信號的四種不同核苷酸被加入到反應體系中，并且每個核苷酸上帶有一個終止可逆性的終止信號，保證每個反應只合成一個核苷酸。在完成合成之后，儀器會通過讀取熒光信號了解每個DNA簇上合成的是哪種核苷酸，然后終止信號被洗脫，再進行下一輪反應。

二代測序以其較高的準確率和大通量，成為了目前全球最常用的測序技術。Illumina、賽默飛等企業(yè)提供的也主要都是二代測序儀產(chǎn)品。

但是二代測序本身難以進行長片段測序，再加上前期準備工作造成的測序周期較長等問題，為后來三代和四代測序的出現(xiàn)埋下了伏筆。

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三代測序：熒光單分子測序

三代測序主要還是通過熒光檢測的方法進行測序，并且也使用了邊合成邊測序的方法。也因此有些人認為三代測序并不應該被單獨列為一類。

三代測序主要是使用了物理納米孔或特殊材料的方式，將單個分子的讀取區(qū)域分開。比如Pacific Bio的技術，就是將DNA聚合酶錨定在納米孔底，使得正在被檢測的堿基始終保持在納米孔底部，最接近熒光讀取的位置，從而實現(xiàn)長片段讀取。

三代測序的標桿企業(yè)就是國外的Pacific Bio，Illumina曾試圖收購這一公司向長讀領域布局，但是最終被英美兩國的反壟斷部門駁回。國內(nèi)也有真邁生物（前瀚海基因）在這一領域布局。真邁生物使用的技術來源于海外一家叫做Helicos的企業(yè)。相比于PacBio在長讀領域的優(yōu)勢，真邁生物的技術則主要還是在短讀方向發(fā)力。

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四代測序：生物納米孔測序

四代測序技術作為新一代測序技術，幾乎沒有爭議。

第四代測序技術，使用了由蛋白組成的納米孔通道。解旋后的DNA單鏈在電壓的作用下，以一定速率通過納米孔通道蛋白。由于每個堿基通過納米孔通道時，會引起不同電學信號的變化。根據(jù)電流的大小及電流大小的變化情況，通過“遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡”的復雜算法對堿基進行判讀，即可計算獲得相應堿基的類型，完成序列的實時測定。

四代測序由于其獨特的技術特點，首先儀器很小，最小的儀器可以達到手持級別。而且由于不需要前期樣品的處理，常被應用于快速檢測領域。準確性和通量一直是四代測序著力提升的部分。由于準確性不高，四代測序目前也主要被應用于微生物檢測方面。

Oxford Nanopore是全球最知名的四代測序供應商。其推出的桌面和手持產(chǎn)品，已經(jīng)成為了四代測序的標桿。

9家自研，6家合作

回到國產(chǎn)測序儀，一代測序目前已經(jīng)基本沒有企業(yè)在進行集中布局。而二、三、四代測序，都有企業(yè)在嘗試尋找測序儀的國產(chǎn)化路徑。

國產(chǎn)測序儀企業(yè)

動脈網(wǎng)一共統(tǒng)計到了15家企業(yè)正在提供測序儀產(chǎn)品，或者明確表示正在進行測序儀研發(fā)的企業(yè)。這樣的企業(yè)數(shù)量對于基因檢測這個正在快速發(fā)展的領域來說，確實少了一些。

究其原因，測序儀行業(yè)較高的技術壁壘和目前基本被少數(shù)企業(yè)壟斷的行業(yè)格局，使得初創(chuàng)企業(yè)很難快速切入這一領域。但從另一方面考慮，對于有足夠技術自信的企業(yè)來說，也意味著這個行業(yè)充斥著大量的機會。因此我們認為，這個行業(yè)目前在國內(nèi)還處于藍海狀態(tài)，近期的幾起大額融資或許會激起又一波創(chuàng)業(yè)潮。

