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2017年全球基因測序技術進展及前景展望

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2018

2018年1月14日07時 今日科學 前瞻網

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2017年全球基因測序技術發展歷程

1977年,被後人譽為「基因組學之父」的英國生物化學家Sanger發明了酶測序法(桑格測序法),正式奠定了測序技術的理論基礎;九年後,ABI公司基於桑格測序法推出了世界上第一台商用測序儀,自此測序技術進入飛速發展的時代。

根據原理的不同,測序技術的發展大致可劃分為第一代測序、第二代測序、第三代測序、第四代測序4個歷史階段。目前第一代測序技術已經非常普及,幾乎所有的測序公司都會配備第一代測序儀。雖然第一代測序技術這些年來不斷完善,但測序基本原理未改發,因此在許多方面仍存在較大限制。

圖表1:全球基因測序技術發展歷程

資料來源:前瞻產業研究院整理

全球第二代基因測序技術發展歷程

國際上第一台相對成熟的第二代測序儀是454 Life Sciences 在2005年推出的基於焦磷酸測序法的454 GS 20;454 Life Sciences 後來被羅氏Roche收購,Roche在454 GS 20 的基礎上又推出了升級版GS

FLX。但由於第二代測序市場競爭的日趨激烈,以及新測序訪求的陸續出現,如Illumina的可逆鏈終止測序技術,焦磷酸測序法逐步被淘汰。因此,2013年Roche宣布關閉454測序業務,並決定於2016年全面終止相關服務,自此454測序儀逐漸退出市場。

2007年,世界上第一個推出商用測序儀的ABI公司也開始進入第二代測序市場,推出基於連接測序法(SOLiD)的測序儀;2008年ABI和Invitrogen合併成立Life Technologies,後又收購了Ion Torrent,開始發展半導體測序,並先後推出了Ion PGM和Ion Proton系列測序儀,SOLiD逐步淡出市場。

Illumina在2006年通過收購Solexa推出Genome Analyer測序平台而進入第二代測序市場,此後近10年的時間裡,Illumina測序業務的發展一騎絕塵,其中最成功的是2010年開始陸續推出癿HiSeq系列測序儀,迅速占領了市場,成為測序行業的龍頭。

圖表2:第二代測序技術發展歷程

資料來源:前瞻產業研究院整理

全球第三代基因測序技術發展歷程

目前最主要的第三代測序平台是Pacific Biosciences於2011年推出的基於單分子實時測序技術的PacBio RS測序儀和Oxford Nanopore

Technologies於2012年發布的基於納米孔測序技術的MinION測序儀;此外還有多種第三代測序方法處於研發階段,包括基於FRET的實時DNA測序、基於電子顯微鏡的DNA合成實時攝像技術、基於掃描隧道顯微鏡的DNA合成實時攝像技術、基於半導體的DNA測序等。

雖然第三代測序技術目前還不成熟,技術上需要繼續改進,尤其是測序準確率方面亟待提高(目前第三代測序技術最大的缺陷是測序準確率不高,均在90%以下),但由於其測序時長長、測序時間短、試劑消耗少、測序信息豐富、測序過程簡單等優勢明顯,第三代測序技術替代空間非常大。

圖表3:第三代測序技術發展歷程

資料來源:前瞻產業研究院整理

全球基因測序技術前景展望

總體來看,由於四代測序技術各有優缺點,應用的領域也不盡相同,因此第一代測序技術仍未被淘汰,目前的測序市場是三代測序技術並存的局面。

以高通量低成本為特徵的二代測序技術為目前應用最廣泛的測序技術,測序時間相較於一代技術大大降低,缺點是讀長(測序時所有讀段的平均DNA分子片段長度)較短。

第三代測序技術測序讀長有了明顯的提升,但準確率較低,而且測序通量也小於二代測序,第四代測序技術相比於第三代技術通量有所提高且準確率也有所上升,儀器更小,第三、四代測序技術目前主要用於科學研究,臨床應用還需技術進一步的成熟。

圖表4:第一、二、三、四代測序技術的對比

資料來源:前瞻產業研究院整理

綜上所述,由於二代測序儀在正確率、讀長方面具有不可顛覆的優勢,所以是短期內二代測序儀是主流。但從IVD的發展趨勢看,理想的測序儀應該具備:低成本、高通量、高讀長、高精確率的特性,因而,精確度更高、價格更便宜是診斷技術更新換代的確定性趨勢,目前三四代測序價格有降低趨勢,隨著錯誤率問題的解決,將成為未來極有潛力的主流測序儀器。

根據前瞻產業研究院統計,三四代測序儀共進行了25次融資、累計金額約10.5億美元,其中,Oxford Nanopore、Genia Corporation、Stratos Genomics的融資額均超過了3億美元。

圖表5:三四代測序儀領域近年投融資情況

資料來源:前瞻產業研究院整理

以上數據及分析均來自於前瞻產業研究院發布的《2017-2022年中國第三方醫學診斷行業市場前瞻與投資戰略規劃分析報告》。


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