三代测序(单分子测序)的起步其实早于二代测序的商业化。2000年PacBio前身在美国加州成立,2003年Science封面发表零模波导ZMW模型,2005年ONT从牛津大学衍生,其纳米孔原型可追溯至1996年PNAS论文;而PacBio首款商业化机型到2010年才上市,ONT的MinION到2012年才在AGBT会议展示、2015年正式商业化。 行业普遍共识是,单分子测序技术就是第三代测序技术;所谓"第四代"多为人造的商业代际划分。
起步并不晚,商业化却迟到
三代测序的两条技术路线——PacBio的荧光标记与Nanopore的电流阻断——在概念验证上都不落后。但直到2010年PacBio RS推向市场、2015年ONT正式商业化时,市场已是以illumina为代表的二代测序天下。illumina密集推出多款机型,凭借测序系统的出色性能迅速攻占科研和临床市场,最终占据最大市场份额。
十年压制:市占率不足一成
二代测序被称为"短读长",把DNA扩增后切成不超过200BP的片段读取再用算法还原;三代测序被称为"长读长",不用扩增、从头读到尾。长读长能解决重复序列测不准的问题,但代价是准确率目前仍只能做到95%。过去十年,三代测序市占率不到10%,应用多局限于基础科学研究,临床商业转化寥寥。
关键拐点:完整基因组与年度技术
2022年4月,Science连发6篇文章,报道端粒到端粒联盟(T2T)完成首个真正完整的人类基因组序列,补齐了最后的8%,三代测序在其中起到不可替代的作用。2023年初,Nature Methods将长读长测序评选为"2022年度最佳技术"。产业端同步升温:illumina宣布推出长读长产品Infinity,华大智造、Element Biosciences、Ultima Genomics等纷纷布局,齐碳生物完成7亿元融资;贝瑞基因截至2022年底累计三代测序检测样本量突破10万人份,服务终端客户超过1500家。
常见问题
三代测序和二代测序是简单的代际替代关系吗?
不是。三代测序起步甚至更早,2000年PacBio前身已成立,但商业化节点晚于二代。两者是长读长与短读长的路线差异,而非线性替代。
三代测序目前最大的短板是什么?
准确率。目前仍只能做到95%,容易在读取时"唱错"碱基,这也是其长期市占率不到10%的原因之一。
三代测序的临床转化有哪些进展?
贝瑞基因截至2022年底累计三代测序检测样本量突破10万人份,相关检测效能受到CLINICAL CHEMISTRY关注,该刊专门发表编辑部文章,认为三代测序技术为复杂单基因病的分子诊断带来全新机遇。