目前為止國內(nèi)切入國產(chǎn)測序儀研發(fā)生產(chǎn)的企業(yè)主要可以分為合作和自研兩大類。

其中合作的企業(yè)都是從第三方醫(yī)學檢測這一細分領域切入，嘗試為自己的第三方醫(yī)檢服務尋找落地的儀器平臺。Illumina是其中最大的合作方，有四家企業(yè)都通過OEM（代工生產(chǎn)）的方式自主生產(chǎn)Illumina的測序儀。賽默飛則曾經(jīng)與達安基因和博奧生物分別合作生產(chǎn)過DA8600和BioelectronSeq 4000兩款產(chǎn)品，但是這兩款產(chǎn)品目前都已經(jīng)不在NMPA公示的國產(chǎn)醫(yī)療器械產(chǎn)品注冊列表里。

自研的幾家企業(yè)都有自己獨特的技術路徑。

較早成立的企業(yè)研發(fā)的大多是NGS測序儀，比如華因康基因、中科紫鑫、萬眾一芯等，并且大多數(shù)企業(yè)都已經(jīng)有成熟的產(chǎn)品在市場上推廣。

作為國產(chǎn)測序儀行業(yè)的“一哥”，華大智造已經(jīng)先后有六款產(chǎn)品通過NMPA的注冊審批（其中兩款已超有效期）。華大智造的技術源于CG公司，并在CG公司的技術基礎之上又進行了進一步研發(fā)。

華大智造向動脈網(wǎng)介紹到：“華大智造除了DNA納米球（DNB）、規(guī)則陣列載片（Patterned Array）等核心技術，具備測序準確性、低成本、低重復序列率等一系列優(yōu)點之外，還持續(xù)開發(fā)了包括CoolMPS，stLFR等新技術進一步提升測序讀長，測序準確度，降低測序成本。且90％以上儀器零部件已實現(xiàn)國產(chǎn)化，真正做到了核心工具的自主可控�！�

真邁生物（原瀚�；�因）則是較早成立的一家專注于三代測序產(chǎn)品的企業(yè)。其使用的技術源于美國的Helicos BioScience。這項技術確實可以實現(xiàn)單分子測序，但是讀長卻始終停留在35bp左右，無法像PacBio一樣實現(xiàn)長讀長。

萬眾一芯在其中顯得不太一樣。萬眾一芯使用半導體測序的方法，將自己的產(chǎn)品聚焦于小通量測序市場，以低成本高效率的產(chǎn)品，提高測序儀的覆蓋范圍。按照萬眾一芯創(chuàng)始人胡文闖的話來說，“如何將基因測序落地到基層和社區(qū)才是精準醫(yī)療價值最大化的關鍵”。

近兩年的成立的自研企業(yè)逐漸開始向四代測序技術方向靠攏。

齊碳科技自然是其中的佼佼者，其產(chǎn)品單次測序準確率已經(jīng)可達85％，通量已經(jīng)可以達到1G，逐步逼近行業(yè)標桿Oxford Nanopore的數(shù)據(jù)。另一家初創(chuàng)企業(yè)今是科技也在向第四代測序儀開發(fā)的方向布局。

有業(yè)內(nèi)人士與我們分享時表示：“物理納米孔想要實現(xiàn)單鏈DNA的通過并利用電信號實現(xiàn)單分子測序，從技術角度上過于困難，工業(yè)上很難實現(xiàn)這樣的高精度。所以目前在進行四代測序儀研發(fā)的企業(yè)都選擇了生物孔�！�

35．8億美元市場規(guī)模

目前全球范圍內(nèi)除了Illumina之外，幾乎只有賽默飛在測序儀領域還能于Illumina有一戰(zhàn)之力。羅氏、華大智造、PacBio、Oxford Nanopore等一眾企業(yè)雖然在強勢切入這一領域，但是目前的市場占有率還比較有限。相關市場測算結果表明，Illumina與賽默飛兩家就控制了全球約90％的測序儀市場。

測序儀對于企業(yè)來說是關鍵業(yè)務單元，但畢竟只是一錘子買賣，市場需求比較有限，折舊率也不高。并且設備本身的毛利就比較低，很難成為主要的盈利點。因此測序儀研發(fā)企業(yè)真正要盈利，更多的要依靠測序儀配套的試劑和耗材。

Illumina近幾年的產(chǎn)品收入變化

以Illumina為例，盡管Illumina仍然是全球最大的測序儀供應商，但其儀器銷售早已顯露疲態(tài)。財報顯示Illumina的測序儀器在2019年實現(xiàn)了5．17億美元的銷售額，低于2018年的5．35億美元。其在總營收中的占比也隨著其他營收項目的增長，下降到了14．6％。

事實上在過去的六年中，Illumina的儀器收入已經(jīng)基本停止了增長，銷售收入一直保持在5億美元上下。而另一方面，試劑耗材方面的營收則在不斷增長。儀器收入在其產(chǎn)品收入中的比例已經(jīng)從2014年的35．1％降低到了2019年的18．3％。

一方面，市場對于測序儀器的需求長期而持久；另一方面測序使用的相關試劑耗材必須使用原廠提供的配套產(chǎn)品。由于使用測序儀器產(chǎn)生的剛需性需求，企業(yè)和機構在配套試劑耗材上的議價能力很弱。因此Illumina在測序儀器上的壟斷意味著其幾乎控制著整個NGS市場的浮浮沉沉。

賽默飛只在2017年公布了自己在測序方面的收入，因此根據(jù)2017年的數(shù)據(jù)來測算目前的測序儀市場規(guī)模相對會更準確一些。

2017年Illumina的產(chǎn)品收入達到22．89億美元。賽默飛在2017年財報中公布，當年公司在測序上的收入“略低于4．1836億美元”。作為全球最大的生命科學解決方案供應商之一，賽默飛在測序上的收入幾乎都來自于自己的儀器和試劑耗材的收入，基本沒有服務方面的收入。

據(jù)此，我們可以大致推算，Illumina和賽默飛以5．5：1的比例占據(jù)著測序儀及相關試劑耗材90％的市場份額。Illumina占據(jù)市場約76％。據(jù)此推算，2019年全球測序儀及相關試劑耗材的市場規(guī)模應該在38．5億美元左右。

目前的測序儀主要分布在第三方醫(yī)檢機構和科研機構中，醫(yī)院市場的開發(fā)率還比較低。隨著測序需求的不斷提升，會有更多測序儀深入到院內(nèi)場景。想要進入院內(nèi)場景，測序儀產(chǎn)品就必須取得醫(yī)療器械注冊證。那么目前到底有哪些產(chǎn)品已經(jīng)具備了進入臨床的資格？

13款國產(chǎn)，2款進口

NMPA網(wǎng)站上查詢到的測序儀相關注冊信息

藥監(jiān)局網(wǎng)站上的查詢頁面顯示，目前注冊在案的國產(chǎn)基因測序儀共有14款。其中華大智造的產(chǎn)品最多，共有5款（包括一款以華大基因為主體注冊的產(chǎn)品）產(chǎn)品。

這14款產(chǎn)品主要來自8家不同的公司，分為四種不同的研發(fā)方式。

第一類自然是完全自主研發(fā)，比如華因康的測序儀。

第二類產(chǎn)品的技術內(nèi)核來自收購，也就是華大智造選擇的方式。2013年3月，華大基因以1．176億美元的價格收購了美國的Complete Genomics公司，并以該公司的技術為基礎，成立華大智造，以自主研發(fā)的方式開始進行測序儀方面的布局。

第三類是與海外的測序儀企業(yè)合作，主要負責代工生產(chǎn)。主要的合作方自然是目前全球市場占有率最高的兩大企業(yè)，其中貝瑞和康和安諾優(yōu)達選擇了與Illumina合作，而泛生子還選擇了與賽默飛合作。雖然現(xiàn)在看起來Illumina與安諾優(yōu)達合作的產(chǎn)品要更早上市，但其實在注冊保證方面，賽默飛在2014年就已經(jīng)與達安基因合作研發(fā)了DA8600測序儀，并且成功獲得藥監(jiān)局的三類器械批件。但是該產(chǎn)品的注冊證目前已經(jīng)超過有效期，達安基因官網(wǎng)的介紹頁面上也已經(jīng)查不到該款儀器。

第四類產(chǎn)品是與國內(nèi)的測序儀企業(yè)合作。比如泛生子的GENETRON S2000就是與華大智造合作生產(chǎn)的產(chǎn)品。自產(chǎn)的臨床級測序儀產(chǎn)品補全了泛生子在基因檢測儀器方面的相關布局，包括全自動加樣系統(tǒng)、生物芯片閱讀儀等，使得泛生子可以為用戶提供完整的基因檢測服務。

吉因加的布局情況也類似。根據(jù)相關報道，吉因加的Gene＋seq系列產(chǎn)品使用的核心技術是DNBSEQ技術，也就是華大智造的核心技術之一。這款產(chǎn)品串連起了吉因加在測序儀上下游的相關布局，包括自動文庫制備儀、腫瘤基因檢測試劑盒、腫瘤NGS全自動分析解讀一體機等，使得吉因加可以為用戶提供完整的測序全流程服務。

除了這14款注冊在案的國產(chǎn)產(chǎn)品之外，達安基因的DA8600已經(jīng)超過了批件有效期，但是未重新提交注冊。

幾大國外的測序儀廠商除了與國內(nèi)的企業(yè)合作產(chǎn)品，也在嘗試通過進口的方式直接向國內(nèi)銷售。Illumina通過上海的一家進出口企業(yè)，在2018年7月就將自己的MiSeq Dx送入了國內(nèi)的臨床市場。賽默飛則通過自己旗下Invitrogen在國內(nèi)的公司注冊了整套基因測序系統(tǒng)，其中包括了型號為7469的基因測序儀。

提供Sanger測序（一代測序）解決方案的貝克曼庫爾特也通過類似的方法將自己的產(chǎn)品送入了國內(nèi)，但是獲批證件是二類器械證件。

國產(chǎn)測序儀究竟如何落地？

基因測序儀應用，主要在科研院所和第三方檢驗中，在醫(yī)院的應用目前還比較少。

比如在中國政府采購網(wǎng)上查詢“測序儀”，大多數(shù)招標采購測序系統(tǒng)和儀器的，都是科研院所，零星能看到少量大醫(yī)院的采購記錄。

二代測序技術雖然已經(jīng)比較成熟，但是目前在臨床上的使用，仍主要存在于NIPT和腫瘤基因檢測兩個大的板塊上。NIPT是需要利用測序技術區(qū)分母體DNA片端和胎兒DNA片端，而腫瘤基因檢測則因為需要聚焦到小至單個堿基的變化上。因此這兩個應用場景對于準確的基因序列有剛需性的需求，是其他檢測方法無法取代的。

有人提出新冠疫情讓很多醫(yī)院開始注意到基因測序在病原體感染上的應用。但就以新冠肺炎為例，動脈網(wǎng)在2020年3月進行了SARS－CoV－2病毒核酸檢測試劑盒的分類統(tǒng)計。在我們統(tǒng)計的116款試劑盒中，有111款使用了熒光PCR、恒溫擴增、數(shù)字PCR等PCR類型的檢測方法。而使用測序法的產(chǎn)品就只有兩款，并且這兩款測序法的產(chǎn)品主要用于幫助科研人員完成對新冠病毒基因組的測序工作。

病原體微生物的檢測，尤其是大面積的檢測更多的需要“是或不是”類型的判斷，并不需要準確的了解DNA上的每一個堿基序列。PCR技術已經(jīng)足夠完成這項工作，將二代測序技術應用于這樣的領域顯得有些大材小用了一些。

當然基因測序也不是完全不適用于病原體檢測。對于某些難以鑒別，臨床上發(fā)生率較低的病原體上，基因測序可以比傳統(tǒng)的培養(yǎng)方法更快的鑒別出罕見病原體，讓重癥感染患者及時得到精準的診斷。但這也構不成醫(yī)院自己布局基因測序的理由，這一類的患者在單個醫(yī)院中發(fā)生頻率較低，這種檢測需求更適合第三方檢驗機構承接。我們現(xiàn)在也已經(jīng)看到有像金匙基因、杰毅生物這樣的企業(yè)在布局這一領域。

因此國產(chǎn)測序儀想要進入市場，從第三方醫(yī)檢或科研走向進入會比較有機會。

目前國內(nèi)的基因測序設備很多都存在于第三方醫(yī)學檢驗實驗室中，尤其是像專門提供基因檢測服務的“特檢”實驗室。正如我們前面統(tǒng)計的數(shù)據(jù)，這一類企業(yè)中很多都已經(jīng)通過收購、合作等方式，自己生產(chǎn)基因檢測設備。

在基因檢測設備上的布局，不止意味著企業(yè)自己在測序能力上的保證，而且能顯著提高企業(yè)全流程解決方案上的完整性。以泛生子為例，其測序儀產(chǎn)品在獲得了批件之后，在與醫(yī)院合作共建實驗室時，整套解決方案全部都是自己生產(chǎn)的產(chǎn)品。

除了特檢機構外，像金域醫(yī)學這樣的企業(yè)也在積極布局基因測序儀方向。實際上金域醫(yī)學已經(jīng)在基因檢測方面積累了大量的資源，并且也有一些合作。比如2018年1月金域醫(yī)學就與Illumina合作開發(fā)腫瘤及遺傳病檢測系統(tǒng)。其曾經(jīng)的全資子公司金圻睿也與Illumina合作開發(fā)了MiniSeqDx，并獲得了NMPA的批準上市。

科研院所是基因測序儀在國內(nèi)的另一大市場。在生物學領域，基因測序的需求非常普遍，并且紛繁復雜。由于需求的多樣性，很多科研院所也不選擇自己購進基因測序設備，而是使用外包的測序服務，由此也催生出一批專門為生命科學研究服務的基因測序企業(yè)，如諾禾致源。

第三方醫(yī)檢實驗室和醫(yī)院，對于設備的要求會更加嚴格。除了必須使用經(jīng)NMPA批準的產(chǎn)品之外，產(chǎn)品的品牌效應也會產(chǎn)生比較大的影響。

但是科研方面就相對放松。品牌效應雖然也會對科研領域有一定影響，但是科研工作者往往愿意嘗試新事物。只要產(chǎn)品能提供準確的數(shù)據(jù)，科研人員對于國產(chǎn)品牌往往還是抱著積極的態(tài)度。因此對于國產(chǎn)測序儀品牌來說，從科研方向入手自然是最佳選擇。

與測序相關的企業(yè)周邊行業(yè)進行聯(lián)動其實可以達到特殊的推廣效果。比如華大智造選擇與泛生子和吉因加合作，以OEM的方式銷售自己的產(chǎn)品，其實就是嘗試通過腫瘤NGS企業(yè)，拓寬自己產(chǎn)品的銷售渠道。

除了腫瘤NGS之外，測序技術還有大量的其他應用場景，比如病原體檢測和單細胞測序。這些技術其實都在尋找性價比更高的測序方案，國內(nèi)測序系統(tǒng)的價格優(yōu)勢可以得到集中體現(xiàn)。

舉例來說，單細胞測序市場其實也基本呈現(xiàn)被10X Genomics壟斷的態(tài)勢，但是還是有很多國內(nèi)企業(yè)正在向這個方向布局，尋找實現(xiàn)進口替代的方法。在這一點上，如果國產(chǎn)測序儀可以和國產(chǎn)單細胞建庫的企業(yè)形成合作，達成單細胞測序全流程國產(chǎn)化，對于國內(nèi)市場的開拓勢必會起到積極作用。

雖然目前很多單細胞測序行業(yè)的相關企業(yè)都基于Illumina的平臺進行開發(fā)，但是銀灣細胞的創(chuàng)始人林巍告訴動脈網(wǎng)，更換平臺對他們來說并不困難：“我們?nèi)绻�需要更換平臺的話，其實只要更換建庫過程中的引物接頭就可以了。這對我們來說完全沒問題�！�

作者：郝翰